時(shí)間:2019-04-17 10:50:06來(lái)源: 電子發(fā)燒友
一、概述
普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5~7倍,甚至達(dá)到10倍。電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的大電流在電機(jī)定子線(xiàn)圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力,加大了定子線(xiàn)圈(尤其是端部)與鐵芯的磨損,會(huì)破壞繞組絕緣;沖擊力也容易引起鼠籠斷裂,導(dǎo)致電機(jī)故障。電動(dòng)力的大小與電流的平方成正比。直接全壓起動(dòng)時(shí)的電動(dòng)力是正常額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)力的36倍(按Imax=6IN)。
電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí),額定電壓瞬時(shí)加在電機(jī)繞組上。此時(shí)會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓,在最不利的情況下過(guò)電壓會(huì)達(dá)到額定電壓的5倍,這對(duì)電機(jī)絕緣將造成極大的傷害。許多電機(jī)的損壞發(fā)生在合閘時(shí)就是由于產(chǎn)生操作過(guò)電壓的原因。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí),過(guò)大的起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降,破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至?xí)痣娋W(wǎng)失穩(wěn),引發(fā)更大的事故。因此,一般要求經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)引起的電壓波動(dòng)不大于10%;偶爾起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)引起的電壓波動(dòng)不大于15%。
二、工作原理
開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置的基本原理和可控硅串聯(lián)式固態(tài)軟起動(dòng)裝置相同,都是相控調(diào)壓控制。裝置原理如圖1所示,開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置用開(kāi)關(guān)變壓器(TK)的高壓繞組來(lái)代替可控硅串,而把可控硅放在開(kāi)關(guān)變壓器的低壓側(cè)。
其原理如下:
圖1:原理圖
SCR未導(dǎo)通且加上電源電壓U時(shí),開(kāi)關(guān)變壓器TK原邊和電機(jī)D上得到電壓,由于TK的空載電流遠(yuǎn)小于D的空載電流(指額定值),故電壓絕大部分(95%以上)加在TK原邊,為電壓U1,此時(shí)TK副邊也得到電壓U2,波形為完整的正弦波。
當(dāng)SCR控制極加上觸發(fā)電壓時(shí),SCR從α角處導(dǎo)通,則U2立即降低,U2電壓如圖2中實(shí)線(xiàn)所示,U1的波形也相同。UD上的電壓為外加電壓U減去U1,則UD上的電壓波形如圖3所示。當(dāng)增大控制角α?xí)r,則U2變小,U1變小,UD加大。反之亦然。α由大到小連續(xù)調(diào)節(jié),則UD連續(xù)由小到大,即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑加速,完成調(diào)壓軟起動(dòng)。
從本質(zhì)上來(lái)看,開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置是一種改進(jìn)型固態(tài)軟起動(dòng)裝置,其改進(jìn)主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。
1)可靠性
開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置用開(kāi)關(guān)變壓器(TK)的高壓繞組來(lái)代替可控硅串,而把可控硅放在開(kāi)關(guān)變壓器的低壓側(cè)(如圖1所示),可控硅不用串聯(lián),因而解決了可控硅串聯(lián)方式的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴},可靠性大大提高。
2)諧波
由于開(kāi)關(guān)變壓器漏抗的濾波作用,加到電源上的諧波大大減少。
圖2:開(kāi)關(guān)變壓器一次側(cè)和二次測(cè)電壓波形
圖3:電機(jī)端電壓波形
1.開(kāi)關(guān)變壓器式起動(dòng)裝置優(yōu)點(diǎn)包括:
2.電壓電流可全范圍調(diào)節(jié);
3.可實(shí)現(xiàn)任意起動(dòng)曲線(xiàn);
4.時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)迅速;
5.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,電動(dòng)機(jī)功率增加時(shí)只要增加功率器件的容量;
6.開(kāi)關(guān)變壓器工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài),開(kāi)通時(shí)主要為銅損,隔斷時(shí)主要為鐵損,起動(dòng)中開(kāi)關(guān)變壓器損耗很小,發(fā)熱??;
7.可連續(xù)多次起動(dòng),重復(fù)精度高;
8.純粹調(diào)壓軟起動(dòng),故一拖多時(shí)電動(dòng)機(jī)的容量可以相差很遠(yuǎn)。
這些優(yōu)點(diǎn)使開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置成為當(dāng)前性?xún)r(jià)比最高的高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。
電機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示:K1為運(yùn)行柜,它與電動(dòng)機(jī)D構(gòu)成正常工作時(shí)的運(yùn)行系統(tǒng);K2為起動(dòng)柜,它與開(kāi)關(guān)變壓器TK構(gòu)成起動(dòng)回路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),合上K2,給可控硅SCR加上觸發(fā)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)相控調(diào)壓軟起動(dòng);起動(dòng)結(jié)束后,合上K1、斷開(kāi)K2,電動(dòng)機(jī)即轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。
起動(dòng)回路的控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。
圖4:控制系統(tǒng)框圖
軟起動(dòng)不同階段的電流按照選定的起動(dòng)模式和起動(dòng)曲線(xiàn)由控制程序給定,主電路中的電流由采樣單元采集,PLC比較電流采樣值和給定值,根據(jù)差值閉環(huán)調(diào)節(jié)觸發(fā)單元的輸入電壓,改變SCR的導(dǎo)通角,從而使主電路中的電流與給定值相等。
修改控制程序中起動(dòng)各階段電流的大小和保持時(shí)間,即可得到各種不同的起動(dòng)電流曲線(xiàn)。
由控制系統(tǒng)框圖可見(jiàn),如果從虛線(xiàn)處隔開(kāi),右側(cè)為功率主回路,左側(cè)為控制環(huán)節(jié)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率不同時(shí),只要更換TK、CT及SCR即可,其余控制環(huán)節(jié)不用改變。
三、應(yīng)用實(shí)例
大慶石化煉油廠(chǎng)一重催主抽風(fēng)機(jī)功率6300kW、額定電壓6kV、額定電流700A由于電網(wǎng)情況逐漸惡化,使得廠(chǎng)里決定將電機(jī)起動(dòng)由原來(lái)的直接起動(dòng)改造為軟起動(dòng)。
大慶石化煉油廠(chǎng)隨后組織考察了多個(gè)廠(chǎng)家不同起動(dòng)方案,從起動(dòng)裝置性能、可用性、可靠性、安全性、可維護(hù)性等多方面進(jìn)行論證,反復(fù)比較,最終選擇了開(kāi)關(guān)變壓器方案,并決定采用帕特爾公司最新研制的開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置,作為一重催主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)的起動(dòng)裝置。
大慶石化煉油廠(chǎng)一重催系統(tǒng)圖如圖5所示:
圖5:系統(tǒng)圖
電機(jī)起動(dòng)情況
1)電機(jī)及負(fù)載情況
額定功率為6300kW、額定電壓6kV、額定電流700A。
2)空載起動(dòng)情況
2008年7月22日空載起動(dòng)電機(jī),起動(dòng)最大電流1546A(2.2倍額定電流),起動(dòng)時(shí)間8s。
空載起動(dòng)電流曲線(xiàn)如下圖所示。
圖6:空載起動(dòng)電流曲線(xiàn)
3)帶載起動(dòng)情況
2008年7月22日帶載起動(dòng)電機(jī),因用戶(hù)要求起動(dòng)電流控制要控制在3倍額定電流以?xún)?nèi),經(jīng)過(guò)計(jì)算后將起動(dòng)參數(shù)調(diào)整,一次起動(dòng)成功,起動(dòng)最大電流2020A(2.88倍額定電流),起動(dòng)時(shí)間32s。
帶載起動(dòng)電流曲線(xiàn)如下圖所示。
圖7:帶載起動(dòng)電流曲線(xiàn)
關(guān)變壓器式起動(dòng)裝置在調(diào)試過(guò)程中即體現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):可多次連續(xù)起動(dòng)、多次起動(dòng)性能一致、現(xiàn)場(chǎng)可靈活整定起動(dòng)參數(shù)以獲得最佳曲線(xiàn)、控制精確、調(diào)試簡(jiǎn)單方便等等。
四、裝置特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
哈爾濱帕特爾科技有限公司于2001年首創(chuàng)的開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置,具有簡(jiǎn)潔、可靠、精確、靈活、省時(shí)、節(jié)約投資、減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
開(kāi)關(guān)變壓器式起動(dòng)裝置能從零起調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓和電流,實(shí)現(xiàn)真正的平滑起動(dòng)。自適應(yīng)電流算法,能根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載實(shí)時(shí)狀況,自動(dòng)調(diào)整起動(dòng)電流大小,在確保電機(jī)起動(dòng)成功的前提下,將最大起動(dòng)電流控制到最小。
開(kāi)關(guān)變壓器軟起動(dòng)裝置自2001年推出以來(lái),已經(jīng)為多家大型企業(yè)所采用。服務(wù)的行業(yè)包括鋼鐵、冶金、石化、市政、制藥等。為實(shí)踐所證明是一種可靠、性能優(yōu)異的、高性?xún)r(jià)比的軟起動(dòng)裝置。為電機(jī)起動(dòng)領(lǐng)域提供了一種最佳選擇。
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