QBRG型矿用高压隔爆软起动器

1、 QBRG矿用隔爆型高压软起动一、高压软起动技术介绍. 低压软起动早在十年前就面世于国内并很快普及于各行业大量使用,近几年在煤矿井下皮带运输机、水泵上也大量采用了低压软起动并显示出其很大的优越性巳为大家所认识。高压软起动引入国内不过五年时间,在近三年才逐渐被应用于煤矿井下,由于用户对其技术认识不足,往往在选型时无从适手,本章就此目的向用户作一高压软起动技术介绍。 高压软起动是集控制、光电、电力电子、高压技术等为一体的高技术产品,在国外也只少数几个国家在生产,其品牌也不多国内基本空白。当今世界知名三大品牌高压软起源于美国BENSHAW(本秀)、MOTORTNICS(摩托托尼)及以色列的索肯；另外

2、有美国ROCKWELL(罗克韦尔) A-B公司生产的软起动器；本秀和摩托托尼是美国高低压软起动最专业的制造商,特别是本秀的产品非常有理念其专业技术已达到了顶峰, 其开发的专利Tru Torque转矩斜坡起动方式，可使电机在起动中接近额定转速时不会造成对机械设备产生冲出，另其较高的过载能力也体现出其很高的可靠性；不愧是世界上最先进的中高压软起动控制器。BENSHAW公司早在1988年研制成功世界第一台高压软起动，又于1996年成为世界第一个取得UL认证的中高压软起动制造商，直到当今仍是中高压软起动控制技术的先驱。在全世界有着众多跨国用户：carrier、Ford、GE、Martin-Mariet

3、ta、Siemens、Chrysler、HJHeinz、GM、IBM、3M、Vulcan等几十个国家和地区。1998年中国武钢引用了本秀10（6）KV5000KW高压软起动，中石油、中海油、中冶集团均大量采用了本秀10（6）KV高压软起动。MOTORTNICS(摩托托尼)及以色列的索肯目前国内应用较少。ROCKWELL(罗克韦尔)公司的主营业务是通讯和航空电子产品，凭借其在工业应用方面的优势是最早进入中国市场，目前在国内煤矿井下使用的主要是以本秀和A-B产品为主流的机芯。 高压软起动的起动控制部份与低压软起动相似,但晶闸管触发部份体现了很高的技术含量同时也是卖价的亮点,各品牌的先进技术亮点也在

4、于此。高压软起动为适应各电网的峰值电压,对于10（6）KV软起动其峰值相电压比率必须达19.5KV,线电压达39KV;由于目前晶闸管的制造水平最高峰值电压是6500V,为满足要求采用每相6对管子串联(每对二只反并联)三相共18对计36只晶闸管,为使用中确保串联中每对管子承受均等电压,在电路中还需有静态均压、动态均压、dv/dt吸收等技术措施来保证晶闸管的安全。在高压晶闸管触发中必须严格保证串联中三对晶闸管触发导通时间绝对一致,都采取强脉冲触发方式,要求脉冲前沿上升时间1uS,脉冲幅值要足够高并具足够的触发电流,因此为保护价格昂贵的高压晶闸管串联组,都采用了非常专业的高可靠触发技术,然而在低压软

5、起动中由于触发要求低以及成本限止都采用了简单的普通触发电路,所以相比之下高压软起动可靠性要比低压软起动高得多,在正常使用中一般不会轻易损坏。 在触发电路中由CPU控制器产生控制时序脉冲信号,在脉冲信号送往高压触发电路传输中采用光纤来进行信号传递和高低压间的绝缘隔离,信号传输中具有很高的抗干扰性能确保脉冲信号高度完整和不失真。 高压触发电路技术是体现出制造商对高压触发技术的专业程度，不同的制造商在该技术上会有较大差距,罗克韦尔A-B公司的产品高压触发取能采用大功率电阻在高压上降压的方法,其优点是取能电路简单,缺点是大功率电阻体积大、发热量大、效率低功耗大,必须给足够的空间去散热,特别是当电网电压

6、低于额定电压时会造成触发功率下降。本秀公司在其产品中采取了非常专业和独特的在低压电源上取能然后变频成高频,通过高频变压器来对高低压间绝缘隔离后再向高压触发系统供能的方法,缺点是取能电路复杂、制造难度大、成本较高,优点是体积小、高可靠、高效率、无发热、对电网电压适应宽从而保证触发电流恒定,大大提高了触发可靠性,另不同之处是本秀产品把高压晶闸管串联组及高压触发电路和取能电路组合成积木化一体,体积小巧接线简单使组装简单化(见附图),由于本秀产品综合技术非常先进可靠所以很适合煤矿井下使用。 目前我公司生产的QBRG-400/10（6）K隔爆型高压软起动是由我公司高压软起动专业工程师为主组成的高压软起动

7、研发组，经对世界上各公司高压软起动产品技术进行大量深层次对比后，最终选用美国BENSHAW公司原装技术精心组装的产品,隔爆外壳是我公司独立开发的新颖快开门结构,同时把下腔主杌设计成手车,使整机工艺结构,简单、合理、美观、安全可靠。 我公司研制成功的新型QBRG-400/10（6）K型10（6）KV矿用隔爆型高压软起动控制器,这种新型高压软起动控制器采用了当今世界上顶级高压晶闸管触发技术。由于晶闸管一旦触发导通后,即使去掉控制门极信号,器件仍维持导通不变,晶闸管所特有的性质叫擎住特性。导通之后,只要流过器件的电流逐渐减小到某值(<维持电流),器件又可恢复到阻断状态,这种关断称为自然关断。目

8、前国内外高低压软起动全部为晶闸管自然关断;关断过程中由于器件电荷存贮效应,由导通到正向电流过零之后并不会立即恢复阻断,而是继续有反向电流流过,一直到存贮载流子基本消失之后才趋于稳定的器件漏电流值。因此这部份电流的变化在感性负载(电机负载)电路上将产生很大的尖峰电压及很高的du/dt现象造成器件击穿;所以必须采用RC滤波器来吸收尖峰电压,晶闸管在高压电路串联运用中更是对RC参数及品质要求非常严格。目前我公司在QBRG-400/10（6）K中采用的新颖触发技术,能有利于晶闸管性能的改善,可使器件对阳极端产生的振荡电压及du/dt等因素的影响不敏感,而保持稳定的阻断状态,同时du/dt特性提高,而不

9、完全依赖于RC滤波器,大幅度提升了器件在运行中的可靠性。 QBRG-400/10（6）K矿用隔爆交流高压软起动控制器（快开门结构） （美国BENSHAW原装技术） QBRG-400/10（6）K矿用隔爆型交流高压软起动控制器内部结构 二、QBRG-400/10（6）K软起动控制器技术参数 1. 起动控制 通常的固态软起动器一般都是采取电压斜坡起动方式， 即采用如图1.1所示的起动电压斜坡。 即它有一个初始起动电压，然后电压按一 定斜率上升到额定电压，电压上升的斜率由斜 坡时间tramp调节。为了克服静阻力矩，还可以在 起动之初加上一个脉冲突跳起动电压，其幅值 和持续时间都是可调的。 图1.1

10、电压斜坡起动方式的缺点在于电流是开环控制的（但具有最大电流保护），由于电流不仅仅由电压确定，还取决于电动机当时的转速和电路参数，因此电流可能超过期望值，引起过大的电网压降，和过大的转矩冲击。 新一代的固态软起动器不采用电流开环的电压斜坡控制，而是采用电流闭环控制的电流斜坡起动方式或者转矩闭环控制的转矩斜坡起动方式。Benshaw公司的MVRSM或CFMVRSM系列就具有以下几种更先进的起动方式。 1.1 电流斜坡起动方式 电流斜坡起动具有如图1.2的起动电流波形。 初始起动电流：50%400% FLA可调 （FLA是电动机全电流）； 最大起动电流：100%600% FLA可调； 斜坡时间：01

11、20sec可调； 脉冲突跳电流：100%600% FLA可调； 脉冲突跳时间：0.110 sec可调。 图1.2 1 2双斜率起动电流斜坡起动方式 MVRSM或CFMVRSM具有二个起动电流 斜坡可以选择，每一个电流斜坡都如图1.3所 示均带有脉冲突跳，其参数可以选择。使用一 个控制继电器接点将控制电压施加到CPU板上 的JC13端子板的9号接线柱上时，固态软起动 器就按斜坡2来继续起动电动机。 例如在负载轻时按斜坡1起动，在负载较 重时按斜坡2起动。也可以用一台软起动器起 动二台电动机，分别按斜坡1起动第一台电动 机，用斜坡2起动第二台电动机。 图1.3 1.3 Tru Torque转矩控制

12、斜坡起动方式 电动机的速度归根结蒂是由转矩决定的，无论控制电动机的电压或电流都是为了间接地控制电动机的转矩。Benshaw公司发展了一种控制电动机转矩的程序，它被命名为Tru Torque。其基本原理是电动机的转矩M： 式中k为常数，U为加于电动机的端电压，为电动机定子电流，为电动机的功率因数，为电动机的效率。 Tru Torque转矩斜坡如图1.4所示。 初始起动转矩：1%100% （是电动机额定转矩） 最大起动转矩：10%325% 斜坡时间：0120sec. 图1.4 采用转矩斜坡控制起动电动机的好处是在电动机接近额定转速时没有转矩冲击，因此可以消除起动时对机械和电机的转矩冲击，对水泵来说

13、，就可消除起动时的水击现象。 1.4 预设低速点动起动（需加选件） 有许多场合需要使电动机低速点动 （例如移动材料到规定位置，或者对设 备维修检查时），如图1.5所示。MVRSM 或CFMVRSM有低速点动功能，速度值有 7%或14%可设定。 图1.5 1.5 全压起动 保留全压起动方式备用 1.6 速度反馈控制 如果附加选件12M3速度反馈单元， 则可作速度闭环控制，也可对电机作线性 起动，如图1.6所示。这种起动控制方法 对于带式运输机类和多电动机驱动负载特 别适用。在本项目中没有选用。 图1.6 2. 停车控制MVRSM或CFMVRSM固态软起动器提供下列停车控制方式供选用。 2.1 自

14、由停车方式 MVRSM或CFMVRSM接受停车指令后， 就停止输出电压给电动机，电动机断电自由停车。 2.2电压斜坡减速 电机停车减速时的电压斜坡如图2.7所示： 第一减速电压：10%100%可调 第二减速电压：1%99%可调 必须小于 斜坡减速时间：060秒 对交流电动机来说，当电压下降到第二减速 电压以后已经不能再控制其转速变化了。 图2.7 2.3Tru Torque转矩控制斜坡停车方式： 在这种模式下（见图2.8），可以设置以下参数： Tru Torque减速时间：060秒可调 Tru Torque减速最终转矩：1%100%可调， 通常可设定在10%（额定转矩）值。 采用Tru Tor

15、que转矩斜坡停车方式，因为它的 制动功能和水泵的机械特性良好配合，可以消除水 图2.8 锤现象。 2.4 在选用速度反馈模块12M3情况下也可实现线性减速。 2.5 使用直流注入的能耗制动停机（需另加选件） 3. MVRSM系列的电机保护功能 3.1 过载保护 固态软起动器具有微机过载保护器， 可以根据电动机选择class5class30 等各种保护曲线，如图3.9所示。 3.2 电流不平衡保护 电流不平衡保护的值可在10%40%选择， 并可选择动作延时0.190sec。 3.3 运行时无电流保护 可设定运行时的最小电流，其值在2%40%间选择，如果软起动器电流小于此值长达规定的延时就会保护

16、动作，延时时间可在0.190sec设定。 3.4 接地故障保护 接地故障电流可在1-100A设定，其保护动作延时可在0.190sec设定。 3.5 过电流保护 过电流保护可在50%800%间，延时0.190sec选择。 3.6 欠电流保护 欠电流保护可在10%100%，延时时间0.190sec间设定。对于水泵负载来说，如果水泵长期无水空转会造成水泵汽蚀损坏，这项保护对于保护水泵是非常必要的。 3.7 过电压/欠电压保护 过电压/欠电压可在10%30%，延时0.190sec设定。但过电压数值不可超过设备承受能力。 4.3.8 频率过高/过低保护 它们的值可在2372HZ，延时时间0.1180se

17、c间选择。 3.9 每小时起动次数保护和起动间隔时间保护 每小时起动次数可在120次间设定，二次起动的间隔时间可在1200分钟间设定。 3.10 电动机热容量保护 固态软起动器会自动计算电动机起动运行的热容量，并提供保护。 4.3.11 晶闸管短路保护 3.12 相序保护 3.13 速度到达时间保护 速度到达时间设置了电动机从起动开始到达到满速的最长加速时间，可在1300秒设置，超过设置值，保护便动作。它可以防止电机堵转或起动时间过长发热。 3.14 零速堵转保护 此项保护需要外部输入指示零速的信号（120VAC）。如电机堵转，保护就动作。 4MVRSM系列固态软起动器的技术规范 4.1概述

18、Benshaw公司的MVRSM是三相感应电动机用的微机控制的固态软起动器，它提供了电流闭环或转矩闭环控制来平滑地无级加速电动机，和减速电机。特别是对于水泵负载，可以避免水击和水锤。 4.2范围 本技术规范规定了由Benshaw设计制造的微机控制的固态电机控制器的制造、使用运行的功能特性，它适用于根据NEMA标准设计的A级到F级感应电动机、线绕转子电动机和同步电动机。 本产品符合下述电磁兼容标准： EN50081-2发射和传导； EN50082-2抗扰和敏感度，它包括：EN61000-4-2静电放电、EN61000-4-3无线电频率发射、EN61000-4-4电气快速穿透/放大、EN61000-

19、4-6注入电流。 4.3 环境条件 5.3.1 正常环境温度：050（在湿度不超过95%无凝露的情况下），当环境温度超过50（但在55以下）时，每升高1，降容1.5%。 5.3.2 仓储要求：可以放置两年不用。在放置期间，动力装置应每年通电一小时以维持电容的额定电压。这样做的目的是当系统上电时防止出现短路。以下是设备闲置不用时的仓储建议： 1）环境温度：-40 70 2）温度变化率：30分钟内不超过6 3）湿度（无凝露）：20%95% 4）湿度变化率：30分钟内不超过10% 5.3.3 运行海拔高度：不超过海拔1000米，超过1000米时，需要降容使用。 4.4 起动器的结构 软起动器每相由多

20、个晶闸管反并联构成，输出可调电压，功率部分通过电机的转矩速度曲线提供每安培电流的最大转矩。包括逻辑控制的低压部分位于门后的隔离室中。控制信号与中压信号采用光纤隔离。 所有印制电路板都具有特殊三防材料涂层，可防止潮气、静电和灰尘的影响。 5. 技术规范 5.1 额定值 项目名 性能指标 功率 3000KW 过载能力 500%全电流60秒，125%全电流连续 起动转矩 0100% 电动机直接起动转矩可调 斜坡时间 0120秒 额定工作电压 10（6）KV 起动电流 50%600%可调 额定频率 2372HZ 标准绝缘试验电压 32 KVAC 额定脉冲试验电压 60KV 额定短时耐受电流 50KA

21、可控硅压降 无旁路时每个SCR 小于3.5V，带旁路小于1V 总效率 无旁路时99.7%，带旁路时99.95% 可控硅触发技术 光纤、硬件 过渡过程保护 dV/dt：额定电流180A以上为2000V/s 控制电源 d/d200A/S120VAC（可选220VAC）(-15%,+10%)， 起动控制 电流闭环斜坡、TruTorque转矩闭环、速度闭环控制（需加选件模块） 停机控制 自由停车、软停机、转矩控制停机（泵停机） 保护和监控 电源过电压、欠电压、失压保护；过电流、电流不平衡保护；电源频率保护；相序保护；差动保护（可选件）；电机堵转保护；过热保护；接地保护；晶闸管短路保护；CPU故障保护；

22、功率因数监控；重复起动时间限制；每小时起动次数限制；起动器参数备份；密码保护；可编程继电器输出；紧急再起动功能；相关事件记录，可记录99个最近的参数值。参数测量显示功能 电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电度值、远行时间、起动次数、RTD峰值、电机热容量利用率、带时间标志的99个事件记录 电阻温度检测器RTD 可配置2个RTD装置，每个RTD装置有8路RTD 输入，共有16路电阻温度检测 实时时钟电源 长效锂电池（10年以上寿命） 水平母线 额定电流750A、1200A、2000A、3000A，度锡铜排，可选度银铜排，额定短时耐受电流50KA（有效值）/80KA（非对称

23、分量有效值） 通信 DeviceNet 总线，可选Modbus RTU(219.2KB/sec, 或更高)， 可选1500VAC 绝缘的RS485口或RS232口 用户图形界面和控制系统 RediView 软件 开机检查 内置自诊断程序，可对装置进行全面检查 5.2 通用逻辑控制配置 MVRSM固态软起动器有一个带LCD显示器的键盘，可提供编程按键和就地起停按钮。 标准的电气控制逻辑装在低压部分的单片机PC卡上，它提供顺序逻辑控制，给驱动可控硅的触发卡提供触发控制信号。控制系统设计有执行顺序逻辑的功能以启停电机以及控制旁路接触器。为了连续监视电机和起动器运行故障的需要，该控制系统还设计有定时检

24、测功能。当检测到故障时，控制逻辑就通过LCD显示器、LED指示灯或通过选件RS-232/485通讯端口将故障显示出来，并切断起动器来停止电机的运行。 5.3 电源要求 MVRSM固态软起动器设计用于三相交流电源，其标称电压为： 主电路电压：三相，10（6）KVAC，2372HZ； 控制电压：120VAC（可选220VAC），50或60HZ，单相。 5.4 Tru.Torque控制 Tru.Torque控制的主要目的是减少交流电机快接近全速时的转矩冲击，这种转矩冲击会对水泵和皮带运输机传动等机械造成危害。另外在停车时实现泵停机，使水的动能缓慢释放，减少水锤。 5.5 旁路接触器 MVRSM固态软

25、起动器可配接旁路真空接触器，它有效地将晶闸管短接，将电动机直接接至电源，避免了晶闸管压降。既有助于保护晶闸管不受电压、电流浪涌影响，又减少软起动器的发热。 5.6 保护和控制特性 由微电脑构成的逻辑控制电路用于驱动位于电源部分的功率半导体。它具有下述标准特性： 电子式电机过载保护，有5、10、15、20、25、30级； 可调的电机到达速度保护（关或0300秒）； 可调的过/欠电压保护（10%30%）； 可调的相电流不平衡保护； 可调的频率过高/过低保护； 缺相保护； 可调的每小时起动次数（关或120次）； 可调的二次起动间的间隔时间（关或1200分钟）； 可设置的过电流检测值（关或50800%

26、）及动作延时时间（0.190.0秒）； 瞬时电子过电流跳闸； 可设置的欠电流检测值（关或10100%）及动作延时时间（0.190.0秒）； 运行时无电流保护（2%40%），延时0.190秒； 可设置的接地电流检测值（关或1100A）及动作延时时间（0.190.0秒）； 电动机热容量保护； 速度到达时间保护（1300秒）； 零速堵转保护（030秒）； 晶闸管短路检测； 相序可选ABC，CBA或不敏感； 每一故障可设置为或是使起动器跳闸或使一继电器吸合； 紧急再起动能力； 有二个可设置的斜坡，可在任何时间通过120V输入选择； 对每一斜坡，初始电流、最大电流和斜坡时间可调； Tru-Torque斜

27、坡（功率斜坡）； 对每一斜坡，突跳脉冲起动电流及其时间可调； 可调的减速曲线；（消除水锤现象） 就地起动/停止控制； 可调斜坡时间（0120秒）； 可调初始起动电流（50%400%）； 可调最大电流（100%600%）； 水泵用的电动机S曲线减速（TruTorque 减速）； 缺相检测； 线电流不平衡检测（1040%）； 根据需要可提供差动保护;； 速度到达指示； 背照光LCD显示，英文操作； LCD和LED状态显示和诊断； 可设置的故障自动复位能力； 可设置的测量功能； 可设置的继电器输出； 锁存故障继电器输出； 外部跳闸输入； 实时时钟； 长效锂电池支持； 带时间标记的记录器（99个事件）

28、； 口令保护。 5.7 可编程继电器输出 每一MVRSM固态软起动器都有4个可编程继电器（并可根据需要另加继电器扩展卡，费用另计），继电器通过键盘编程设置，而不需任何硬件上的改动。每一可编程继电器都可安排作下述用途： OL 热过载已跳闸； OLL 热过载正封锁起动器运行； OLW 热过载已达90%以上，即将跳闸； RUN 起动器输出功率给电动机； UTS 电动机正全速运行； SCR 起动器检测到短路的晶闸管 SHT 提供分励脱扣输出去脱扣断路器； GDF 当检测到接地故障情况改变状态； OCT 当检测到过流状态时改变状态； UCT 当检测到欠电流时改变状态； RDY 准备好运行； RM#1 M

29、ODBUS遥控操作触点1； RM#2 MODBUS遥控操作触点2； RM-R 远程通信运转触点； RTDw 一个RTD检测的温度超过设置的警告值； RTDa 一个RTD检测的温度超过设置的报警值； RTDf 一个RTD已失效，或是短路或是开路； WrnA 设置为WrnA级的故障继电器发生告警； WrnB 设置为WrnB级的故障继电器发生告警； WrnC 设置为WrnC级的故障继电器发生告警； 触点额定值为感性负载8A，电阻负载16A。 5.8 通用故障继电器 如果下列任一故障发生，通用故障继电器将动作 缺相 各相不平衡 三相电压低 相序改变 电动机热过载跳闸 后备电池故障（电脑PC卡） 瞬时过

30、载跳闸 晶闸管短路故障 三相电源频率偏移 控制电源故障 电脑出错 速度到达出错 欠电流跳闸 过电流跳闸 接地故障 频率过低跳闸 频率过高跳闸 触点额定值为感性负载1A，电阻负载2A。 5.9 测量 MVRSM固态软起动器有显示下列信息的能力： ASC 滚动显示各相电流 Aav 平均电流 A1 相1的电流 A2 相2的电流 A3 相3的电流 Vsc 滚动显示每相电压 Vav 平均电压 V1 相1的电压 V2 相2的电压 V3 相3的电压 HZ 频率 O/L 热过载的百分数显示0% 100%（100% = 跳闸） pf 电机功率因数 etm 以十分之一小时表示的运行时间 Hetm 以小时表示的运行

31、时间 Uetm 用户可重新设置的运行时间 Ustr 用户可重新设置的电机起动次数 KW 电动机实际消耗功率 KWH 电动机用电量（度） MWH 电动机用电量（千度） KVar 电动机耗用的无功功率 KVA 电动机耗用的视在功率 GDF 接地故障电流 Srts 电动机起动次数计数器 Ibal 电动机电流不平衡百分比 ComR 通信接收到的数 ComT 通信发送的数 Crat 通信速率 当配备了电阻温度检测单元RTD时： RTD#？ 对应编号的RTD读得的温度 TAmx RTD读得的最大温度 TSmx 定子RTD读得的最大温度 TBmx 轴承RTD读得的最大温度 TApk RTD读得的峰值温度 T

32、Spk 定子RTD读得的峰值温度 TBpk 轴承RTD读得的峰值温度 IAmx 读到最高温度的RTD的号数 Ismx 读到定子最高温度的RTD的号数 IBmx 读到轴承最高温度的RTD的号数 IApk 读到峰值温度的RTD的号数 ISpk 读到峰值温度的定子RTD的号数 IBpk 读到峰值温度的轴承RTD的号数 这些信息显示在测量页上，可以按显示器上的箭头翻漆到所需页。5.10 可编程故障信号（需要另加继电器扩展卡） 每个故障都可以按使用者意愿设置产生不同动作，这就要允许使用者将故障信号编程产生所需要的起动器动作。每一故障可设置为： 危急的 这类故障将使起动器跳闸并不得自动复位。 非危急的 这类故障将使起动器跳闸，如果设置了自动复位，故障会复位。 使不能 这类故障不跳闸。 警告继电器A 这类故障使设置为WrnA的继电器动作，并不会使起动器跳闸。 警告继电器B 这类故障使设置为WrnB的继电器动作，并不会使起动器跳闸。 警告继电器C 这类故障使设置为WrnC的继电器动作，并不会使起动器跳闸。 5.11键盘/显示模块 每台软起动器都有安装在柜门上的键盘/显示模块： 设置或检查运行参数； 提供状态信息； 提供线电流、电压、过载和频率的实时信息； 提供起动/停止固态起动器的方法； 提供全部故障报告（故障代码和说明）； 显示器是背照光液晶显示器，并具有二行各十六字