高壓大功率交流電機的軟起動控制原理及應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-06-03 17:04:38 來源：中國傳動網(wǎng)

摘要：本文介紹了高壓大功率交流異步電動機軟起系統(tǒng)的工作原理，及對系統(tǒng)完善的保護功能。

一、高壓軟起動原理、應(yīng)用概述

　　高壓大功率交流異步電動機軟起動裝置是新一代高科技產(chǎn)品。主要適用于高壓交流電動機的起動、運行和停止的控制和保護。

　　太鋼目前投入運行的軟起動裝置均采用計算機控制技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，以高壓大功率晶閘管做主回路的開關(guān)元件，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來控制電動機電壓的平穩(wěn)升降和無觸點通斷，實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)起停?？蓪崿F(xiàn)以起動電機所需的最小電流來起動電機，減少電流對電網(wǎng)的沖擊，降低設(shè)備的振動和噪聲，降低起動機械應(yīng)力，延長電動機及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

　　軟起動裝置分主回路、控制回路，柜內(nèi)主要電器及元件有真空接觸器（真空斷路器）、可控硅、雙CPU控制系統(tǒng)、高壓電壓互感器、高壓電流互感器等，可以根據(jù)不同的應(yīng)用情況設(shè)置初始轉(zhuǎn)矩、起動時間、停機時間、限流和各種保護值等。平滑的起動特性和免維護等使其具有傳統(tǒng)軟起動方法無法比擬的優(yōu)越性。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

二、高壓軟起動原理、應(yīng)用實例分析

　　例如一臺高壓水泵系統(tǒng)基本技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

　　1.1 電機型號：YK3000-2/1430

　　電壓：10KV

　　功率：3000KW

　　額定電流：199A

　　安裝地點：室內(nèi)

　　1.2 負載類型：除磷泵電機

　　1.3 起動完成后，軟起動裝置退出，由旁路接觸器接通電機運行。

　　1.4 工作環(huán)境：

　　環(huán)境溫度： -20℃～45℃，最大日溫差25℃

　　相對濕度：95%（25℃） 50%（40℃）無凝露

　　海拔高度：≤1000米

　　地面水平加速度：0.3g 垂直加速度;0.15g

　　2軟起動系統(tǒng)主要組成部分

　　2.1功率回路

　　主要由進線接觸器、高壓可控硅串聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，如圖2所示。其中高壓可控硅串聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。當進線端得電后，通過控制可控硅的導(dǎo)通角以實現(xiàn)對交流三相電源進行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動過程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動器切換到旁路狀態(tài)，同時關(guān)閉可控硅。SCR的控制見圖3所示。

圖2 高壓軟起動器主回路示意圖

圖3 SCR移相控制原理圖

　　2.2觸發(fā)系統(tǒng)

　　它是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵部分，必須具有抗噪聲干擾的能力，能夠及時準確的導(dǎo)通可控硅。本裝置觸發(fā)電路采用光纖進行觸發(fā)信號的傳輸，并在觸發(fā)板供電電源上采用了先進的低位取能的方法，完全實現(xiàn)了電氣的隔離，避免了外圍信號的干擾。

　　2.3控制和保護電路

　　包括由微處理器及大規(guī)模門陣列組成的數(shù)字電路、由光纖組成的光電隔離電路、電流檢測和電壓檢測電路、溫度檢測電路及各種保護動作電路等組成，是軟起動器的核心部分。通過閉環(huán)控制可控硅的導(dǎo)通角的大小，從而完成對電機的起動和停車的理想化的控制。同時完成軟起動器的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與保護等功能。

　　2.4人機界面單元

　　主要由觸摸式液晶顯示器、通訊模塊及上位遠程軟件組成。用以實現(xiàn)用戶的參數(shù)設(shè)置、選擇起動方式、顯示設(shè)備的運行狀態(tài)和進行遠程監(jiān)控等，給用戶提供簡單易用的人機界面。

　　3起動方式

　　3.1電壓斜坡軟起動

　　該起動方式可以有效減少起動轉(zhuǎn)矩沖擊，可以提供無級的，平滑的起動加速度，從而使齒輪、連軸結(jié)和皮帶的摩擦減小到最低。用戶可以根據(jù)需要設(shè)定起動轉(zhuǎn)矩，軟起動器便根據(jù)堵轉(zhuǎn)矩和起動時間確定的斜率線性地控制輸出電壓。下圖為電壓斜坡起動波形。

圖4 電壓斜坡起動波形

　　3.2限流軟起動

　　對于要求限制電機加速過程中的電流沖擊的場合，這種起動方式是非常有用的。起動電流可設(shè)定為電機滿載電流的50%到600%，限制時間為0到30秒。在限流起動的過程中，軟起動器一旦檢測到電機達到全速，輸出電壓將達到全壓，旁路接觸器將閉合。下圖為限流起動波形。

圖5 限流起動波形

　　3.3突跳起動

　　當使用這種起動方式時，軟起動器提供一個附加的起動脈沖轉(zhuǎn)矩用來克服摩擦負載所產(chǎn)生的靜摩擦阻力。脈沖時間為用戶可設(shè)定的0到2秒。下圖為突跳起動波形。

圖6 突跳起動波形

　　3.4全壓起動

　　在全壓起動方式下，軟起動器相當于固態(tài)接觸器。電機受到全額的沖擊電流和達到堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。下圖為全壓起動波形。

圖7 全壓起動波形

　　3.5軟停止

　　這種功能應(yīng)用于需要從穩(wěn)定運行平滑的過渡到靜止的場合。用來避免因緊急停車而產(chǎn)生的水錘效應(yīng)等。電壓下降的斜坡時間為用戶可設(shè)定的0～60秒。當輸出電壓下降到負載轉(zhuǎn)矩大于軟起動器的輸出轉(zhuǎn)矩時，負載將停止。下圖為軟停止波形。