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论文 关键词:异步电动机;软起动;调压调速
论文摘要:本文对交流异步电动机的软起动问题做了分析和研究,提出了异步电动机起动和运行的综合控制方案。
1 前言
目前在工矿 企业 中使用着大量的交流异步电动机(包括380v/660v低压电动机和3kv/6kv中压电动机),有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非 经济 运行的状态,白白地浪费掉大量的电能。究其原因,大致是由以下几种情况造成的:
①由于大部分电机采用直接起动方式,除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外,8~10倍的起动电流造成巨大的能量损耗。
②在进行电动机容量选配时,往往片面追求大的安全余量,且层层加码,结果使电动机容量过大,造成“大马拉小车”的现象,导致电动机偏离最佳工况点,运行效率和功率因数降低。
③从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑,往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力,若用定速定压拖动,势必造成大量的额外电能损失。
2异步电动机的软起动
由于 工业 生产机械的不断更新和 发展 ,对电动机的起动性能提出了越来越高的要求,归纳起来有以下几个方面;
① 求电动机有足够大的,并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线;
②尽可能小的起动电流;
③起动设备尽可能简单、经济、可靠,起动操作方便;
④起动过程中的功率消耗应尽可能的少。
根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况,通常采用的起动方式有两种:一种是在额定电压下的直接起动方式,另一种是降压起动方式。
2.1直接起动的危害
①电网冲击:过大的起动电流(空载起动电流可达额定电流的4~7倍,带载起动时可达8~10倍或更大),会造成电网电压下降,影响其他用电设备的正常运行,还可能使欠压保护动作,造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命。
②机械冲击:过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损,导致击穿烧机;转轴扭曲,联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。
③对生产机械造成冲击:起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤,缩短使用寿命;影响传动精度,甚至影响正常的过程控制。
2.2老式降压起动方式的适用场合及性能比较:
降压起动的目的是减小起动电流,但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动,带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方式起动。传统的降压起动有以下几种方法:
(1)星形/三角形转换器:这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电动机。定子有六个接头引出,接到转换开关上,起动时采用星形接法,起动完毕后再切换成接法。起动电压为220v,运行电压为380v。这种起动设备的优点是起动设备简单,起动过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击,设备故障率高,需要经常维护,所以不宜使用在频繁起动的设备上。
(2)自耦变压器降压起动:三相自耦变压器(也称补偿器)高压边接电网,低压边接电动机,一般有几个分接头,可选择不同的电压比,相对于不同起动转矩的负载。在电动机起动后再将其切除。其优点是起动电压可以选择,如0.65.0.8或0.9un,以适应不同负载的要求。缺点是体积大,重量重,且要消耗较多有色金属,故障率高,维修费用高。
(3) 对于绕线式异步电动机,可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动,待起动完成后再将其切除。但频敏变阻器成本高,而水电阻损耗又大。
值得指出的是:尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点,但它们有一个共同的优点:就是没有谐波污染。
2.3新型的 电子 式软起动器
所谓“软起动”,实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。目前的软起动器一般有以下几种起动方式:
(1) 限流软起动:限流起动顾名思义就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值(im)的软起动方式。主要用在轻载起动的负载的降压起动,其输出电压从零开始迅速增长,直到其输出电流达到预先设定的电流限值im,然后在保持输出电流i
这种起动方式的优点是起动电流小,且可按需要调整,(起动电流的限值im必须根据电动机的起动转矩来设定,im设置过小,将会使起动失败或烧毁电机。)对电网电压影响小。其缺点是在起动时难以知道起动压降,不能充分利用压降空间,损失起动转矩,起 动时间相对较长。
(2)转矩控制起动:主要用在重载起动,它是按电动机的起动转矩线性上升的 规律 控制输出电压,它的优点是起动平滑、柔性好,对拖动系统有利,同时减少对电网的冲击,是最优的重载起动方式。它的缺点是起动时间较长。
(3)转矩加突跳控制起动与转矩控制起动一样也是用在重载起动的场合。所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩,克服拖动系统的静转矩,然后转矩平滑上升,可缩短起动时间。但是,突跳会给电网发送尖脉冲,干扰其它负荷,使用时应特别注意。
(4)电压控制起动是用在轻载起动的场合,在保证起动压降的前提下使电动机获得最大的起动转矩,尽可能地 缩短起动时间,是最优的轻载软起动方式。
2.4软起动器的适用场合
(1)生产设备精密,不允许起动冲击,否则会造成生产设备和产品不良后果的场合;
(2)电动机功率较大,若直接起动,要求主变压器容量加大的场合;
(3)对电网电压波动要求严格,对压降要求≤10% un的供电系统;
(4)对起动转矩要求不高,可进行空载或轻载起动的设备。
严格地讲,起动转矩应当小于额定转矩50%的拖动系统,才适合使用软起动器解决起动冲击问题。对于需重载或满载起动的设备,若采用软起动器起动,不但达不到减小起动电流的目的,反而会要求增加软起动器晶闸管的容量,增加成本;若操作不当,还有可能烧毁晶闸管。此时只能采用变频软起动。因为软起动器调压不调频,转差功率始终存在,难免过大的起动电流;而变频器采用调频调压方式,可实现无过流软起动,且可提供1.2~2倍额定转矩的起动转矩,特别适用于重载起动的设备。但是变频器的价格就要比软起动器的价格高得多了。
3 异步电动机的调压调速
异步电动机的调压调速属低效调速方式,因为在调速过程中始终存在转差损耗,因此调压调速有很大的限制,不是任何一台普通的笼型电机加上一套晶闸管调压装置,就可以实现调压调速的。
首先必须改变电动机的外特性,新的外特性必须使电动机有一个宽广的稳定的调速范围。一般要采用高转差率电机,交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方法,并且要加上转速闭环控制,才能进行稳定的调速。
其次是要将调速过程中由于转差功率引起的转子的温升很好地导出机外,才能实现长期稳定工作。这里可采取旋转热管结构,也可采取特殊风道冷却结构,都是行之有效的方法。
在电力 电子 技术高度 发展 的今天,变频调速装置的价格已不再昂贵的情况下,再考虑调压调速,似乎已无多大的现实意义了。
4结论
(1)电子式软起动器结构简单,较之传统的/y起动器,自耦变压器起动器具有无触点、无噪音、重量轻、体积小,起动电流及起动时间可控制,起动过程平滑等优点,并且维护工作量小。当电动机空载或轻载时,节能效果显著,特别适用于短时满载,长时间空载的负载。
(2)对于高转差电机,实心转子电机,力矩电机等,尤其是在带风机、水泵类负载时,有较好的调速性能,但不适用于普通的笼型电机调速。
(3)采用智能控制器,具有完善的电机保护功能,保护整定值设置方便,保护性能可靠。
(4)其最大缺点是由于采用晶a闸管移相控制,故对电网及电机均存在谐波干扰。
摘 要：山东黄台火力发电厂原10万kv机组配套锅炉的引、送风机投用后，一直采用风挡板手动节流调节方式经考察论证，确定对引、送风机实施斩波内馈调速技术改造，取得明显的节能效果。本文介绍了该技术的原理和特性、节能和环境效益，具有广阔的市场潜力。
关键词：高压电机；斩波内溃调速技术；应用；节能；市场
山东黄台火力发电厂原10万kw机组配套锅炉的引、送风机投用后，一直采用风挡板手动节流调节方式。高压电机调速项目于1999年下半年开始经多方考察论证后，确定对5#炉两台引风机和两台送风机实施斩波内馈调速技术改造，于2000年10月19日正式投用，至今运行状况良好，取得了明显的节能效果。
一、技术原理和特性
斩波内馈调速是融斩波控制和内馈电机两项专利技术于一体的新型高压电机调速技术。该技术可在高压中、大容量的风机、泵类节能调速中应用。
斩波实际是变流主电路的数字控制，目的是克服移相控制存在的缺点。从根本上解决了有源逆变器可靠性问题。目前，斩波控制已被视为取代移相控制的发展方向。
内馈调速是一种基于转子的电磁功率控制调速，其原理是把定子传输给转子的电磁功率中的一部分功率移出去。这样定子传输的电磁功率不变，但移出的电功率可任意控制，转子总的电磁功率就被改变，电机转速就可得到控制。
内馈调速巧妙地在异步机的定子上加设一个内馈绕组，专门用来接受转子移出的电功率。内馈绕组此时工作在发电状态，它把接受的电功率又通过电磁感应，反方向传输给定子原绕组，使定子的输入功率减小，与机械功率平衡，实现了高效率的无级调速。
内馈调速最适合于高压大容量电机，其特点如下。
1．回避了定子控制的高电压问题，可实现高压电机低压控制；
2．控制装置的容量可小于电机的容量，即为小容量控制大容量；
3．控制装置和定子电源均为电磁隔离，有效地抑制了控制装置产生的谐波电流对电源的干扰；
4．整个系统没有外附变压器，调速损耗小，效率高。
二、节能效益和环境效益
1．该项目年节电量618.9253万kw•h，折标准煤2500.46t，可减排二氧化碳1812.83t。
2．按山东上网电价0.30元／kw•h计算，年节能效益185.68万元。
3．投资回收期为1.59年。
三、未来市场潜力
我国目前各种电动机的在用总量已超过40万mw。其中90％是交流电动机，且70％的应实施调速运行。中、高电压（3～10kv）中、大容量电动机约为40%，已经成为工业企业主要的动力设备。这些电动机以保守的平均年运行1 600h、节电率按20％计，其技术上的节电潜力至少为400亿kw•h。按照目前我国高压电机改造的速度估算，至少需要100年才能改造一遍。由此可见，中高压电机调速市场潜力相当广阔。
【摘要】
随着节能技术在我国的应用，节能技术已引起了各个领域的关注，对于电力发电厂发电，与日常生产过程中的许多环节和节能密切相关，其中火电机组是大面积的能源消耗区域，本文针对电气节能技术在火电机组中的应用，进行了详细的分析和探索，供有关技术人员参考。
【关键词】
电气节能；技术；火电机组；应用
0引言
对于节能技术的使用和讨论，一方面加强行业的可持续发展，另一方面为企业降低成本，提高经济效益具有重大的作用，中国的火电生产过程中的能源消耗大，能源利用效率低，因此本文对电气节能技术在火电机组中的相关科学技术的发展和应用作出了详细分析和讨论，以提高经济效益。
1电气设备与节能技术概述
我国能源消费已越来越受到重视，所以我国提出了节能减排，这意味着许多项目在生产过程中对能源的消耗和利用要充分重视起来。因此，为了完成节能减排的强制性指标，工厂必须提高节能技术水平，以满足节能和减排的需求。许多化工企业的结构在一定程度上做了调整，这是因为使用了大量的电气设备，而节能技术要充分的运用到设备中去。国家的支持和鼓励化工企业而具有节能技术的电气设备，使许多工厂在运用节能技术，提高节能水平中获得一系列进展，工厂就进一步改善了节能问题，促进并提高工厂的工作效率和能源的利用效率。此外，我国化工企业的节能技术有了新发展，同时也带动了电气自动化的发展。电气自动化是一个新领域，是化工企业所追求的目标。电气自动化包括小家电自动化。通过对它的运用，为工厂和企业带来更高的生产效率，在生产过程中降低成本。因此，电气自动化是节能减排中一个非常重要的环节。
2电气节能技术的应用原则
在火电机组中，使用电气节能技术的目的，是将节能技术充分运用起来，最大程度的提高节能技术的使用率，改进火电机组以往的工作效率，最终实现能源的节约。但在不干扰其它工作正常运行的前提下，电气节能技术在火电机组中才能使用。火电机组的整体工作效益不能因此受到影响。根据现阶段来看我国能源节约的情况，以不影响整体工作效益为前提下使用电气节能技术，其技术要遵守的原则，也就是满足功能原则、经济合理原则和技术先进原则。功能性原则，电气节能技术要先满足火电机组操作性能要求，结合火电机组方面的技术、效应等各个方面要求进行对节能技术充分运用。经济性原则，在火电机组中工作中，要注意运用电气节能技术要在合理的经济范围内工作，不能只关注电气节能这一方面，而使得火电机组中产生大量资金浪费，对电气节能工程合理计划，做到节省能源节约资金。先进性原则，火电机组工作时，应尽量采用利用先进高端的电气节能的技术，将先进技术发扬光大，最大程度的运用电气节能技术，充分发挥它的特长优势。特别是制造方面，优先考虑技术的先进性。
3日常生产生活中的常见节能问题
3.1安装不合理
电气设备内部结构复杂，在工人对系统进行操作时极易将其混淆，而造成这种问题出现的原因是不合理的设备安装，最终使得化工企业在电气设备运行时频繁发生变压器的电压不稳，极易造成线路老化，在一定程度上影响了整个化工企业的日常生产的顺利进行。还因为安装不到位，使得安全措施不能很好地实行，造成不必要的消耗，增加了能源消耗量。
3.2使用浪费
现阶段，电气设备在运行时效率很低。其中有个很重要的原因就是，技术人员操作不规范。操作电气设备技术人员由于缺乏一定的专业技能培训和缺少经验，所以在对工作进行实际操作的过程中，技术水平还达不到。大部分化工企业过于追求经济效益，使得大部分电气设备并不能承受一定的强度，造成极低的效率，节能技术不能充分运用，使得设备瘫痪。加之技术人员在管理上也十分松懈、不严格，没有很高的积极性，不能有效执行企业相关的管理条例，使得电气设备的效率低下。
4采取提高火电机组节能措施
4.1选用低阻电缆
火电企业的工厂面积很大，线路铺设也很复杂，通常情况下，人们为节约施工成本，并不在意对电缆的选择，现阶段，化工企业工厂使用的先进节能减排技术要选择低电阻电缆。拿输电线来说，线路消耗与电阻平方存在正负相关的联系，运用低电阻设备能够有效降低在输电过程中产生的热量，节约能源，避免不必要的浪费，因此，低电阻的特点是极易控制能源耗费，降低能源消耗。选择电缆，要看电缆是否能达到工厂的日常使用需求量，还要在能够达到其日常需求量的情况下对电缆截面积进行考虑，然后再对使用电缆的安全性进行考虑。在激烈的市场竞争中化工企业也越来越壮大，所以在工厂之间的竞争中就要重视安全问题和初期的资金投入问题。
4.2采用合适的变频器
火电生产时，工厂的电气设备不断运转，其用电量也在不断变化着。化工企业运用电气设备节能技术，必须在电气设备上安装适合的变频器。现阶段大部分电气设备的变频功能在设计时就已经配置，这样就使得设备使用效率得以提高，对于节能减排产生了很好的效果。化工企业在历经多年变频技术的发展后，变频调速技术已越来越成熟。转速的二次方和电机功率在电机运转时产生一定比例关系，所以要想达到节能减排的效果，改变电机转速，就要使用变频系统。使得电机在运行时，转速在不断变化，用电量下降，保证电机的使用寿命。
5结束语
电气节能技术是高科技高端性的技术工作，在火电机组在进行设计工作时，充分考虑电气节能问题，在工作中能最大程度的降低能源的消耗，确保电气节能技术安全有效的运用到火电机组工作中。先进的设备，雄厚的经济实力，超高的技术水平是做到节能的根本保证。尤其要重视节能电气的安全性和技术水平，实现对能源的节约，创建良好的节约型社会环境。假若将电器节能技术充分高效的运用到火电机组工作中去，在我国的电气行业中会是重大突破。因此，在我国大力支持电气节能方面的研究。
作者：陈小龙 单位：常熟华润化工有限公司
1励磁保护及系统稳定
发电机提供磁场功能的就是励磁系统，它可以有效的同步发电机与电力系统，发电子转子绕组可以直接从励磁系统获取直流电。励磁系统的交直流转换变压器为励磁系统生成直流电，这个变压器连接着发电机的出口，交流电转换为直流电时，电势产生，有效的支持变压器的启动，由此可见，发电机同步的维持以及发电机或输出无功率都深受励磁系统的。励磁电流的突变会有很多的连锁反应，无功功率输出会变高，然后导致过高的工作电压；反之，工作电压降低，甚至会出现不同步的情况。
自动电压调节的方式中，励磁系统会在输出吸收电力系统中的无功功率的同时将电压始终保持在最正常的范围内。发电机的保护者就是励磁控制，它排除发电机不允许的工况，从而控制不稳定运行在发电机系统中产生，对发电机起到相应的保护功能。
2发电机静态稳定性
发电机静态稳定性会在某些情况下受到一定的影响，例如：线路在电厂输电到负荷中心之间过少，当远端发电厂和负荷中心这两个电压向量之间的夹角达到90b或以上时，系统间会降低传输的电能可能性，震荡也会出现在电力系统中，并可能有几个孤网被解列。
如果故障导致发电厂或者负荷中心之间的线路断开，两点之间的电抗就会增加到一个能够提供传输却不能维持同步的最大电能点。发电机一系列的不同部会在震荡的状态下因刺激的跳动而引起。负荷中心同远端的电厂之间的输电线路的电抗会因系统间的断路而增加，这就导致同时出现电势衰减、与静态稳定、不稳定等种种现象。
3失磁保护
各个系统按部就班，共同协调合作才能使发电机的保护和控制协调得以实现，失磁保护的完成需要与电机容量、静态稳定和欠励限制相协调。发电机在欠励工况下运行需要经由失磁保护将状态设为允许。要及时对发电机的失磁现象进行检测，以避免因失磁或部分失磁给发电机或其他电力部分带来严重的损失。电磁失磁之后，会引起转子、阻尼提高温度，也大大提高了故障发生的概率。供给发电机磁场绕组的直流供电短路、磁场绕组短或励磁系统的断路器断开都可能引发发电机失磁。目前，较常用来检测发电机失磁的是阻抗继电器。
4结束语
大型电力系统中极为关键的部分是发电机，发电机保护、电机静态、发电机满负荷运行的协调，发电机保护与发电机控制之间的协调都是十分必要的。尤其是大型电力系统生震荡时，一切研究的根本目的都是为了保持电力系统的稳定运行。因此，本文对这些内容进行了详尽的探讨与研究，希望能够加强对发电机进行重点保护，使电力系统能够安全、可靠、稳定运行，更好地为社会生产、生活服务。
作者：李武装 单位：河南安阳广源能源生物质能热电有限公司
1改革和创新教学模式进行
根据课程特点和典型工作任务，将原来单一的先进行理论教学后进行验证实验的课程教学模式，转变为项目式和模块化教学模式，实现项目引领，任务驱动，“教、学、做一体化”，以“够用为度、强化应用”为原则。从学生的实际情况出发，因材施教，分层教学，注重学生的实践动手能力的培养。创设企业工作情景，校企合作、工学结合，边讲边练。将以课本为中心转变为以“项目任务”为中心，学生个个参与，人人动手；将以教师为中心转变为以学生为中心，突出学生的主体地位；将以教室为中心转变为以实训车间和实际经验为中心，以传授知识为主转变为以培养能力形成技能为主。
2改革教学方法，综合利用现代化的教学手段
1、采用实物教学，先让学生面对一个含有电机的实际的电气控制系统，并运行该系统，使学生就有一个感性认识，知道电机用在什么地方、起了什么作用、为什么要学电机控制方面的知识、需要哪些方面的知识才能较好地使用控制电机，提高学生对本课程的学习兴趣和学习的主动性。2、综合利用现代化的教学手段。改变传统的教学方法，通过多媒体课件ppt、图片、动画、教学视频、实物演示来增强学生的感性认识，拓展学生的视野。帮助学生理解和掌握课程的重点和难点，如变压器、直流电机、三相异步电动机的结构和工作原理等内容，在电机和变压器制造企业实际拍摄电机、变压器生产过程和制造工艺，加深学生的理解。提高了教学的趣味性、实用性，调动和激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量。
3校企合作，共建校内外实训实习基地
建立了集实训与理论教学为一体的“电工电子”校内实训基地和电机及电气控制实训室。同时还与相关企业合作建立了多个校外实训基地，校企合作，引厂入校，工学结合、顶岗实习，校企深度融合。大加强实践性教学力度，安排设计、验证性实验七个，安排变压器、电动机拆装实训两周，电气控制电路实训一周，对于有兴趣和能力强的学生，学校实验室、实训室在课余时间和双休日定期对学生开放，并有专门的老师对他们进行指导，进行开放性实验和创新性实验，培养学生的发散思维和创新能力。学生除了在校内进行实验、实训之外，还在相关企业进行顶岗实习，既增强了学生的感性认识，又增强了《电机与电气控制技术》这门课程的实用性，培养和锻炼了学生的动手能力，增强了学生的技能，教学效果明显。逐步形成了以职业能力培养为核心的理实一体的教学体系。
4将技能实训和高级电工职业资格鉴定有机结合
高级电工职业资格是具有设计、安装、调试、操作、维修电机与变压器、仪器仪表、及电气控制系统的高技能应用性人才，过去，电机与电气控制技术的教学与中高级电工职业技能鉴定脱节，所学知识和技能无法满足学生获取职业资格证书的要求。为此，在《电机与电气控制技术》课程教学中，依据维修电工职业岗位技能要求和职业资格标准，将技能实训和中、高级电工职业资格技能鉴定有机结合，以职业活动为导向，以职业能力为核心，以职业技能要求开展实训工作。在“电机拖动及控制实训室”进行2周的专业技能实训，在完成规定的实训任务后，进行高级电工职业资格鉴定，实现“双证”融合。加强理论和实践教学的同时，增加了中、高级维修电工资格考试方面的知识和技能，使学生既能具有一定的专业基础知识，又能获得相关的职业岗位资格证书。提高了学生的就业竞争力和职业能力，为学生今后的就业创造了条件。学生取得高级电工职业资格证书人数达到95％以上。
5改革课程考核评价方法，注重实践动手能力的考核
传统的课程考核评价方式主要是平时成绩加期末考试成成绩，无法综合评价学生学习过程及综合能力。为此，须改革课程考核评价方法，注重学生实践动手能力和操作技能的考核，采用多元化考核方式，强化过程考核。制定了理论、实验、课程设计、实训、安装操作考核标准及评分细则，形成平时、期中、期末三个阶段性考核。理论考核主要考察学生掌握基本知识和基本概念、基本原理，以笔试闭卷为主，实训、实操要求学生设计基本控制电路并安装调试，重在过程和基本技能的考察，重点考核学生分析问题、解决问题的能力，并注重学生综合能力和职业能力考核，可采取学生自评、小组互评、老师评价的方式，按照一定的比例综合计分。电机与电气控制技术课程改革的实践证明，通过改革课程体系，精选教学内容，创新教学模式，改革教学方法和手段，实行工学结合、校企合作，技能实训融入技能职业资格证，采用多元化的考核方法，大大激发了学生的学习兴趣，强有力的实践教学环节和职业技能培训，使学生的基本素质和职业能力都得到了很大提高，同时为学生将来的就业打下了坚实的基础。电机与电气控制技术课程改革的效果是明显的。
作者：陈昌松单位：武汉职业技术学院
