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關(guān)于晶閘管串聯(lián)高壓電動機軟起動裝置的系統(tǒng)設(shè)計
摘要：軟件設(shè)計是系統(tǒng)控制的核心,直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。為了適應(yīng)各種不同負載的應(yīng)用,軟件設(shè)計上設(shè)計了多種不同的起動曲線,包括電壓斜坡起動、限流起動、突跳起動及軟停車曲線等。同時設(shè)計完善的保護功能,包括短路保護、過流保護、過壓、欠壓保護、晶閘管過熱保護等。電機的參數(shù)及各種保護參數(shù)可由用戶根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況自行設(shè)定。交流異步電動機廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,異步電機直接起動存在著起動力矩小、起動電流大、對電網(wǎng)沖擊大、起動困難、對機械設(shè)備沖擊大、電機使用壽命短、維護工作量大、維護費用高等問題。
關(guān)鍵詞：高壓電動機軟起動軟件設(shè)計
一、異步電機軟起動
異步電機軟起動器可減小電動機硬起動引起的電網(wǎng)電壓降,使之不影響與其共網(wǎng)的其它電氣設(shè)備的正常運行�？蓽p小電動機的沖擊電流,沖擊電流會造成電動機局部溫升過大,降低電動機壽命;可減小硬起動帶來的機械沖擊力和沖擊力加速對所傳動機械(軸、嚙合齒輪等)的磨損;減少電磁干擾,沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行。軟起動使電動機可以起停自如,減少空轉(zhuǎn),提高作業(yè)率,因而有節(jié)能作用。
對于電動機的軟起動,大致可分為有級和無級兩種。有級型的軟起動有定子串電抗器降壓、液態(tài)電阻降壓、星-三角(y-△)降壓、自耦變壓器降壓和延邊三角形降壓等。無級型軟起動有開關(guān)變壓器降壓、磁飽和電抗器降壓、晶閘管串聯(lián)降壓軟起動等。由于有級型降壓軟起動的調(diào)節(jié)存在一定程度的二次電流沖擊,因此對電機的軟起動效果有限。而在無級型軟起動器中,隨著電力電子技術(shù)的提高和功率器件的發(fā)展以及銅、鐵等原材料價格的大幅上漲,晶閘管串聯(lián)式的高壓軟起動裝置越來越被市場所認可。
二、降壓起動原理
把三相異步電動機的定子繞組接通到三相電源上,轉(zhuǎn)子從靜止升速到穩(wěn)定狀態(tài),這一過程叫起動。在合閘的瞬間,電動機的轉(zhuǎn)差率為1,起動電流等于堵轉(zhuǎn)電流,起動轉(zhuǎn)矩等于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速升高,起動電流從堵轉(zhuǎn)電流逐漸下降,最后穩(wěn)定在某個數(shù)值。較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩表明電動機能在較大負載下起動,并獲得較大的加速度,但過大的堵轉(zhuǎn)電流會在供電線路上產(chǎn)生很大的壓降,使電網(wǎng)電壓波動,直接影響到接在該電網(wǎng)上電氣設(shè)備的運行。異步電動機的t形等效電路圖如圖1所示。
高壓電動機軟起動裝置系統(tǒng)所示。晶閘管串聯(lián)的功率單元聯(lián)接在三相高壓電網(wǎng)與電動機之間,控制單元根據(jù)傳感器傳送回來的信號按事先設(shè)定好的起動曲線進行移相調(diào)節(jié)�？刂茊卧l(fā)出的晶閘管觸發(fā)信號經(jīng)光纖傳送到晶閘管觸發(fā)單元,用來調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角,進而達到調(diào)整電壓的目的,使得輸出到電動機上的電壓按照一定曲線緩慢上升,實現(xiàn)電動機的軟起動。當電動機達到額定轉(zhuǎn)速時,旁路接觸器吸合,電動機處于旁路運行狀態(tài)。控制單元仍然進行在線檢測,負責(zé)電機的電壓、電流的顯示及各種故。
三、高壓軟起動、晶閘管串聯(lián)單元設(shè)計
由于目前國內(nèi)市場應(yīng)用的電動機大多是6kv和10kv電機,做為串接在高壓電網(wǎng)和電動機之間的功率執(zhí)行器件,單只晶閘管還不足以承受6kv的高壓,雖然單只晶閘管目前已經(jīng)成熟地發(fā)展到單只耐壓6500v,但考慮到電網(wǎng)波動、浪涌及耐壓余量等可靠性因素,在設(shè)計6kv高壓軟起動裝置的時候,功率單元采用 3只晶閘管串聯(lián)的方式來提高耐壓值。同理在設(shè)計10kv高壓軟起動裝置的時候采用5只晶閘管串聯(lián)組成高壓閥組。
(1)單相6kv高壓晶閘管功率閥組所示。scr1～scr6 為大功率高壓晶閘管,它們每三個串聯(lián)后再反并聯(lián)組成單相功率串聯(lián)閥組,以實現(xiàn)軟起動器對交流電機的控制。這6只晶閘管選用同一廠家、同一型號、同一生產(chǎn)批次的產(chǎn)品,以減小其在生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)工藝的不同而產(chǎn)生的自身特性諸如伏安特性、反向恢復(fù)電荷、開關(guān)時間和臨界電壓上升率等的差異,影響均壓。r1、 r2、r3為靜態(tài)均壓電阻,用以實現(xiàn)晶閘管的靜態(tài)均壓。靜態(tài)均壓電阻選用無感電阻,阻值為晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的1/40,且功率留有足夠大的余量。 r4、r5、r6和c1、c2、c3共同組成動態(tài)均壓網(wǎng)絡(luò),用以實現(xiàn)動態(tài)均壓。通過選擇,各電阻和電容的參數(shù)誤差應(yīng)非常小,電容的取值根據(jù)晶閘管的最大反向恢復(fù)電荷和最小反向恢復(fù)電荷的差值計算求得。均壓過程主要是由電容c完成的。串聯(lián)的各只晶閘管開關(guān)速度不會完全一致,而會稍有差別。電容c上的電壓在靜態(tài)情況下數(shù)值相同,在開關(guān)過程中,由于電容上的電壓不能突變,加在各只晶閘管上的壓降不會發(fā)生跳變。由于開關(guān)過程中各只晶閘管中電流不一致所造成的影響由電容c的充放電補償。
(2)接口單元設(shè)計
單元包括電壓傳感器接口、電流傳感器接口、光纖傳送接口、故障檢測接口及人機交互接口等。其中電壓信號采用高阻降壓方式,并考慮到系統(tǒng)兼容性,將電路設(shè)計成3kv、6kv、10kv通用,以方便產(chǎn)品生產(chǎn)。電流傳感器采用標準x/5電流互感器加高精度電流霍爾的形式,將信號進行相應(yīng)處理后送到cpu進行運算。高壓與低壓間的信號傳送采用光纖傳輸,既保證信號的實時性及可靠性傳輸,又起動高低壓隔離作用。信號經(jīng)過接口電路編碼后通過光纖傳送至觸發(fā)單元,觸發(fā)單元將信號解碼并經(jīng)過相應(yīng)處理后用以觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)單元的供電采用高位、低位相結(jié)合,每只晶閘管的觸發(fā)電源各自獨立。人機接口采用貼膜式軟鍵和液晶顯示屏。液晶顯示屏為4行8列,設(shè)計成4級菜單管理模式,可預(yù)設(shè)中文及英文顯示。
四、軟件設(shè)計系統(tǒng)實驗
軟件設(shè)計是系統(tǒng)控制的核心,直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。為了適應(yīng)各種不同負載的應(yīng)用,軟件設(shè)計上設(shè)計了多種不同的起動曲線,包括電壓斜坡起動、限流起動、突跳起動及軟停車曲線等。同時設(shè)計完善的保護功能,包括短路保護、過流保護、過壓、欠壓保護、晶閘管過熱保護等。電機的參數(shù)及各種保護參數(shù)可由用戶根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況自行設(shè)定。
系統(tǒng)設(shè)計完成后,用6kv/1000kw電機進行了帶載起動實驗。電機額定電壓6kv,額定電流112a,額定轉(zhuǎn)速1480r/min。起動電流單相波,起動電流平穩(wěn)無沖擊,峰值起動電流為額定電流的2.6倍左右,起動時間22s ,電網(wǎng)電壓無明顯波動,達到了良好的起動效果。
本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件,通過交流調(diào)壓來實現(xiàn)電動機的軟起動。系統(tǒng)有控制靈活,操作簡單,起動平穩(wěn),運行可靠等特點,可有效緩解電機起動過程中對電網(wǎng)及負載的沖擊,保護電機安全起動和運行。
本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件,通過交流調(diào)壓來實現(xiàn)電動機的軟起動。系統(tǒng)有控制靈活,操作簡單,起動平穩(wěn),運行可靠等特點,可有效緩解電機起動過程中對電網(wǎng)及負載的沖擊,保護電機安全起動和運行。
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