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近幾年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,許多行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大,使用高壓異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)目也越來(lái)越多,單機(jī)容量也越來(lái)越大。高壓電機(jī)軟啟動(dòng)柜的可靠啟動(dòng)問題成為用戶的難題,而高壓電機(jī)的啟動(dòng),又會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較強(qiáng)干擾,尤其是在工業(yè)領(lǐng)域中的重在啟動(dòng),有時(shí)可能對(duì)高壓固態(tài)軟啟動(dòng)柜和電網(wǎng)的運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅,因而三相異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)越來(lái)越受到重視,以下是高壓水電阻啟動(dòng)柜廠家對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)問題探討。
1 高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)
對(duì)于大功率高壓電動(dòng)機(jī)而言,軟啟動(dòng)比直接啟動(dòng)具有下述優(yōu)勢(shì)。
(1)減小啟動(dòng)過程引起的電網(wǎng)下降,使之不影響共網(wǎng)其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。
(2)減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流,避免電動(dòng)機(jī)局部過熱影響電動(dòng)機(jī)的壽命。
(3)減小硬啟動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖力,減緩傳動(dòng)機(jī)械(軸、嚙合齒輪等的磨損。
(4)減少電磁干擾,避免沖擊電流以電磁波的形式干擾電子設(shè)備和電氣儀表的正常運(yùn)行。
基于上述原因,對(duì)高壓電機(jī)軟啟動(dòng)的研究就具有重要的意義。目前無(wú)極調(diào)節(jié)的軟啟動(dòng)主要有以下3中,即以電解液限流的液阻軟啟動(dòng)、以晶閘管為限流器件的晶閘管軟啟動(dòng)和以磁飽和電抗器為限流元件的磁控軟啟動(dòng)。同時(shí),還有一種可控變壓電抗器式軟啟動(dòng)方案,軟啟動(dòng)方式的選擇上提供一定的幫助。
2 液阻軟啟動(dòng)
液阻是一種由電解液形成的電阻,它導(dǎo)電本質(zhì)是陰陽(yáng)離子。其阻值正比于2塊電極板的距離,反比于電解液的電導(dǎo)率,極板距離和電導(dǎo)率都便于控制,且液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點(diǎn),恰恰是軟啟動(dòng)所需要的,加上另一個(gè)重要的有時(shí)即低成本,使液阻軟啟動(dòng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是,液阻啟動(dòng)柜也有明顯的缺點(diǎn)。
(1)基于液阻限流,液阻箱容積大,且一次軟啟動(dòng)后電解液通常會(huì)有10℃~30℃的升溫,使軟啟動(dòng)的重復(fù)性差。
(2)移動(dòng)極板需要伺服機(jī)構(gòu),移動(dòng)速度較慢,難以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)方式的多樣化和控制的準(zhǔn) 確性。
(3)液阻軟啟動(dòng)裝置液箱中的液態(tài),需要定期補(bǔ)充。電極板長(zhǎng)期浸泡于電解液中,表面會(huì)有一定的銹蝕,需要定期處理。
(4)液阻軟啟動(dòng)裝置不合適放置在易結(jié)冰或顛簸的環(huán)境中。
液阻軟啟動(dòng)裝置可以串接在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中,以實(shí)現(xiàn)重載電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng),在軟啟動(dòng)過程中不產(chǎn)生高次諧波,且售價(jià)低廉,這是它的突出優(yōu)點(diǎn)。
3 晶閘管軟啟動(dòng)
這種啟動(dòng)方式先在國(guó)外中高壓壓供電領(lǐng)域中獲得應(yīng)用,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)的使用量在增長(zhǎng)。它應(yīng)用了可控硅串聯(lián)技術(shù),通過光纖傳輸控制信號(hào),控制可控硅的同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷,從而控制高壓電機(jī)的啟動(dòng)過程。
其優(yōu)點(diǎn)在于:晶閘管具有調(diào)節(jié)的速度好、閉環(huán)控制、控制方式的菜單化等優(yōu)點(diǎn),而且體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,維護(hù)量小、功能齊全、菜單豐富、啟動(dòng)重復(fù)性好、保護(hù)周全。
其缺點(diǎn)在于:處于晶閘管的電壓耐受能力在國(guó)際上都沒有得到解決,所以,在3kV以上電壓系統(tǒng),它的每個(gè)高壓橋臂上都有3到4個(gè)晶閘管串聯(lián),這樣,同步觸發(fā)是關(guān)鍵技術(shù),解決不好就會(huì)造成控制失??;其次晶閘管的耐壓均勻性問題,即對(duì)每個(gè)晶閘管的一致性有很高的要求,如果個(gè)別晶閘管參數(shù)發(fā)生變化或性能較差,就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的連鎖燒損;三是高壓產(chǎn)品的介個(gè)偏高,因此在國(guó)內(nèi)中高壓系統(tǒng)中沒有普及。
4 磁控軟啟動(dòng)
(1)磁控軟啟動(dòng)是從電抗器軟啟動(dòng)衍生出來(lái)的,將三相電抗器串接在電源和電動(dòng)機(jī)定子之間實(shí)現(xiàn)降壓是兩者的共同點(diǎn)。磁控軟啟動(dòng)不同于電抗器軟啟動(dòng)的主要特點(diǎn)是其點(diǎn)抗值可控,啟動(dòng)開始時(shí)電抗器的電抗值較大,在軟啟動(dòng)過程中,通過反饋調(diào)節(jié)使電抗值逐漸減小,及至軟啟動(dòng)完成后被旁路。
(2)電抗器電抗值的變化時(shí)通過控制直流勵(lì)磁電流改變鐵心的飽和度實(shí)現(xiàn)的,所以叫做磁控軟啟動(dòng)。因此磁飽和電抗器的輸出功率比控制功率大幾十倍,也稱為“磁放大器”。
(3)磁控軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)先是電抗值的調(diào)節(jié)是靜止的、無(wú)接觸的、非機(jī)械式的,這就為微電子技術(shù)的介入打開了大門。所以,在工作原理上磁控軟啟動(dòng)與晶閘管軟啟動(dòng)是相同的,因此說磁控軟啟動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟停止,能夠具有晶閘管軟啟動(dòng)所具有的幾乎全部功能,其原因蓋出于此。磁飽和電抗器具有0.1s量級(jí)的慣性,這使得磁控軟啟動(dòng)比晶閘管軟啟動(dòng)慢一個(gè)數(shù)量級(jí);而對(duì)于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的大慣性來(lái)說,磁控軟啟動(dòng)的慣性是不足為慮的。
(4)磁控軟啟動(dòng)的缺點(diǎn)先是磁控軟啟動(dòng)的調(diào)節(jié)范圍有限,啟動(dòng)時(shí)施加在電動(dòng)機(jī)的電壓不能被控制得很低,啟動(dòng)電流不能從0開始;同時(shí)啟動(dòng)時(shí)需要較大的啟動(dòng)電流而磁控不能提供(大3.5倍額定電流);而且切換時(shí)施加在電動(dòng)機(jī)的電壓達(dá)不到額定電壓,大在93%全電壓左右,所以切換時(shí)有一定的機(jī)械沖擊。其次,磁控軟啟動(dòng)時(shí)的電抗器飽和引起的非線性,會(huì)產(chǎn)生高次諧波,只是磁飽和電抗器產(chǎn)生的高次諧波比工作于斬波狀態(tài)的晶閘管要小一些。第三,磁控軟啟動(dòng)裝置需要有相對(duì)功率較大的輔助電源,噪聲較大。
5 可控變壓電抗器式軟啟動(dòng)
5.1 基本原理
(1)由于在定子回路串聯(lián)電抗器或采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)液體電阻器啟動(dòng)及在定子回路中串磁飽和電抗器啟動(dòng)這些啟動(dòng)方式使用的設(shè)備調(diào)節(jié)范圍有限,不能隨意調(diào)節(jié)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,不能做到啟動(dòng)特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性完善配合,所以仍然存在大的沖擊電流和機(jī)械沖擊。而且它們都沒有軟停止功能,因此對(duì)于水泵(會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng))之類的負(fù)載時(shí)不適用的。
(2)可控變壓器電抗器軟啟動(dòng)的基本原理是啟動(dòng)電抗器設(shè)置1個(gè)抵押繞組實(shí)現(xiàn)電抗器的變壓可控,在變壓電抗器的原邊串入電機(jī)定子回路,通過控制可控硅短接變壓電抗器的副邊,通過改變其低壓繞組上的電壓來(lái)改變高壓繞組的電壓來(lái)改變?cè)呺娏?,從而控制電?dòng)機(jī)的起動(dòng)過程,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。此種軟啟動(dòng)方式是通過變壓器的降壓原理,避免了可控硅的直接串接,從而回避了技術(shù)能點(diǎn)。
5.2技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
原理上磁控軟啟動(dòng)和可控變壓電抗器式軟啟動(dòng)都是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)主回路串聯(lián)的電抗器的電抗值,但調(diào)節(jié)效果是不同的,相比之下,變壓電抗器式軟啟動(dòng)有如下特點(diǎn)。
(1)電壓和電流能從零起連續(xù)可調(diào),對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)操作過電壓傷害、無(wú)轉(zhuǎn)矩沖擊,對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊;轉(zhuǎn)速慢慢上升,有利于潤(rùn)滑,能延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械設(shè)備的使用壽命;高壓斷路器合閘時(shí)電流(或電壓)為零,能顯著提高斷路器壽命。
(2)控制靈活,重復(fù)精度高。
(3)在啟動(dòng)過程中,能在額定電流以內(nèi)給電機(jī)以充分加速,因此能大限度地降低啟動(dòng)電流的大值,且大值的保持時(shí)間短。
(4)可控變壓器是一種高可靠性設(shè)備,低壓側(cè)電壓低,不用采用晶閘管串聯(lián),可控硅的控制技術(shù)很成熟,因此該裝置為高可靠性設(shè)備。
(5)該裝置本身功耗很小,可以連續(xù)啟動(dòng),可以一拖多(容量可不同)。
(6)變壓電抗器具有很大的電感值,晶閘管產(chǎn)生的高次諧波主要由電抗器承擔(dān),不會(huì)干擾電源和電動(dòng)從零機(jī)。
6 總結(jié)
(1)隨著高壓電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越普遍,研究高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)對(duì)于保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制等具有重要意義。
(2)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合、電動(dòng)機(jī)容量的不同、控制要求的不同等,應(yīng)針對(duì)性地選擇電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式,固態(tài)軟啟動(dòng)應(yīng)該是未來(lái)的發(fā)展方向。
(3)可控變壓電抗器式軟啟動(dòng)結(jié)合了磁控軟啟動(dòng)、可控硅軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),克服了它們的各種缺點(diǎn),是一種高可靠性的軟啟動(dòng)方案。