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高启动转矩三相异步电机在梳棉机上的应用
作者:滕新玉
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电动机展厅
三相异步电动机, 单相电机, 马达, 伺服电机, 直流电机, ...
1、高启动转矩三相异步电机概述

FXSQ132-4型高启动转矩三相异步电动机是为梳棉机锡林配套的主电机,具有起动转矩高,起动电流小,起动迅速的特点。为了快速制动,高起动转矩三相异步电动机附有直流制动器,该制动器反应灵敏。制动安全、可靠,适用于需频繁起动,起动转矩大,起动电流小,快速制动的场合。高效节能、温升低、防纤维堵塞能力强、安全可靠等特点,适用于棉、毛、麻、丝及化学纤维等各种纺织、印染机械,能在多尘埃、短纤维、温湿度高的环境下工作,也可以用于其它机械的驱动。

2 、高启动转矩三相异步电机的结构、原理和特点

2.1 结构

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图1 三相异步电动机的分解图

(一)定子(静止部分)

1.定子铁心: 定子铁心的作用是作为电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。
2.定子绕组:定子绕组的是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。

定子三相绕组的接线方式

(1)星形接法(Y接)
(2)三角形接法(△接)

3.机座

(二)转子(旋转部分)

转子是电动机的旋转部分,包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。

1.转子铁心

作用:电机磁路的一部分,并放置转子绕组。一般用0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。

2.转子绕组

作用是切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。根据构造的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。

(1)鼠笼式转子:若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组,对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。

(2)绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三个出线头接到转轴的三个集电环(滑环)上,再通过电刷与外电路联接.

3. 转轴

用以传递转矩及支撑转子的重量,一般由中碳钢或合金钢制成。

(三)其它附件

端盖、轴承、轴承端盖、风扇

2.2 原理

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时,就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于导子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

2.3 特点

异步电动机启动时的要求:

1、电动机有足够大的启动转矩。
2、一定大小启动转矩前提下,启动电流越小越好。
3、启动所需设备简单,操作方便。
4、启动过程中功率损耗越小越好。

鼠笼式异步电动机的启动:

1、直接启动

即启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压。三相异步电动机直接启动的条件(满足一条即可)

1、容量在7.5KW以下的电动机均可采用。
2、电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10%,对于不常启动的电动机可放宽到15%。

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3、可用经验公式粗估电动机是否可直接启动。

优点:所需启动设备简单,启动时间短,启动方式简 单、可靠,所需成本低。
缺点:对电动机及电网有一定冲击

2、降压启动

在电动机启动时降低定子绕组上的电压,启动结束时加额定电压的启动方式。降压启动能起到降低电动机启动电流目的,但由于转矩与电压的平方成正比,因此降压启动时电动机的转矩减小较多,故只适用于空载或轻载启动。

A、自耦变压器(亦称补偿器)降压启动

(1)接线:自耦变压器的高压边投入电网,低压边接至电动机,有几个不同电压比的分接头供选择。

(2)特点:设自耦变压器的变比为K,原边电压为U1,副边电压U2= U1/K,副边电流I2(即通过电动机定子绕组的线电流)也按正比减小,又因为I1= I2/K,则电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍,转矩降为1/K2倍。

自耦变压器副边有2~3组抽头,如二次电压分别为原边电压的80 %、60%、40%。

优点:可按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动,定子绕组采用Y或Δ。

缺点:设备体积大,投资较贵。

B、星—三角(Y—Δ )降压启动

(1)接线:启动时先将定子接成星形,启动完再接成Δ。
(2)特点:启动电流、电源电流和启动转矩只有直接启动时1/3。

优点:设备简单,价格低。

缺点:只用于正常运行时为Δ 接法,降压比固定,有时不能满足启动要求。

C、延边三角形启动

即启动时将电动机一部分定子绕组接成Y形,另一部分接Δ形。

特点:启动是,每相绕组所承受的电压,比接成全星形接法时大,启动转矩较大,但绕组结构较复杂,应用受限制。

D、串电阻(或电抗)降压启动

对鼠笼异步电动机可采用在启动时给定子电路中串联降压电阻(或电抗器)的办法来启动电动机,待电动机启动结束时再将电阻(或电抗器)短接,这种启动方法简单,但定子串电阻起动耗能多,主要用于低压小功率电动机;定子串电抗启动投资大,主要用于高压大功率电动机。由于电阻上有热能损耗,用电抗器则体积、成本较大,此法很少用。

3 、高启动转矩三相异步电机在梳棉机上的应用

3.1 梳棉机

梳棉机的前道工序是开清棉联合机,后道工序是并条机,用于梳理棉纤维、棉型化纤和中长纤维,经过清棉工序的原料由棉箱或棉卷喂入本机,对棉层进行开松、混合、分梳和除杂,使呈卷曲状的棉团分梳成基本伸直的单纤维状态,并清除清花工序遗留下来的破籽杂质和短绒,经牵伸集合成一定规格的棉条储存在棉条筒内供下道工序使用。

锡林、道夫是梳棉机上的主关键部分。锡林是用来完成梳理、剥取与转移;而道夫则是配合锡林梳理,并除去杂质与短绒。两者结构相似,而且电气上所用电机都是高启动转矩三相异步电机。

3.2 锡林电机主要技术数据:

额定功率5.5kW 额定电压 380V 频率 50Hz 额定电流11.47A;转速1450r/min;堵转转矩:额定转矩 3.3;堵转电流:额定电流 7.5;最大转矩:额定转矩 2.2。

3.3 电路控制

下面以锡林为例,做个简单介绍。控制电路通过两个断路器和三个交流接触器来组成,控制方面由PLC或者继电器控制来完成,首先要启动交流接触器KM2和KM3,作为星形启动,在刺辊速度达到一定速度以后,完成切换交流接触器KM1和KM2,作为三角形正常运行,在切换时最好增加一个延时和互锁功能避免发生电路短路烧毁电机的现象,其中QF2型号为GV2ME32C+AE1 15kW 24-32A,QF1型号GV2ME14C+AE1 4kW 6-10A ,KM1-KM3型号为LC1-D18M7C。如下图示:

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图2 控制电路

3.4 控制实现

控制实现如图示,按钮SB1为停止按钮,SB2为启动按钮,KT为延时控制,当启动按钮SB2动作时,KM2动作并自保持,其中KT,KM1动作,KM2,KM1组合成星形启动,在KT到一定时间后,KM1断开,KM3动作并且自保持,其中KM2,KM3组合成三角形运行,增加了星三角转换的互锁功能和为了防止启动电流过大而跳闸的断路器保护。在按下停止按钮后整个电路失电停止运行。

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3.5高启动转矩三相异步电机的现场数据监控

在完成电路控制后,对星三角启动进行了现场数据的采集和分析,下图为锡林电机转速随时间变化的曲线图。

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锡林电机电流随时间变化的曲线图如下:

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4、结论

通过对现场数据采集后的曲线图分析可以看出,锡林电机采用星三角启动后,提升速度比较平缓,避免了由原来采用摩擦离合器由于皮带调整不当造成的皮带断裂等问题,而且锡林惯性大在完成三角形切换后在惯性的作用下空载电流很小等特点,目前纺织机械大功率电机普遍应用星三角启动,比如滤尘风机等等。

参考文献:
[1] 接触器控制星三角降压启动线路的工作原理.农村电工.1997年第10期
[2] PLC在电厂电动机星三角启动中的应用.谢路生、黄元庆、雷德铤.机电技术.2007年第3期
[3] 三相异步电动机安全运行要领. 欧阳军 .铝镁技术 . 2003年第4期
[4] 金茂椿 魏家轼 . 电机与控制 [M].电子科技大学出版社
[5] 才家刚 电动机使用与修理技术 水利水电出版社 1998(end)
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