电磁调压软起动装置原理及应用

电磁调压软起动装置原理及应用大禹电气科技股份有限公司刘文剑袁碧波1、电磁调压软起动装置简介电磁调压软起动器是我公司技术人员和高等院校联合开发的新一代高压软起动控制产品，克服当前电力电子器件耐高电压的技术瓶颈，成功的将低压软起动技术拓展到高压电动机软起动领域，由于不需要采用品闸管串联的方式，克服串联时结构复杂，电子器件繁多造成的可靠性降低的技术障碍，为广大用户提供一种高性价比、高控制精度、高稳定性、高可靠性的高压电动机软起动控制设备。该产品起动过程连续平稳，冲击电流小，起动模式可控，所选器件技术成熟，质量可靠，保证产品整体质量的稳定可靠。与其他类型起动设备比较有明显的技术优点：与传统的电抗器、自耦变压器比较，起动转矩大，过程平稳可控，无二次切换冲击；与水电阻比较，其体积小，维护量少，使用环境温度范围宽；与品闸管串联软起动器比较，性能稳定可靠，故障率低，并可起动特大容量的电动机；与变频器比较，其价格低，投资少，质量稳定可靠，对电网污染小。由于该产品可利用变压器线圈的自有阻抗，不需要另外的均流电阻，通过二次侧控制绕组的并联方式，可方便的实现多组品闸管控制，使设备的功率范围做到很大，完全可满足目前高压电动机全功率范围(200—50000KW)的起动控制要求。2、工作原理电机采用软起动时的一次接线原理见图(1)，等效原理为图(2)。将变压器的高压绕组串联到电动机定子绕组，低压绕组接入反并联品闸管，根据变压变器原理，高压绕组的端电压Ub1=K*Ub2(K是变压器的变比)。利用计算机控制

技术根据起动要求连续调节低压侧品闸管的导通角，控制Ub2的变化，就能控制高压绕组的端电压Ub1。而电动机的端电压Ud=Us-Ur-Ub1（Us为电源电压，Ur为电源内阻的压降）。起动时，通过控制使变压器高压侧两端电压Ub1逐步下降，而电动机端电压Ud逐步上升，转速也逐步上升，使电动机平稳起动。我们也可将原理图（2）转换为等效图（3）。电源内阻Rs，电磁调压器阻抗为Zb，电机的等效阻抗为Zd。Rs为一固定值，Zd从某一初始值随转速逐渐增加，据此图分析，1=—U—，在起动过程中，通过调节控制Zb的值就Rs+Zb+Zd可以使控制电流I的数值在适当的范围内（如电动机额定电流的2~3倍）。起动时,QF先合上，KM断开，调压器的一次线圈与电动机串联,通过控制电路控制变压器的二次回路中的可控硅的导通角，调节二次电流,，由电磁感应原理，从而控制调压器一次侧的电流，也就是控制起动电流。电动机转速接近全速后，起动完成，将KM短接，电动机投入全压运行。我们可以通过控制电路使起动电流为2~3倍的额定电流，大大低于全压起动电流（5〜7倍的额定电流）。从而使起动时电网压降大大减小，对电器和机械的冲击大大减小。3、电磁调压软起动装置在特殊环境中使用时易出现的问题及解决方案3.1特殊气候环境对软起动装置的影响我国南北地区温度和湿度差别较大，对设备的制造工艺和技术要求上是不一样的。特别是南方地区在春夏季，湿度很大，若通风除湿效果不好或方法不对，特殊气候环境极易在柜中产生水汽形成水珠，造成高压放弧，从而损坏器件，严重时甚至会引起相间短路。像这样的特殊气候情况应该使用内循环空气除湿机，通过除湿机加热内循环空气将高压配电房中湿度降下来，以满足设备的气候环境工作条件。通过我们总结分析，在我国北方地区应注意设备周围温度的变化，而在南方地区应注意湿度的变化，因为不同地方气候环境对软起动装置的影响也是不一样的。所以关注气候环境可以适当的减小它对软起动装置的影响。3.2电网质量对软起动装置的影响当电网容量过小、或线路损耗过大时，软起动装置在起动电动机过程中，其线路压降很大，此时，可能会造成电机起动时间过长，起动失败。此时，通过设备设置较高的初始电压可抬高起动时电机的端电压，当电网压降不是很大时，能起到一定的效果，但当线损较大时，由于电磁调压器本身存在一定的短路阻抗，可能会造成起动过程中后端端电压不足，转矩不够，起动失败，因此，在这种恶劣情况下，在设计阶段需要根据电网、电机及负载特性参数，进行详细的仿真设计，适当选择电磁调压器的短路阻抗和分压比。另外，也可在起动阶段并联电容补偿器，补偿在起动过程中的无功功率，降低视在功率，减小电网压降。3.3负载特性对软起动装置的影响实际应用中，负载特性对软起动效果的影响也是很大的。对于一般的恒转矩负载，采用恒流方式起动效果较好；而对于风机水泵类负载，随着转速的增加，转矩也持续增加，此时，使用恒流方式起动时，到起动后期可能会因转矩不足造成起动失败，此时，采用电压斜坡方式起动能很好的避免该问题。特别的，当负载特性很特殊时，也需要适当的调整起动逻辑来适应适应不同的负载特性。如在迁安九江煤炭储运有限公司电磁调压设备的应用中，有一种甩锤式粉碎机，其特性是：起动初始阶段，甩锤收敛，其特性接近为恒转矩，但当转速接近额定转速时，在惯性的作用下，甩锤突然展开，由于转动惯量没有变化，负载转速会瞬间降低，此时，需要加上一个较大的转矩来使其加速迅速提升到额定转速，完成起动；一般情况下，当电机转速接近额定转速时，可认为起动过程结束，对于此负载，实际起动过程并没有结束，还有一个二次加速的过程；针对这种负载，我们采取了以第二次加速达到额定转速为起动结束标识的逻辑，