软启动器工作原理.doc

软启动器原理工作原理软起动器(软启动器)是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额 定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。软启动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。（2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。（3）起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。 ss2软启动器2008-12-08 15:291.引言 根据统计，电动机的用电量占我国发电量的60%-70%，而电动机中的90%是交流电动机，因此对交流电动机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化国家资源的重要手段。交流电动机面临的主要问题：a.起动问题，包括起动时的电流冲击及起动转矩冲击，电动机因起动引起的故障占总故障的10%以上，而且大功率电动机很多应该停机的时候，因起动困难，只能尽量浪费；b.停机问题，包括根据生产及工序的要求需要延长停机时间或缩短停机时间；c.综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。2.电动机的起动问题 交流电动机全压直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流。直接影响接在该电网上电气设备的运行。全压起动的电动机容量愈大，供电变压器容量愈小时，这种影响愈显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30%，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电动机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、传送带撕裂，齿轮或齿轮箱损坏等。因此必须设法改善电动机的起动过程，使电动机平滑无冲击的完成起动过程。解决此类问题的常用方法为：适当降低电动机的端电压，从而减少电动机的起动电流及过大的起动冲击转矩。交流电动机传统的起动方法有自耦变压器起动、星-三角起动、串电抗器起动、串水电阻起动等。随着晶闸管的问世，从二十世纪七十年代开始推广应用晶闸管交流调压技术的低压固态软起动器，之后随着电力电子控制应用技术的发展，美国摩托托尼公司推出了一系列的中、低压软起动器，电压范围从0.2-15KV，广泛应用在世界各地，其中大量产品在中国市场已经运行十年之久。 3.ss2软启动器与传统起动方式的比较 串电抗器起动：对于鼠笼异步电动机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线电动机采用转子回路串电抗器起动。起动方式属降压起动，起动有较大的功率损耗，分级起动引起起动特性不平滑。 星-三角起动：起动时定子绕组星形连接，起动完成后三角形连接，起动的电流为三角形连接的1/3，同样起动转矩也降为三角形的1/3。同时从星三角接线切换到三角形接线过程中会出现二次冲击电流及转矩 自耦变压器起动：电动机起动时，其定子通过自耦变压器连接到三相电源上，当起动完毕后，自耦变压器切除。当电动机容量较大时，变压器的体积增大，成本高，因变频器自身发热限制不允许频繁起动，而且起动特性不平滑。 以上几种传统的起动方式的共同特点是控制线路简单，起动转矩固定不变，起动过程中都存在二次冲击电流的问题，停机时都是瞬间断电，无法满足软停车的要求。ss2软启动器是电力电子技术与自动化技术的综合产物，采用全数字控制，利于联网集中控制，并且具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。固态软起动器利用晶闸管的移相控制原理，控制晶闸管的触发角就可以控制输出电压的大小。 电动机起动过程中，ss2软启动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，起动过程中的电流可以按照起动要求设定起动电压和电流进行控制，达到限流值后电流不再增加，随着转速的增加，为了维持限流值电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了电动机起动时对电网、电动机本身、相连设备的电气及机械冲击。电动机达到正常转速后，旁路接触器接通（可选起动完成的运行方式）。电动机起动完毕后，软起动器继续监控电动机并提供各种故障保护。 关于中压电动机起动方式目前来说很多用户非常关注，而国内很多场合选用了定子串液态变阻方式。主要因为两点： 第一，固态中压软起动器目前国内没有专业的生产厂家。 第二，液态变阻器起动方式投资少。 中压故态软起动器生产厂家主要集中在美国，其所有控制及保护功能比低压软起动器更完美更全面，以美国摩托托尼公司的软起动器来说，其中压软起动器电压及功率等级覆盖了所有中压电动机的功率范围，在不同行业、不同工况已大量使用。中压软起动器使用寿命为液态变阻器寿命的4倍以上，而且液态变阻器体积庞大，不允许频繁起停，起动功耗大，无法满足一台控制多台电动机的要求，需要专人维护，同时其响应比较慢及设备运行费用比较高。 在欧洲、美国、日本等地中压电动机主要采用中压固态软起动器或中压变频器起动。众所周知，中压变频造价高、调试繁琐、体积庞大、效率低，如果仅仅作为起动电动机的起动器来说故障率明显高于软起动器。所以中压软起动器解决中压电动机起动的问题不管从造价方面、起动性能方面来说，都是最好的选择。 4ss2软启动器的软停车 软起动器可以使软停车过程中的输出电压逐渐减小，从而在停车过程中提供一个平滑递减的输出转矩。这样可以使停车的时间延长，减小负载停车时的机械冲击。固态软起动器的软停车功能用在离心式水泵中，可以避免正常停车时水锤现象造成阀门的损坏。因此水泵的软停车经常被称为水泵的保护控制。 软停的另一使用场合：在货物传送过程中，自然停车过程中，经常引起货物的碰撞或倒塌的事情，如果使用软停机器可以使停车过程变缓，从而避免此类生产故障发生。对于吊车、吊桥、运货车采用软停后可以防止运行中的不稳定以及突然停止所生产的故障。 5电动机的综合保护 交流电动机普遍用于各种工业传动系统，因运行在恶劣的工业环境中，由于环境温度湿度、负载过大、电动机老化、电网波动等因素造成电动机损坏，具有关权威部门统计数字表明，电动机烧坏绝大部分原因是由受潮、过载、过流、堵转、缺相及三相不平衡引起的。电动机的保护可分为机械保护和电气保护两大类。机械保护主要是大容量电动机运行时的轴承保护。电气保护主要有：短路保护、过负载保护、缺相保护、失压或欠压保护、接地或接零保护。并非所有电动机都需要所有的保护功能，用户可以根据情况配合使用，目的是保护电动机不会因为过热而烧毁。而常说的电动机的综合保护主要是指电气保护。 针对此问题，摩托托尼公司设计及生产了大量的用于电动机保护及控制的产品。 如：电动机综合保护器、电动机加热除湿器、电子刹车、可控硅调压、调功产品等产品，已广泛应用于电力、冶金、石化、水利等行业。电动机的综合保护器，集成了所有常用的保护功能，用户接线及参数设定简单，电动机加热除湿器与电子刹车国内生产厂家很少，并且国内产品故障率高，严重影响了生产效率，增加了运行费用，对于一些环境温度比较低，空气湿度比较大的地方，如果电动机长时间处于停机状态，空气中的潮湿会使电动机绕组绝缘降低，起动前必须通电预热，对机体进行干燥处理，恢复绕组的绝缘，这种情况下，建议用户选择合适的加热除湿器。而ss2软启动器本身集成了传统起动器的起动性能与电动机综合保护器的保护性能，对于选用软起动器起动电动机的传动系统，电动机的起停参数、各种保护参数用户都可以通过编程设定，简化了用户外部接线，提高了系统的集成度，便于集中控制和远程控在应用电子软启动器时应考虑哪些问题呢？做为软启动器首先要看它的起动性能和停车性能，目前的软启动器有以下五种起动方式：限流起动顾名思义是限制电动机的起动电流，它主要是用在轻载起动的负载降低起动压降，在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动力矩，对电动机不利。斜坡电压起动顾名思义是电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级，主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长有损于电机。转矩控制起动用在重载起动，它是将电动机的起动转矩由小到大线性上升，它的优点是起动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，它的目的是保护拖动系统，延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机起动时对电网的冲击，是最优的重载起动方式，它的缺点是起动时间较长。转矩加突跳控制起动与转矩控制起动相仿也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，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，应用时要特别注意。电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。综上所述不难看出，最适用最先进的起动方式应是电压控制起动和转矩控制起动及转矩加突跳控制起动。目前的软启动器多是限电流起动和斜波电压起动，它是最原始最低级最简单的方式（如“ABB”软起以及国内的大多厂家），还有的是限流起动和转矩加突跳控制起动。唯有“雷诺尔”的软启动器实现了电压控制和纯转矩控制及转矩加突跳控制起动。“AB”、“施耐德”、“西门子”的是限流起动和转矩加突跳控制起动。停车方式有三种：一是自由停车，二是软停车，三是制动停车。电子软起动带来最大的停车好处就是软停车和制动停车。软停车消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击。制动停车在一定的场合代替了反接制动停车。可靠性的选择：可靠性分三个方面，一是产品的短路自保护，二是无故障停机保护，三是产品故障率。前两项可通过产品说明书识别，国内产品除“雷诺尔”的自带短路保护外其它的一般都不自带短路保护，需外加快速熔断器，自动开关不能保护电子软启动器。国外的“ABB”不自带短路保护，需外加快速熔断器。无故障停机保护看它的软起是不是带有绿色单元（KGL），所有的电力电子产品世界难题是无故障停机（干扰停机）现象。目前，市场上流行的电子软起中唯有“雷诺尔”的加装了绿色单元。智能控制功能的选择：在选择软起要注意它的智能化程度，是否带微机接口，接口是否带有通讯地址和程序，是否能达到通讯控制以及故障自珍诊断功能等。目前发现这些功能完整的只有“雷诺尔”的软起，并且在天津市城市排水微机控制中得到良好应用。其它方面还要考虑是否保护功能完备和冷却方式以及运行方式等，如：过电流保护，过压保护，单项接地保护，上下口断相保护，三相不平衡保护，相位颠倒保护等。冷却方式分机械风冷和自然风冷。柜体是否需加机械通风，元器件的排布等，机械风冷的柜体加机械通风，软起正上方不能放电器元件，机械风冷的还要考虑倾斜度等。自然风冷的无此要求。运行方式分在线型和非在线型，选型时尽量选用非在线型。初始检查 检查启动器标签上的型号是否与订单及发货单上的型号一致。电机软启动器安装和接线须有专业技术人员负责操作，并遵循相应的安装标准和安全规程。在安装和接线之前请详细阅读本使用手。电机软启动器通电时，严禁接线，须在确认断开电源后，才能进行，否则有触电危险。设备在不使用及维修时，必须断开进线空气开关。软启动回路为可控硅元件，严禁用高压欧姆表测量其绝缘电阻。软启动器正常工作时自动输出旁路。软启动器调试时必须接负载(可以小于实际负载)。远程端子禁止有源输入。主回路必须加快速熔断器。接线时，三相输入电源务必接在R、S、T端子上，连接电机的输出线接在U、V、W端子上，否则会造成电机软启动器严重损坏。电机软启动器维修时，请务必先短开电源，确保安全。本手中所述的产品特性以及服务会由于技术发展等原因随时改变，我们保留以后更改的权利。注意：必须确保线路连接正常，否则将出现难以预料的故障或后果。软启动器在运行中的过电压及其保护措施晶闸管、过电压、保护0、引言某矿的一条上运皮带长500米，倾角16度，交流电机电压为交流660V，功率为160Kw，为解决电机起动时所形成的机械及电气冲击，选用了天地科技股份有限公司常州自动化分公司GMC型软启动柜，其核心器件软启动器选用德国西门子生产的3RW22型软启动器。在安装调试过程中，为确保设备的安全，先进行了空载试运行，电压、电流参数都设置的很小，起动过程一切正常。运行一段时间停车后，再次起动时，西门子软启动器发生故障报警，显示晶闸管故障，按其复位按钮无效，用指针式万用表测量晶闸管阻值，发现晶闸管中间相的阻值几乎为零，而完好的晶闸管阳极和阴极之间阻值100K,因此怀疑晶闸管损坏。经分析，造成晶闸管阻值降低的原因是交流电机的反向电动势及晶闸管关断过电压引起,间隔一天，再次测量晶闸管阻值时，阻值恢复正常。1、分析产生故障现象的原因晶闸管阳极伏安特性如图1所示：图1晶闸管阳极伏安特性 从晶闸管阳极伏安特性图可以看出：当电压超过晶闸管正向转折电压UBO时，晶闸管就会“硬导通”，多次的“硬导通”会损坏晶闸管，晶闸管通常是不允许这样工作的。通常在使用晶闸管时，先加上一定的阳极电压，然后在门极和阴极加上足够大的触发电压，使晶闸管的正向转折电压下降到很小而导通;当阳极电流小于维持电流时，元件又从正向导通状态返回正向阻断状态。晶闸管加反向阳极电压时，晶闸管截止。当反向电压升高到URO时，晶闸管反向击穿。当外部的电压超过晶闸管正向转折电压和反向击穿电压时晶闸管就有可能击穿或损坏。外部过电压产生原因主要有以下几种：1.1静电产生的过电压由电源变压器直接供电的晶闸管装置，尤其在变压器容量比较大的情况下，由于变压器的初级和次级间存在分布电容，在合闸的瞬间初级绕组的高电压耦合到次级绕组，造成晶闸管的过电压。1.2、切断电感回路引起磁通突然变化产生的过电压如电源变压器初级侧突然拉闸和跳闸，或突然切断交流电机电源而产生的过电压，这种过电压产生是由于使变压器和交流电机的励磁电流突然切断，在变压器的次级和交流电机的定子感应出很高的瞬时过电压。软启动器是由两个单相晶闸管反并联，所以每个晶闸管承受正反两个方向的半波电压，当晶闸管在一个方向导通结束后，管芯硅片中的载流子还没有完全恢复，因变压器和电机是感性负载，在突然断电后，变压器和电动机将产生一个阻碍其减小的反向电动势，而反向电动势的瞬时电压很高，时间很短，它大大超过了晶闸管的正反向重复峰值电压，阻容吸收装置对于能量较大的过电压不能完全抑制，所以尖峰电压超过晶闸管正反向重复峰值电压时，晶闸管就会误导通。而变压器和交流电机的放电是个缓慢的过程，直到变压器和交流电机的放电电流小于晶闸管的维持电流，晶闸管才恢复为原来的截止状态。1.3晶闸管关断过电压软启动器是由两个单相晶闸管反并联，每个晶闸管承受正反两个方向的半波电压，当晶闸管在一个方向导通结束后，正向电流下降到零，管芯硅片中的载流子还没有完全恢复，当另一半晶闸管导通时，已关断的晶闸管在这些反向电压的作用下，使残存的载流子立即消失，这时反向电流消失的很快，因此即使线路电感很小，产生的感应电动势也很大，和电源电压加在反向已关断的元件上，可能导致晶闸管反向击穿，过电压的数值可达工作电压峰值的56倍。2、防止产生过电压所要采取措施2.1对于静电产生过电压可以采用在变压器加屏蔽绕组，在变压器的星形中心点和地之间加附加电容或是在次级绕组并联适当电容的方法来抑制此类过电压。2.2对切断电感回路引起磁通突然变化和晶闸管关断产生的过电压可采用压敏电阻或阻容吸收回路来保护.2.2.1压敏电阻保护是一种非线性电阻，具有正反向相同且很陡的伏安特性，抑制过电压能力强，反应速度快，但它的主要缺点是持续的平均功率小。 2.2.2阻容吸收回路是在晶闸管两端并接电容，利用电容电压不能突变的特性，吸收尖峰过电压，串联的电阻主要起阻尼作用，用以抑制电路电感和电容所形成的振荡电路;同时限制晶闸管在开通时电流的上升率。阻容电路参数可按表1提供的经验数值，阻容吸收电路要尽量靠近晶闸管，引线要短。电容耐压一般要选晶闸管电压的1.11.5倍。表1 电阻的功率：PR=fCUm210-6 式中f-频率f=50HZ;P-功率，W;Um-晶闸管工作峰值电压，V;C-与电阻串联的电容，F。3、结论由于西门子采取了阻容吸收保护电路，从而有效地保护了晶闸管，我们在设计和实际的操作中，必须保证晶闸管的工作条件不超出它的允许范围，除了在选用器件上留有充分合理的裕量外，还必须采取有效的保护措施，按表1的经验数值选择设计阻容吸收保护电路，在实际的使用过程中，如果软启动器具有软停车功能，在用户条件允许的情况下使用该功能，避免在切断交流电机电源时所产生的过电压，让交流电机因切断电源所产生的反向电动势慢慢的减小，不发生突变，保护晶闸管，减小对交流电机及电缆绝缘的破坏。一晶闸管产品特点简介从本世纪50年代我国生产晶闸管器件问世以来经历了50多年的历史刚开始时由于制造工艺水平不成熟性能很不稳定那时有人称之为可怕硅现在随着制造水平的提高各种性能相当稳定已朝着大电流3000A以上高电压6000V以上方向发展。英文为Thyristor,也称为可控硅SiliconControlledRectifier它是一种具有P-N-P-N四层三个PN结的功率半导体器件它有三个电极阳极A阴极K控制门极G是一种电流控制型器件要使其导通必须具备两个条件一是阳极电位高于阴极电位即正偏置二是控制门极施加足够功率和宽度的触发脉冲信号晶闸管具有如下特点导通后即使控制门极触发信号撤去只要流过器件的正向电流大于维持电流一般几十个毫安它还能导通也就是说通过关断触发信号来关断晶闸管是不行的这点与IGBTGTRMOSFET不同要想关断它必须将维持导通的电流减小至维持电流以下因此有时需要进行强迫关断,即在需关断时,对它施加反偏置电压(即反压)直至其关断相对其他功率器件晶闸管因其具有低的导通压降过流能力强耐冲击耐高压所以在各种不同类型的电力电子变换装置中被广泛使用交流电机软启动就是一个典型的应用二晶闸管参数说明作为使用者来说要正确使用晶闸管首先就要对晶闸管的各项电气参数有一个详细的了解这样就可以正确地选型但往往在实际工作中大多数人并不完全了解如晶闸管额定电流标称的是平均值概念实际工作中负载标称的额定电流是有效值两者之间是有根本区别的因此有必要对几个主要参数作出一些说明晶闸管额定电流平均值IT(AV)IF(AV)从图a中可以计算出额定通态电流平均值IT(AV)和正弦半波电流峰值Im之间数学表达式为:1单只晶闸管额定通态电流方均根值(即有效值)IRMS2两只单独封装的晶闸管反并联交流有效值:IRMS如图b两只独立封装可控硅反并联后形成一个双向可控硅因双向可控硅晶闸管额定电流不能用平均值标称因流过的电流为交流电平均值为零所以只能用交流有效值IRMS标称由公式(1)每个晶闸管通过的半波峰值均为Im=IT(AV)正负两个半波刚好组成一个完整的正弦波该正弦波峰值为xIT(AV)所以流过MTX模块的额定有效值(方均根值)IT(AV)IRMS=2.22IT(AV)-(3)3MTX型号模块交流有效值IRMS如图cMTC型号模块从外部将电极1和2联接在一起后就是MTX型号模块反并联形成一个双向可控硅晶闸管所以也只能用交流有效值IRMS标称公式3同样适用但由于考虑到MTX内部每个晶闸管额定平均电流IT(AV)值是在单独测试情况测得的,双管芯同时工作时(严格说相差10ms交替导通),管芯之间热量相互会有一点影响故按IRMS=(1.6-2.0)IT(AV)考虑平均值和方均根(即有效值)为宜晶闸管耐压的参数VDRM;VRRM;VDSM;VRSM晶闸管电压指标有断态正向不重复峰值电压VDSM断态正向重复峰值电压VDRM断态反向不重复峰值电压VRSM断态反向重复峰值电压VRRM以上概念中重复意味着晶闸管阴阳极承受的电压在一定的漏电流范围内是可以重复施加的不重复意味着晶闸管阴阳极承受电压的最大峰值超过此最大值漏电流变大超过额定值室温和结温时漏电流额定值不一样所以讲耐压指标时不能脱离漏电流漏电流指标生产商在产品说明书中或合格证中都给出了明确的范围一般地说室温漏电流在2mA以下结温漏电流在20mA以下对重复峰值电压和不重复峰值电压国外一般按VDRM=VDSM-100VVRSM=VRSM-100V标称国内一般按VDRM=VDSM-200VVRRM=VRSM-200V或VDRM=VDSM80-90%VRRM=VRSM80-90%标称三晶闸管在电机软起动中的应用电机起动时起动电流一般为额定电流Ie的6-7倍因此在起动瞬间对电网冲击很大对变压器的容量要求更高同时也对其它的用电设备造成很大的影响因此实际工作中容量超过7.5KW的电机都要求降压启动传统的降压启动方式有磁控降压启动器自耦降压启动/Y变换降压启动等不管那种方式对电网还是存在一或两次的大电流冲击采用晶闸管数字控制软启动器具有比上面介绍的启动器更加优越的好处主要表现在降低电机的起动电流降低配电容量避免增容投资降低起动机械应力延长电机及相关设备的使用寿命起动参数可视负载调整易于改善工艺保护设备 1晶闸管电机软起动器工作原理晶闸管在电机软起动器中的应用是一种利用晶闸管进行交流调压的应用利用晶闸管可以相控改变晶闸管导通的相位角调压的特点我们知道电机转子上的力矩是与加在定子上电压的平方成正比的因此改变加在电机定子绕组上的电压可改变电机转子上的转矩从而可根据电机负载的具体情况设定电机的起动电流电机的起动电流按与额定电流Ie的比例可设定电机起动电流为0.5Ie;Ie;2Ie;3Ie;4Ie即限电流起动方式其工作原理如下图 2晶闸管的选择晶闸管是电机软起动器中最关键的功率器件整机装置是否工作可靠与正确选择晶闸管额定电流电压等参数有很大的关系选型的原则应该首先考虑工作可靠性即电流电压余量倍数必须足够其次应考虑经济性即性价比最后应考虑安装美观体积尽量减小等对于低压电机线电压为380V晶闸管的正反向重复额定电压VDRMVRSM选择为1200V足够对于高压660V的电机则应至少选择电压为2200V以上的晶闸管对于高压1100V的更高压电机晶闸管的耐压至少选择电压为3500V以上对晶闸管额定电流的选择必须考虑电机的额定工作电流一般来说三相电机每相额定电流有效值Ie按Ie=(2.5-3)Pe(安培)电机的额定功率KW即每一个千瓦KW相当于两个安培的电流例如一个55KW的三相交流电机其每相额定电流有效值是110A考虑两倍以上的放大余量因此选择额定平均电流为275A/2.22125A以上的平板式晶闸管或选额定平均电流为275A/1.8150A以上晶闸管模块MTX系列各系列电机对晶闸管的选择列表如下仅供参考而且假设装置仅仅是用于电机软起动即装置带旁路接触器如果装置还用于电机节能经济运行即装置不带旁路接触器则对应的电流值应按2倍以上考虑而且还必须保证足够的散热条件在电机软起动装置中,由于多是采用两个独立晶闸管器件反并联组成的交流相控调压正负半周各对应一个晶闸管工作因此对两个反并联器件参数的一致性要求较高包括晶闸管触发参数维持电流参数等也都尽量要求挑选一致尽量让正负半波对称否则会有直流成分电流流过电机由于电机为线圈绕组负载为电感性因此过高的直流份量会使得电机定子发热严重甚至会烧毁电机线圈绕组从而使电机报废从这点来看晶闸管模块由于管芯在装配之前已进行过严格挑选因此其一致性还是有所保障的另一方面在触发线路设计中尽量采用强触发的方式以能兼容器件触发参数的差异四晶闸管的保护由于晶闸管的击穿电压接近工作电压线路中产生的过电压易造成器件电压热击穿同时其热容量小工作时自身发热严重如果不及时将这些热量排除器件内PN结温Tj势必超过晶闸管的结温极限值一般TjMAX=125Co,造成晶闸管的永久性损坏.因此,在实际使用中除合理选择器件的额定电压和额定电流值以外,还必须采取足够的散热措施,保证器件长期可靠的工作过电压保护凡超过正常工作时晶闸管应承受的最大峰值电压称为过电压电路产生过电压的外部原因主要是雷击电网电压激烈波动或干扰内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散根据产生的原因可分为两类开关过电压和雷击干扰过电压因此必须采取必要的措施使晶闸管承受的过电压限制在正反向不重复峰值电压VRSMVDSM值以下晶闸管关断过电压换流过电压保护当晶闸管关断正向电流下降到零时管芯内部会残留许多载流子在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流使残存的载流子迅速消失形成极大的di/dt即使线路中串联的电感很小由于反向电势V=-Ldi/dt,所以也能产生很高的电压尖峰(或毛刺),如果这个尖峰电压超过晶闸管的最大峰值,就会损坏器件。对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路利用电容两端。电压不能突变的特性吸收尖峰电压阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管引线要尽可能短最好采用无感电阻千万不能借用门极中辅助阴极线因辅助阴极线线径很细回路中过大的电流会将该线烧断阻容元件的选取值按以下表格中经验值和公式选取表中电阻的功率由下式确定PR=fCUmx10电容耐压一般为晶闸管电压1.3倍式中f-频率50HZPR-电阻功率WUm-晶闸管工作峰值电压VC-串联的电容F 交流侧过电压极其保护交流侧电路在接通断开时会产生过电压对于这类过电压保护目前主要采用压敏电阻和瞬态电压抑制器TransientVoltageSupperessor,简称TVS压敏电阻是一种非线性器件它是以氧化锌为基体的金属氧化物有两个电极极间充填有氧化铋等晶粒正常电压时晶粒呈高阻仅有100uA左右的漏电流,过电压时引起电子雪崩呈低阻使电流迅速增大吸收过电压.其接法与阻容吸收电路相同在交直流侧完全可以取代阻容吸收但不能用作限制dv/dt的保护故不宜接在晶闸管的两端-12TVS类器件当其两端受到瞬时高压时能以极高的速度10/S从高阻变为低阻吸收高达数千瓦的浪涌TVS的部分型号性能参数如下表过电流保护串接交流进线或采用漏抗大的整流变压器利用电抗限制短路电流但此种方法在交流电流较大时存在交流压降电流检测和过流继电器通过电流检测实际电流值并与设定值进行比较当实际电流值超过设定值时通过比较器输出电压值控制移相角度增大或拉逆变的方法减少电流有时须停机快速熔断器与普通熔断器比较快速熔断器是专门用来保护半导体功率器件过电流的它具有快速熔断的特性在流过6倍额定电流时其熔断时间小于50Hz交流电的一个周期20ms快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联后者直接效果最好一般说来快速熔断器额定电流值有效值应小于被保护晶闸管的额定有效值同时要大于流过晶闸管的实际有效值电压及电流上升率的保护电压上升率dv/dt晶闸管阻断时其阴阳极之间相当于一个结电容当突加阳极电压时会产生充电电容电流此电流可能导致晶闸管误导通因此对管子的最大正向电压上升率必须加以限制一般采用阻容吸收元件并联在晶闸管两端的办法加以限制.电流上升率di/dt晶闸管开通时电流是从靠近门极区的阴极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通,这个过程需要一定的时间如阳极电流上升太快使电流来不及扩展到整个管子的PN结面造成门极附近的阴极因电流密度过大发热过于集中PN结温会很快超过额定结温而烧毁故必须限定晶闸管的电流上升临界值di/dt一般在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环温度保护模块产品与其它功率器件一样在实际工作中由于自身功耗会引起管芯温度的升高结温急剧上升直至达到或超过额定结温(Tjm)如果不采取措施将这种热量散发出去就会致使管芯特性变软漏电流增加直至完全过热击穿损坏晶闸管的损耗主要由导通损耗(导通平均电流与导通平均压降乘积)开关损耗门极损耗三部分组成其中最主要的是正向导通损耗因此晶闸管在实际使用中必须加以冷却(自然冷却或强迫风冷)有条件时采用热管或水冷方式综上所述考虑散热问题的总原则就是控制模块中管芯的结温Tj不超过手册中给定的额定结温(Tjm)在实际工作中结温不容易直接测量到因此不能用来作为是否超温的判断依据通过控制散热器最高温度处(壳温Tc)来控制结温是一个有效的方法由于PN结温和壳温存在着温度梯度关系通过温控开关可以很容易地测量出晶闸管与散热器接触处表面最高温度处的温度用温控开关测量出的壳温是否超过额定值来保护晶闸管正常工作在实际线路设计中增加一个或两个温度控制电路分别控制风机的开启或主回路的断电停机一般控制散热器最高处温度不超过75这样就可以保护晶闸管在额定结温下正常工作软起动方式技术比较原作者:标签:作者添加时间:2008-11-25原文发表:2008-11-25人气:366本文章共3621字，分3页，当前第1页，快速翻页：1 概述 降压起动是利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机（笼型）的定子绕组上进行起动，待电机起动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运行。但是，由于电机转矩与电压的平方成正比，降压起动使电机的起动转矩大为降低，电机需要在空载或轻载下起动。同时，电机在端电压降至正常值的65%甚至更低的电压下时，相应起动时间过长，并且电机在通过开关短接或切除起动设备加入全压时，电压的突变会产生电流的跃变，即大电流二次冲击！这是降压起动的缺点，也是我们进行技改的原因之一。软起动的实质也是降压起动（变频例外），把原不可变的阻抗改为可控。简单来说通过平滑改变串接阻抗（电阻）值，使电机端电压平滑改变实现电机平滑起动，进一步减小起动电流对设备的冲击，基本消除电流的跃变，使电机起动特性软化，保护电机、机械设备。目前我院221气源站工况是在轻载下降压起动，起动后全压运行，运行中无需进行调速。2 目前起动方式存在的问题常见的降压起动方式有Y-、电阻、电抗器、自耦变压器等，运用在不同年代的技术水平，具有 各自的优缺点，都能达到降低起动电流的目的。目前221气源站2500kW电机采用定子绕组串接电抗器降压起动，起动电流4Ie（起动电流1150A），起动时间t=18s，起动电流还是较大，对电动机本身、电网、机械设备的可靠运行都有一定的影响，主要表现在以下几个方面。2.1 221气源站2500kW电机均已使用近30年，电机整体绝缘水平下降，过高的起动电流使电机温升较大，加速电机的老化，增加出现电机本体故障的可能性。近几年来，我单位陆续出现多起电机定子绕组端部短路事故，均在起动时发生。2.2 串接电抗器降压起动，起动时系统功率因素低，母线的压降还是较大，容易对电网内其它设备的运行产生影响，可能使其它设备失步跳闸。我院属专线供电，此现象暂时影响还不大。2.3 可能易烧轴瓦。表面上看，电机起动与压缩机烧轴瓦风马牛不相及，但事实上两者之间有联系。221气源站压缩机轴承采用动压轴承，该轴承的润滑由自身旋转而产生的油膜实现，一般需要一定的时间才能形成完好的润滑油膜。电机起动时，起动电流大，相应起动时间也快，如果在轴承还未来的及形成润滑油膜时已高速旋转起来，这种情况非常容易使轴承拉瓦。为了较好的解决上述问题，我们引入软起动装置，采用软起动对221气源站6台2500kW电机技术改造。当前我们了解的高压软起动方式主要有变频软起动、串接可变电阻（热变电阻、液体电阻）及串接可调电抗器（磁控）等。3 变频、电阻类、电抗器类软起动简介及比较3.1 高压变频软起动高压变频起动、调速原理其实早就发展成熟了，但由于受制造瓶颈的限制，近二十年才逐渐得到了应用，可实现软起动、调速。高压变频代表着大型电动机软起动技术的发展方向，近年来取得了很大成就，相对磁控软起动、热变电阻等起动方案而言，具有明显的技术进步性，这一点不可置疑。3.2 高压电阻类软起动最早的降压起动采用固体电阻，由于固体电阻不可避免的缺陷（热容特性低等），高压动力设备的降压起动采用较少。随着技术水平的发展，具有频敏特性的固态电阻在低压、高压动力设备上得到了应用，80年代初期出现了液态电阻、热变电阻应用于高压动力设备，液态形式的电阻具有较高的热容特性。液态软起动装置通过电流闭环自动控制单元控制传动机构，电机拖曳极板改变极间电阻值实现软起动；热变电阻起动装置利用具有负温度特性的电解液体，在温度变化下改变电阻值实现软起动。液态软起动装置有良好的控制功能，与磁控软起动控制功能接近，缺点是控制、传动机构复杂，故障点多，液阻需定期检验，一次、二次电源交错，绝缘性能要求较高。热变电阻与液态电阻相比，结构简单，起动特性较好（厂家提供特性曲线比较），维护量小，长期安全可靠，适用电机容量大。鉴于此，下面该类仅以热变电阻起动装置为例。 3.3 高压电抗器类软起动在较早的高压降压起动中，我国采用电抗器降压起动居多，传统的电抗器存在阻抗不可调，起动特性不好，功率因素低等缺点，目前国内已很少使用。磁控正是在以上的基础上进行改良，通过在电抗器中加入控制绕组，利用电、磁控制技术，外部自动控制单元调整控制绕组中电流的大小，控制磁导率来调节电压的手段，改变励磁实现电动机软起动。起动过程中，电抗器两端的电压（电流）根据起动电流自动调整，由大变小无级变化，使电动机端电压平滑上升值额定值。磁控理论上可以调速，但是实际应用反映在起动过程上，当达到最优化起动后，起动电流是不进行调整的。3.4 三类软起动特点比较3.4.1技术性比较单从技术上来说，高压变频具有不可比拟的优势，起动特性好，可连续起动多次，起动电流可控制在额定电流以下，起动时电网功率因素高（0.90.95），电网压降小，同时还可进行调速，减小动力设备功率消耗，节约电能。缺点是产生高磁谐波，污染电网，影响系统内其它设备的用电质量，要解决谐波污染，还得追加设备投资。采用电抗器类（磁控）软起动，特点是控制较灵活，起动电流的设置较方便。缺点是本来电机起动时的功率因素就低，因串接电抗器而变得更低，因此对电力系统没有太多的好处，母线压降大，同时有一定的谐波污染。高压热变电阻器软起动对电机、机械设备冲击小。与电抗器比较，性能相对要好，起动时功率因素较高（0.7）以上，起动电网压降小，无谐波污染，通过更换电解液即可延长使用寿命。缺点是阻值会微弱的受到温度的影响。具体比较见表1。表1：变频软起动、高压热变电阻器软起动、磁控软起动性能对比表序号性能指标变频软起动高压热变电阻器磁控软起动1起动电流Ie2.53Ie1.53.5Ie2起动时功率因素0.90.8*0.150.3（参考电抗器）3母线压降*可以忽略7%厂家未提供数据4起动时间60120s小于30s5120s5控制方式开环/闭环自动控制自然起动闭环控制系统6谐波有高次谐波不产生任何高次谐波有激磁谐波7应用领域空载或轻载空载或轻载空载或轻载8海拔高度1000m1000m1000m9环境温度04004004010允许起动次数可连续3次或累计启动时间不大于120s35次11单位投资500800元/KW5070元/KW5070元/KW12使用维护维护工作量大免维护免维护我们知道，不考虑产品质量等其他因素的影响，单从技术角度看，结构简单、使用简便、操作方便的设备，故障状态下更易维护，高压热变电阻器软起动装置与变频、磁控软起动相比，结构简单，旁路系统少，从可靠性讲，应具有一定的优势，但它毕竟是一个新生产品（如同磁控），可不可靠，还应从用户角度进行了解。高压变频软起动技术含量高，设备复杂，技术难度较大，使用维护及故障处理等对技术人员的技术素质要求高。发生故障，解决问题的技术难度较高，事故处理周期较长。磁控软起动最大的优势是外接电路发生故障，还可作为普通电抗器适用，这是作为故障情况下的考虑。结束语选择起动方式，在现有的技术水平下，原则是既保护电机，延长电机使用寿命，又要保护电网和机械设备，同时降低设备维护和管理工作量，保证选择设备的可靠性。对于一个产品的选择，应是一个系统工程，要结合各种因素进行，既要考虑设备的先进性，也要兼顾价格因素；既要考虑价格，也要兼顾产品质量。同样，大电机的起动方式与设备管理息息相关，电机起动方式选择不当，对电力系统、电机本体、甚至对机械设备都会产生消极影响，增大以后设备的管理难度、维护难度。本文力求严谨，但作者受技术水平局限，同时受视野面的限制，此文可能一些论点偏颇甚至错误，敬祈指正。 软起动技术在排灌站水泵控制中的应用原作者:标签:作者添加时间:2008-11-25原文发表:2008-11-25人气:72本文章共2944字，分2页，当前第1页，快速翻页：鼠笼型异步电动机；起动技术；软起动技术；水泵 1电动机起动的现状三相鼠笼型异步电动机因其具有结构简单、运行可靠、维修方便、惯性小、价格便宜等诸多优点，在农田排灌中作为电能转化为机械能的主要动力设备而被广泛采用。但由于其起动电流大，对电网的影响和对工作机械（如水泵、拍门等）的冲击力都很大，因而在起动过程中必须采取一些技术措施对起动电流和冲击力（起动电磁转矩）加以合理而有效的控制，实现比较稳定的起动，从而改善系统设备工况，有效延长系统寿命，减少故障率的发生。异步电动机的起动问题，一直为业内人士所关注。异步电动机的起动方式从原理上讲只有两种：直接起动和降压起动。直接起动，就是将处于静止状态的电动机直接加上额定电压，使电动机在额定电压作用下直接完成起动过程。直接起动转矩大，起动时间短，起动控制方式简单，设备投资少，因此在中小型电动机的起动上得到广泛的采用。但直接起动方式也受到许多限制，主要表现在下列三个方面：（1）起动电流可大到电动机额定电流的47倍，部分国产电动机的起动电流实际测量甚至高达812倍。如果直接起动较大的电动机，过大的起动电流将造成电网电压显著下降，影响同一电网其它电气设备和电子设备的正常运行，严重时将使部分设备因电压过低而退出运行，甚至使电力线路继电保护装置过流保护动作而跳闸，使线路供电中断。 字串4 （2）直接起动会使被拖动的工作机械受到机械性冲击，对于水泵性负载来说，过高的起动转矩对叶片、轴承、拍门等造成软性损伤（机械变形、疲劳性老化）及硬性损伤（裂纹、断裂等）是较为常见的，甚至会因水流对管道的冲击力（及反作用力）过大而产生严重的水锤效应损坏设备。（3）直接起动要求供电变压器容量较大，而对农田排灌泵站供电的变压器容量往往达不到直接起动对电网容量的要求。在不允许直接起动的情况下，就要采用降压起动的起动方式，即降低电动机端电压进行起动。降压起动一般有星三角起动，定子电路中串接电阻、电抗器起动，自耦变压器降压起动及本文推荐的软起动等方法。星形三角形起动器是降压起动器中结构最简单、成本最低的一种，然而它的性能受到限制，主要表现在：（1）无法控制电流和转矩下降程度，这些值是固定的，为额定值的13。（2）当起动器从星形接法切换到三角形接法时，通常会出现较大的电流和转矩变动。这将引起机械和电气应力，导致经常性故障的发生。自耦变压器式起动器比星形三角形起动器提供了更多的控制手段，可以通过变压器抽头改变I段起动电压（典型为65和80两挡起动分接头）。然而它的电压是分级升高的，所以其性能受如下限制： 字串8 （1）电压的阶跃性变化（分级转换时产生）引起较大的电流和转矩变动，同星形三角形起动器性能限制“2”一样会导致机械、电气经常性故障的发生。（2）有限的输出电压种类（起动电压分接头数量有限），限制了理想起动电流的选择。因为自耦变压器式起动器控制是使用较额定电压低的电压级别进行降压起动，它控制的电机参数为电压而非电流，所以当电网电压波动及负载变化（如排灌站水位落差变化）时，起动电流曲线将显著偏离设计理想曲线，从而恶化起动性能，设备在较差的工况下将大大缩短使用寿命，增加维护成本。电阻式起动器也能提供比星形三角形起动器更好的起动控制。然而它同样有一些性能、使用上的限制，包括：（1）起动特性很难优化。原因是制造起动器时电阻值是确定的，在使用中很难改变，虽然可以通过转换分接头来进行分级起动，但当级数较多时，势必增加控制系统的复杂性，而制造成本、故障率也将随之大幅度提高，所以一般电阻式起动器均在25级间。这样，加在电动机定子绕组上的电压、电流等主要电量参数在分级起动时仍有很大的波动。 （2）频繁起动场合下的起动特性不好。原因是在起动过程中电阻值会随着电阻的温度变化，在停止到再起动过程中需经长时间冷却过程。 字串8 （3）负载较大或起动时间较长的场合下的运行特性变坏，原因是电阻值随着电阻器温度的变化而变化。（4）在负载大小经常变化的应用场合（如排灌站水位落差变化较大），电阻式起动器不能提供理想的起动效果。综上所述，传统的降压起动设备均有诸多性能限制和使用限制，越来越