交流笼型电动机软起动技术及应用手册3

1第三章交流笼型电动机软起动设备的工程应用3.1交流电动机软起动参数计算基础3.1.1交流电动机软起动转矩平衡方程交流电动机软起动转矩平衡方程也称电动机惯性系统运动方程。当负载转矩为ML，电机转速额定值为N时，电动机惯性系统运动方程为MB＝··＝·(kg·m)(3-1)式中MB加速转矩＝MM—ML(kg—m)；MM电机转矩(kg—m)；ML负载转矩(kg—m)；GD2电机飞轮转矩＋换算到电机轴上的负载飞轮转矩；N转速（转／分）；T时间（秒）；g重力加速度m2/s。3.1.2加速、减速时间的确定由式3-1可知由于由零速加速至速度N所用的时间tt＝∫N(3-2)根据式3-2，如能给出加速转矩MB，则能求出加速时间t加，而若给出减速转矩，则能求出减速时间t减。若计算式3-2积分时，以最简单的情况，当阻力矩ML＝常量，GD2为常量，则t＝(3-3)GD24g2Л60dNdtGD2375dNdtGD2375(M－MC)(N－0).GD2375MBdNdtO2实际上考虑到转矩的变动，转矩M用其平均值给出。下面举例说明：例一：一传送带的传动电机3.7KW,四极电机，归算到电机轴上的转动总惯量GD2＝0.212kg·m2，负载转矩最大MLmax＝1.5kg·m，最小负载转矩MLmin＝1.2kg·m；求电机加、减速时间。解：求取速度变化差ΔN（其中0.03为转差率）ΔN＝(1－0.03)－0＝1450转／分求取电机电磁转矩MMMM＝＝2.49kg·m.求取加速时间t加＝＝1.07秒其中系数1.1为实际整定加速系数。求取减速时间t减t减＝＝0.13秒其中系数0.2为减速系数显然本例讨论的是负载转矩为恒值常数。而对平方转矩负载，可见下例。例二：平方转矩下的加减速时间计算由于平方转矩的性质，负载转矩随速度大幅度变化，仅用平均加、减速转矩做为加速时的做功转矩，是不合适。为此提出下面公式：加速时间t加＝（秒）(3-4)其中MAmin最小加速转矩(kg·m)Nmax最高转速（转／分）减速时间t减120×504975×3.714500.212×1450375×(2.06×1.1－1.5)GD2Nmax375•MAminGD2Nmax375•MDmin0.212×1750375(2.06×0.2+1.2)3t减≥（秒）(3-5)其中NAmin最小减速转矩(kg·m)式中NAmin，NDmin可用图表示（图3-1）实际上除设计者外，多数都不计算，这里给出的只是工程整定前的预置参数。3.1.3惯性转矩GD2惯性转矩有时也称飞轮转矩，它是为使静止物体在一定时间内加速到某一速度时物体质量的度量，他与物体质量形状有关，工业应用的是以kg·m２为单位。一般在软起动参数整定时都要求设计者给出这一数值，本手册本章也给出通用负载的GD2参数值范围。这里还需指出的是,若电机通过齿轮机与负载相联，那么在GD2计算时，要考虑减速比的折算。如设减速器的效率100％。电机侧减速齿数G1，负载侧减速齿数G2则N2＝•N1M2＝•M1(GD2)＝()2•GD2其中：G齿轮齿数；M2，M1负载侧，电机侧转矩；N2，N1负载侧，电机侧转速。3.2采用软起动时基本参数工程整定G2G1G2G1G2G1NMTDminNmaxTAmin电机转矩负载转矩电机再生制动转矩图3-1最小加减速转矩43.2.1斜坡电压起始值斜坡电压起始值Us如图3-2所示，在计算中引用的参数定义见图3-3。Us＝UN×（3-6）其中MLO---t＝0时负载转矩MLO＋0.15MN---t＝0时加速转矩MA---t＝0时全压起动时电机转矩与US起始电压对应的起始电流ISIS＝ID×（3-7）其中IS—施加起始电压后的起始电流ID—全压起动时的起始电流式3-6是根据图3-3所示，使电机由某一速度加速到某一速度，转速变化量Δn时，所需加速转矩MBOS。再根据电动机端电压与转矩关系（式1-1）ΔMαΔU2，转换推导出。关于MBOS工程上设定为：USUNMLO＋0.15MNMAnM图3-3典型交流电动机与负载转矩-速度关系MAMNMMOSML负载转矩MLOt=0时负载转矩MB起始电压电机加速转矩MA-MLMA电机固有特性的起动转矩（即堵转转矩）MN电机额定转矩MMOS软起动t=0时电机转矩MBOS软起动t=0时加速转矩要求:MBOS=MMOS-MLO≥0.15MNMLOnKHSYnNnSMSMKMMMLMBMBOS负载电机tU图3-2电压斜坡tacctRUNUtemUSiUtem-UiniUN-Uini}}△n速度变化量nN额定速度（转/分）USi起始电压UN额定电压（伏）U端电压MN电机额定转矩（Kg·m）MLO电机起始转矩（Kg·m）t运行时间（秒）tR起动积分时间（秒）I起始电流（安）U5MBOS＝MLO＋0.15MN（3-8）即是说要在负载转矩MLO基础上留有15%MN额定转矩的富裕。（见图3-4）如图3-4，通过限压降低了起动电流，其结果压低了电机速度与转矩曲线，但由于电机特性在制动转矩的最低点（n＝0）有一负阻不稳定工作区，因而要求电机转矩要高于负载转矩15％，这是最低的要求。3.2.2斜坡上升时间tR所谓斜坡上升时间，就是使电机从零速起达到额定转速所经过的时间。它可由下式算出。tR＝tDOL×（3-9）其中：tDOL电机在Δ接法下全压起动时间（秒）根据同样的原理，还可求得如图3-5中任一时刻t1或t2的时间（克服惯量的时间）。t1＝2Л/60×J[kg·m]2×Δn[１／分]×1/MBOS[N·M]＝×J×Δn×＝×J×Δn×（3-10）其中，J≤10×J电机然后，再根据图3-3通过下列推导，先计算出t1时刻的加速转矩MB1,计算出加速到Δn后的t2时间。先求取MΒ1加速转矩：UNUS119.551MBOS1MLO＋0.15MN9.55nM/MN1.00.560.25UN00.75UN0.5UNM=f(n·tA)图3-4纯调压软起动tU斜坡时间tntR全压起动tRtR电机端电压电机端电压电机转速tRt1t2全压起动tI电机电流tR全压起动图3-5软起动的电压电流转速6MΒ1＝(Utem－UN)2×MM1－ML1这是根据图3-2的比例关系和式1-1物理概念直接得出。t2＝×J×Δn×（3-11）其中：J—电动机＋负载（计算到电机轴）转动惯量如将3-11改写，可得到一求取时间的公式，即对应限制电压下的起动时间t2≥×（3-12）其中，J—J≥10J电机，电机转动惯量的10倍Mterm—施加于电动机的端电压Mbav—电动机加速转发矩平均值Miav—负载转矩平均值3.2.3起动电流限制值我们由第二章中知道采取限流方案可以使得起动电流的波形良好（见图3-6），获得比只施加斜坡电压（限压）更好起动效果。（见图3-6）。从图3-7可得出，限制起动电流的结果；起动电流限制值由下式算出I起动电流=I×（3-13）或IB＝IA·（3-14）19.551MB1USUNJ×n9.551UUN2×MBav×Miav（）ML＋(MN×0.15)MsnII/IA1.0UN0.75UNIA=f(n·tA)0.5UN图3-6带限流的软起动tIIAIBI额定图3-7依电流控制限制起动电流7其中MS—电动机堵转转矩；IB—电流限制值；IA—起动电流。3.2.4脉冲持续时间对于重载设备，也可通过软起动装置实现平滑起动，问题是在施加斜坡电压之始，同时给出一个尖峰电流。以尖峰电流给电机提供一个加速转矩，克服负载转矩后实现软起动（如图3-8所示,其中UL—突跳电压，tL—脉冲电流/突跳电压保持时间）。例如对起重（吊车）传动要有足够的起动时间，实施起动时间约100～300ms，而对钢铁设备、压碎机等设备，这一时间大约需要１秒（天传电子产品tL可从0.25-2秒可调）。3.3各类选用软起动工程参数推荐表尽管本章的大部份叙述的都是工程用软起动装置参数计算方法，除去工程设计者外，许多用户仍感到计算麻烦，特别是在某些基础数据不全的情况下，很难做出准确计算。为此，本节将向用户推荐一组常用装备软起动基本参数估算值，仅供参数。下面对这一推荐表，作些说明：3.3.1负载类型本表共推荐23种应用机械，当然还是不能包括您所需要的应用机械；不过，您可在nUUNUSULtLtRtnIIAIBI额定I负载ILIS图3-8带脉冲电流的起动8本表中找到依此类推的参数，供您选择。只要您将您的负载归并到M=f（n）的那一类，查表即可。3.3.2负载转矩的基本数据正如本章前节叙述的那样，所有计算依据多数是负载转矩的特征值，为此本表给出了起动转矩与额定转矩相比的比例和总折合惯量／电机惯量的倍比，正如大家所知，这是估计起始电压，起始电流起动时间的重要依据。3.3.3起始电压，起始电流，起动时间的推荐正是有3.3.2节的基础，则很容易地做出对各类应用机械的起始电压，起始电流，起动时间的估算。3.3.4负载工艺特点及控制要点为了大家能更好地设计二次电路，本表将这些应用机械控制要点分别加以说明，为您提供方便。当然这里给出的工业负载为典型负载，还有许多负载没有包括其中，用户应用时可以向本公司及代理商咨询，我们竭成为您服务。表3-1各类负载选用软起动工程参数整定表9应用机械负载类型起动转矩额定负载转矩兑折合惯性矩电机惯性矩负载工艺控制要点起动电流%起动时间（秒）离心泵泵类Mαn240%1慢速停机,负载保护,防止相位颠倒保护3005～15离心风机风机Mαn240%15提供停机制动转矩,检测阻塞物造成的过载(负载)35010～40离心式压缩机风机或重载＞30SMαn250%15防止相位颠倒保护,停止自动排空气体35010～40离心过滤(分离)机风机Mαn220%30防止相位颠倒保护,停止自动排空气体30010～40活塞式压缩机压机Mαn50%1防止相位颠倒保护,停止自动排空气体3505～10螺旋式压缩机压机Mαn10%1防止相位颠倒保护,停止自动排空气体3003～20活塞泵泵类M=常量0.2～0.8检测泵运转方向即运行中的干燥剂3505～10风机风机或重载＞30SMαnMαn240%10提供停机制动转矩,检测阻塞物造成的过载(负载)30010～40冷缩机风机M=n电机保护3005～10传送带运输机皮带机M=常量100%10检测故障的过载控制或检测损坏的负载控制3003～10电梯提升机碾机M=常量100%10检测故障的过载控制或检测损坏的负载控制及变化负载恒定起动3505～10T型缆车皮带机M=常量100%10恒定起动,检测阻塞过载控制；软停车，制动控制4002～10螺旋输送机皮带机Mαn100%5检测恶劣环境的过载和损坏时的欠载3003～10圆锯带锯皮带机或重载＞30SM=常量快速制动30010～60搅拌机碾机Mα1/n120%10工作电流显示搅拌材料密度3505～20拉丝机压机Mαn20%103505～40粉碎机碾机重载Mα1/n100%10停机时限制振动，检测阻塞时过载控制，高起止转矩40010～40热泵泵类Mαn40%0.53505～10切料机碾机重载M=常量100%10控制起动转矩4003～10压延机滚压机压机重载Mαn120%15停机限制振动，检测阻塞的过载4505～60精炼机标准负载100%10控制起动停止转矩3005～30压力机压机或重载120%15增加工作周期的制动40020～60车床Mα1/n100%33505～10备注风机中容积式属Mαn，其他类属Mαn210