第三章 交流矩型電動機(jī)軟起動設(shè)備的工程應(yīng)用

1、第三章 交流籠型電動機(jī)軟起動設(shè)備的工程應(yīng)用3.1 交流電動機(jī)軟起動參數(shù)計算基礎(chǔ) 交流電動機(jī)軟起動轉(zhuǎn)矩平衡方程 交流電動機(jī)軟起動轉(zhuǎn)矩平衡方程也稱電動機(jī)慣性系統(tǒng)運動方程。GD24g260dNdt 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為ML，電機(jī)轉(zhuǎn)速額定值為N時，電動機(jī)慣性系統(tǒng)運動方程為GD2375dNdt MB · · · (kg·m) (3-1) 式中MB 加速轉(zhuǎn)矩MM ML (kg m)； MM 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 (kg m)； ML 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (kg m)； GD2電機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)軸上的負(fù)載飛輪轉(zhuǎn)矩； N 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)分）； T 時間（秒）； g 重力加速度m2/s。 加速、減速時間

2、的確定GD2375MBdNdtO 由式3-1可知由于由零速加速至速度N所用的時間t t N (3-2)GD2375 (MMC) 根據(jù)式3-2，如能給出加速轉(zhuǎn)矩MB，則能求出加速時間t加，而若給出減速轉(zhuǎn)矩，則能求出減速時間t減。若計算式3-2積分時，以最簡單的情況，當(dāng)阻力矩ML常量，GD2為常量，則 (N0). t (3-3)實際上考慮到轉(zhuǎn)矩的變動，轉(zhuǎn)矩M用其平均值給出。 下面舉例說明：例一：一傳送帶的傳動電機(jī)3.7KW,四極電機(jī)，歸算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動總慣量GD20.212kg·m2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩最大MLmax1.5kg·m，最小負(fù)載轉(zhuǎn)矩MLmin1.2kg·m；求電機(jī)

3、加、減速時間。120×504解：求取速度變化差N（其中0.03為轉(zhuǎn)差率）N (10.03)0 1450轉(zhuǎn)分975×3.71450求取電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩MM MM 2.49kg·m.0.212×1450375×(2.06×1.11.5)求取加速時間t加 1.07秒其中系數(shù)1.1為實際整定加速系數(shù)。 0.212×1750375(2.06×0.2+1.2)求取減速時間t減t減 0.13秒其中系數(shù)0.2為減速系數(shù)顯然本例討論的是負(fù)載轉(zhuǎn)矩為恒值常數(shù)。而對平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，可見下例。例二：平方轉(zhuǎn)矩下的加減速時間計算GD2 Nmax375

4、MAmin 由于平方轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨速度大幅度變化，僅用平均加、減速轉(zhuǎn)矩做為加速時的做功轉(zhuǎn)矩，是不合適。為此提出下面公式：加速時間t加 （秒） (3-4)其中MAmin最小加速轉(zhuǎn)矩(kg·m) Nmax最高轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)分）GD2 Nmax375MDmin 減速時間t減 t減 （秒） (3-5) 其中NAmin最小減速轉(zhuǎn)矩(kg·m) 式中NAmin，NDmin可用圖表示（圖3-1）電機(jī)轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩電機(jī)再生制動轉(zhuǎn)矩圖3-1 最小加減速轉(zhuǎn)矩 實際上除設(shè)計者外，多數(shù)都不計算，這里給出的只是工程整定前的預(yù)置參數(shù)。 慣性轉(zhuǎn)矩GD2 慣性轉(zhuǎn)矩有時也稱飛輪轉(zhuǎn)矩，它是為使靜止物體在一定時

5、間內(nèi)加速到某一速度時物體質(zhì)量的度量，他與物體質(zhì)量形狀有關(guān)，工業(yè)應(yīng)用的是以kg·m為單位。一般在軟起動參數(shù)整定時都要求設(shè)計者給出這一數(shù)值，本手冊本章也給出通用負(fù)載的GD2參數(shù)值范圍。這里還需指出的是,若電機(jī)通過齒輪機(jī)與負(fù)載相聯(lián)，那么在GD2計算時，要考慮減速比的折算。如設(shè)減速器的效率100。 G2G1電機(jī)側(cè)減速齒數(shù)G1，負(fù)載側(cè)減速齒數(shù)G2G2G1 則 N2 N1G2G1 M2 M1 (GD2)( )2 GD2 其中：G齒輪齒數(shù)； M2 ，M1負(fù)載側(cè)，電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)矩； N2 ，N1負(fù)載側(cè)，電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速。3.2 采用軟起動時基本參數(shù)工程整定U 斜坡電壓起始值 斜坡電壓起始值Us如圖3-2所示，在

6、計算中引用的參數(shù)定義見圖3-3。MLO0.15MNMA UsUN× （3-6） 其中MLO - t0時負(fù)載轉(zhuǎn)矩 MLO0.15MN - t0時加速轉(zhuǎn)矩 MA - t0時全壓起動時電機(jī)轉(zhuǎn)矩 與US起始電壓對應(yīng)的起始電流ISUSUN ISID× （3-7） 其中IS 施加起始電壓后的起始電流 ID 全壓起動時的起始電流 式3-6是根據(jù)圖3-3所示，使電機(jī)由某一速度加速到某一速度，轉(zhuǎn)速變化量n時，所需加速轉(zhuǎn)矩MBOS。再根據(jù)電動機(jī)端電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系（式1-1）MU2，轉(zhuǎn)換推導(dǎo)出。關(guān)于MBOS工程上設(shè)定為： MBOSMLO0.15MN （3-8） 即是說要在負(fù)載轉(zhuǎn)矩MLO基礎(chǔ)上留有1

7、5%MN額定轉(zhuǎn)矩的富裕。（見圖3-4） 如圖3-4，通過限壓降低了起動電流，其結(jié)果壓低了電機(jī)速度與轉(zhuǎn)矩曲線，但由于電機(jī)特性在制動轉(zhuǎn)矩的最低點（n0）有一負(fù)阻不穩(wěn)定工作區(qū)，因而要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩要高于負(fù)載轉(zhuǎn)矩15，這是最低的要求。 斜坡上升時間tR圖3-5 軟起動的電壓電流轉(zhuǎn)速UNUS 所謂斜坡上升時間，就是使電機(jī)從零速起達(dá)到額定轉(zhuǎn)速所經(jīng)過的時間。它可由下式算出。tRtDOL × （3-9） 其中：tDOL電機(jī)在接法下全壓起動時間（秒） 根據(jù)同樣的原理，還可求得如圖3-5中任一時刻t1或t2的時間（克服慣量的時間）。119.551 MBOS1MLO0.15MN9.55 t12/60×

8、;Jkg·m2×n分×1/MBOSN·M ×J×n× ×J×n× （3-10） 其中，J10×J電機(jī) 然后，再根據(jù)圖3-3通過下列推導(dǎo)，先計算出t1時刻的加速轉(zhuǎn)矩MB1,計算出加速到n后的t2時間。 先求取M1加速轉(zhuǎn)矩： M1 (UtemUN)2×MM1ML1 1 MB119.55 這是根據(jù)圖3-2的比例關(guān)系和式1-1物理概念直接得出。 t2 ×J×n× （3-11） 其中：J 電動機(jī)負(fù)載（計算到電機(jī)軸）轉(zhuǎn)動慣量 如將3-11改寫，可得到一求取時

9、間的公式，即對應(yīng)限制電壓下的起動時間J×n9.551UUN2×MBav×Miav（ ） t2 × （3-12） 其中，J J10J電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的10倍 Mterm 施加于電動機(jī)的端電壓 Mbav 電動機(jī)加速轉(zhuǎn)發(fā)矩平均值 Miav 負(fù)載轉(zhuǎn)矩平均值 起動電流限制值 我們由第二章中知道采取限流方案可以使得起動電流的波形良好（見圖3-6），獲得比只施加斜坡電壓（限壓）更好起動效果。（見圖3-6）。 從圖3-7可得出，限制起動電流的結(jié)果； 起動電流限制值由下式算出USUN I起動電流=I× （3-13）或ML(MN×0.15) Ms IB

10、IA· （3-14） 其中 MS 電動機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩； IB 電流限制值； IA 起動電流。 脈沖持續(xù)時間圖3-8 帶脈沖電流的起動 對于重載設(shè)備，也可通過軟起動裝置實現(xiàn)平滑起動，問題是在施加斜坡電壓之始，同時給出一個尖峰電流。以尖峰電流給電機(jī)提供一個加速轉(zhuǎn)矩，克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩后實現(xiàn)軟起動（如圖3-8所示,其中UL突跳電壓，tL脈沖電流/突跳電壓保持時間）。 例如對起重（吊車）傳動要有足夠的起動時間，實施起動時間約100300ms，而對鋼鐵設(shè)備、壓碎機(jī)等設(shè)備，這一時間大約需要秒（天傳電子產(chǎn)品tL可從0.25-2秒可調(diào)）。3.3 各類選用軟起動工程參數(shù)推薦表 盡管本章的大部份敘述的都是工程用軟

11、起動裝置參數(shù)計算方法，除去工程設(shè)計者外，許多用戶仍感到計算麻煩，特別是在某些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全的情況下，很難做出準(zhǔn)確計算。為此，本節(jié)將向用戶推薦一組常用裝備軟起動基本參數(shù)估算值，僅供參數(shù)。 下面對這一推薦表，作些說明： 負(fù)載類型 本表共推薦23種應(yīng)用機(jī)械，當(dāng)然還是不能包括您所需要的應(yīng)用機(jī)械；不過，您可在本表中找到依此類推的參數(shù)，供您選擇。只要您將您的負(fù)載歸并到M=f（n）的那一類，查表即可。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的基本數(shù)據(jù) 正如本章前節(jié)敘述的那樣，所有計算依據(jù)多數(shù)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的特征值，為此本表給出了起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩相比的比例和總折合慣量電機(jī)慣量的倍比，正如大家所知，這是估計起始電壓，起始電流起動時間的重要依據(jù)。

12、 起始電壓，起始電流，起動時間的推薦 正是有節(jié)的基礎(chǔ)，則很容易地做出對各類應(yīng)用機(jī)械的起始電壓，起始電流，起動時間的估算。 負(fù)載工藝特點及控制要點 為了大家能更好地設(shè)計二次電路，本表將這些應(yīng)用機(jī)械控制要點分別加以說明，為您提供方便。 當(dāng)然這里給出的工業(yè)負(fù)載為典型負(fù)載，還有許多負(fù)載沒有包括其中，用戶應(yīng)用時可以向本公司及代理商咨詢，我們竭成為您服務(wù)。 表3-1 各類負(fù)載選用軟起動工程參數(shù)整定表應(yīng)用機(jī)械負(fù)載類型起動 轉(zhuǎn)矩 額定 負(fù)載轉(zhuǎn)矩兌折合慣性矩 電機(jī) 慣性矩負(fù)載工藝控制要點 起動 電流 %起動時間（秒）離心泵泵類 Mn240%1 慢速停機(jī),負(fù)載保護(hù),防止相位 顛倒保護(hù) 300515離心風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī) M

13、n240%15提供停機(jī)制動轉(zhuǎn)矩,檢測阻塞物造成的過載(負(fù)載)3501040離心式壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)或重載30S Mn250%15防止相位顛倒保護(hù),停止自動排空氣體3501040離心過濾(分離)機(jī)風(fēng)機(jī) Mn220%30防止相位顛倒保護(hù),停止自動排空氣體3001040活塞式壓縮機(jī)壓機(jī) Mn50%1防止相位顛倒保護(hù),停止自動排空氣體350510螺旋式壓縮機(jī)壓機(jī) Mn10%1防止相位顛倒保護(hù),停止自動排空氣體300320活塞泵泵類 M=常量0.20.8檢測泵運轉(zhuǎn)方向即運行中的干燥劑350510風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)或重載30S Mn Mn240%10提供停機(jī)制動轉(zhuǎn)矩,檢測阻塞 物造成的過載(負(fù)載)3001040冷縮機(jī)風(fēng)機(jī) M=n電機(jī)保護(hù)300510傳送帶運輸機(jī)皮帶機(jī)M=常量100%10檢測故障的過載控制或檢測損壞的負(fù)載控制300310電梯提升機(jī)碾機(jī) M=常量100%10檢測故障的過載控制或檢測損壞的負(fù)載控制及變化負(fù)載恒定起動350510T型纜車皮帶機(jī)M=常量100%10 恒定起動,檢測阻塞過載控制； 軟停車，制動控制400210螺旋輸送機(jī)皮帶機(jī) Mn100%5檢測惡劣環(huán)境的過載和損壞時的欠載300310圓鋸 帶鋸皮帶機(jī)或重載30S M=常量快速制動3001060攪拌機(jī)碾機(jī) M1/n120%10工作電流顯示攪拌材料密度350520拉絲機(jī)壓機(jī) Mn20%10350540粉碎機(jī)碾機(jī)重載M1/