【文章內(nèi)容簡介】 大功率電機(jī)來說， Y 一 △啟動仍能產(chǎn)生較大的電流；自耦變壓器啟動具有啟動不便、體積大、滑塊觸點(diǎn)氧化等缺點(diǎn)；而變頻調(diào)速啟動對于規(guī)律負(fù)載來說就顯得“大材小用”了，且造價高昂 【 25】 。 晶閘管軟 啟 動的基本原理 這種軟起動是指運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起 動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓的起動方法 【 1】 。軟起動器是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運(yùn)用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。 晶閘管軟啟動器的特點(diǎn) （ 1） 減少起動過程引起的電網(wǎng)電壓降使之不影響同一供電網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行； （ 2） 對電動機(jī)提供平滑的起動過程，降低電機(jī)起動過程中線路的沖擊電流，減少電動機(jī)（傳動機(jī)械）的沖擊電流及對電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長電動機(jī)（傳動機(jī)械）使用壽命； （ 3） 減少電磁干擾：硬起動產(chǎn)生的沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行； （ 4） 具有多臺電動機(jī)控制功能，用一臺起動器控制多臺電動機(jī)的起動，起動電流、起動時間可分別設(shè)置；多種起動模式：電壓斜坡起動、限流起動、脈沖突跳起動，具有軟停車功能； （ 5） 具有完善的保護(hù)功能：過載保護(hù)、斷相保護(hù)、過壓和欠壓保護(hù)等。 調(diào)壓原理 9 利用相位控 制實現(xiàn)電機(jī)的三相調(diào)壓。如圖所示 ， 把三對反并聯(lián) 的晶閘管 ( 或雙向可控硅 )與電機(jī)的三相輸入端連接 ，三相電阻一電感負(fù)載是電動機(jī)的等效電路 ，此時負(fù)載可按 Y 或△連接。 圖 此電路中由于沒有中線 ， 所以在工作時若要負(fù)載電流流通，至少一要有兩相構(gòu)成通路 。為保證啟動時兩個晶閘管同時導(dǎo)通，及在感性負(fù)載與控制角較大 時仍能保證不同相的正反 向兩個晶閘管同時導(dǎo)通， 要求采用 6 0℃ 的寬脈沖角或雙脈沖觸發(fā)電路。為保證輸出電壓對稱并有一定的調(diào)節(jié)范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號除了與相應(yīng)的交流電源有一致 的相序外，各觸發(fā)信號之間還須保持一定 KZ KZ KZ KZ KZ KZ6，的相位關(guān)系。這就要求三相調(diào)壓電路中各晶閘管觸發(fā)脈沖的序列應(yīng)如圖 中的，相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)脈沖信號相位差為 2π∕ 3 。 由于電機(jī)自感電勢的作用，電流要滯后一個角度才能為零關(guān)斷晶閘管。因此，要求晶閘管的移相控制角與負(fù)載電路的參數(shù)阻抗角西的關(guān)系為：φ≤α≤ 150℃ ， 而 φ = t g ﹣185。ω L ／ R ， 它 們 與 晶 閘 管 導(dǎo) 電 角 θ 的 關(guān) 系 如 圖 10 圖 因有 晶閘管的電流滯后特性，直接采用圖 的控制模式容易出現(xiàn)電壓波形缺口與電流波形振蕩。為解決晶閘管不在零電流時關(guān)斷，而在一個很小的反電流下才關(guān)斷的問題，采用與晶閘管并聯(lián) RC 回路來吸收負(fù)載電路電感中的能量，以使到達(dá)電機(jī)的電壓、電流具有連續(xù)性。 內(nèi)部含有部分諧波分量，由于線電流對稱因而只有奇次諧波，而 3 次諧波已經(jīng)抵消了，只剩部分高次諧波。這種分量雖然影響功率的輸出，并能使電機(jī)發(fā)熱，但對電機(jī)的啟動影響不大。 電力電子軟啟動器的原理和性能 (1)電機(jī)電力電子軟啟動裝置采用電力電子集成電路，由 PLC 或單片機(jī)數(shù)字控制的調(diào)壓 (電流 )節(jié)能的電機(jī)軟啟動設(shè)備。 它主要是串接在電機(jī)電源回路中，實時控制電動機(jī)的啟動電壓或電流，由此起到調(diào)整電機(jī)的起動力矩，實現(xiàn)電機(jī)的軟啟動 【 11】 。 電子軟啟動可以滿足電動機(jī)軟啟動、軟停機(jī)及運(yùn)行過程中功率因數(shù) 自動調(diào)節(jié)。 一般的電子軟啟動器都適用于三相 220 V 一 690 V AC 電壓等級，具有比較完善的故障檢測功能，能在運(yùn) 11 行過程中檢測任何異常狀態(tài) ，并通過不同的指示燈顯示各類故障，配套相應(yīng)的晶閘管主回路及 RC 吸收單元可組成一高性能的電動機(jī)軟啟動控制器，并能適用于任何負(fù)載場合的電動機(jī)的控制 。 與變頻調(diào)速器想比，它具有造價低，操作簡單，容易維修等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于大功率的電動機(jī)啟動控制 ， 見 圖 圖 軟啟動器原理圖 (2)電機(jī)電力電子軟啟動的技術(shù)性能主要包括： 一 是根據(jù)電機(jī)的硬性特性的要求，可分別獨(dú)立設(shè)定電機(jī)的軟啟動、軟停機(jī)時間； 二 是實現(xiàn)運(yùn)行過程中的功率因數(shù) 自動追蹤調(diào)節(jié)功能，使 cos oc1sinq~oc0； 三 是適用主回路電壓：三相 220— 6900 V AC 50／ 60H2 自動選擇相序自動檢測； 四 是一次系統(tǒng)的電壓和電流及功率因數(shù)的控制是采用數(shù)字脈沖，二 次控制系統(tǒng)為集成數(shù)字控制設(shè)備，耗電低 。 (3)電機(jī)電力電子軟啟動的起動方式：根據(jù)電機(jī)不同負(fù)載的要求電子軟啟動器一般都具備以下三種起動方式：電壓控制啟動方式、限流啟動 方式、轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳啟動方式。 (4)電機(jī)電子軟啟動系統(tǒng)的運(yùn)行方式分為： 節(jié) 能運(yùn)行方式、全壓運(yùn)行方式、接觸器旁路運(yùn)行方式。 12 液態(tài)軟啟動裝置 GZ YQ 高壓交流電動機(jī)液態(tài)智能軟起動裝置在世界上第一次利用液體電阻的負(fù)溫 度特性，在電動機(jī)定子回路串接液態(tài)可變電阻，通過可編程控制器，改變液體中兩個極板的間距來改變電阻的大小，從而達(dá)到控制電動機(jī)起動電流的目的 【 4】 。使用該裝置無任何諧波污染；可根據(jù)電機(jī)參數(shù)和工況，預(yù)測、控制和調(diào)整起動電流；起動過程平滑，起動／ 運(yùn)行切換無沖擊；采用 P L C 控制技術(shù)，實現(xiàn)計算機(jī)遠(yuǎn)端通訊及集中控制。 目前該電動機(jī)液態(tài)智能軟起動裝置已成功應(yīng)用于濟(jì)南濟(jì)鋼集團(tuán)鮑德氣體公司 1 5 0 0 0 M ／ h 制氧機(jī) 1 0 0 0 0 k W 主電機(jī)智能軟起動 、柳 州 I 鋼鐵股份公司煉鐵 6 高爐 1 3 5 0 0 k W 風(fēng)機(jī)帶載智能軟起動。另外，還在延安延長石油管理局永坪煉油廠催化裂化裝置改造工程風(fēng)機(jī)主電機(jī)軟起動設(shè)備、浙江杭州杭鋼的 2 萬空分空壓機(jī)組軟起動設(shè)備和首鋼集團(tuán)首秦金屬材料公司寬厚板技改工程 1 0 0 0 0 k W 風(fēng)機(jī)主電機(jī)軟起動設(shè)備的招標(biāo)中中標(biāo)。 靠近管壁四周的氣流向管中心加速，平均流速增高到達(dá)截面 BB 后，氣流截面收縮到最小，平均流速達(dá)到最大，經(jīng)過截面 BB 后，氣流截面開始擴(kuò)大膨脹，到達(dá)截面 CC 后又恢復(fù)正常 ， 氣流在節(jié)流孔板附近形成渦流 ， 氣流不僅有橫向脈動還有逆向運(yùn)動流動狀態(tài)十分復(fù)雜 【 5】 。 由于有渦流現(xiàn)象，伴隨有能量損失，導(dǎo)致節(jié)流孔板有一定的阻力，這就是節(jié)流孔 板的節(jié)流原理。 13 圖 氣流通過節(jié)流 孔 板的情況 氣流通過節(jié)流孔板時，其體積流量是不隨時間變化的，并遵循由連續(xù)性方程和伯努利方程推導(dǎo)出的流量方程式： PCQ dv ???? ??? 241 24 （ ） 式中： ?vQ 氣體體積流量， sm3 ?C 流出系數(shù)，與雷諾 數(shù)有關(guān) ?? 直徑比， Dd?? ， d 和 D 的定義參 ?p 氣體平均密度， mkg 3 ??p 氣流通過節(jié)流孔板前后的壓差， pa 節(jié)流孔板技術(shù)多用在鋼鐵企業(yè)中的大型除塵系統(tǒng)中，其外形與對應(yīng)管路尺寸一致 。該裝置結(jié)構(gòu)簡 單，體積小，造價低，平衡精度高，運(yùn)行效果較好。 高壓磁飽和軟 啟 動 高壓磁飽和軟起動的工作原理。磁性材料都有自身的磁飽和特性，磁性材料的飽和過程為一條曲線，在額定電流通過時，磁性材料不會飽和，曲線在上升階段，達(dá)不到拐點(diǎn)；如果通過超過額定電流幾倍的電流時，磁性材料會迅速飽和，自身的壓降在短時間內(nèi)也隨著變化。如果合理利用磁性材料的這一特性，計算電流導(dǎo)通與達(dá)到飽和的時間，設(shè)計不同截面、不同電流、不同匝數(shù)的線圈，再與電機(jī)的起動特性相結(jié)合，就能通過線圈的磁飽和的過程調(diào)節(jié)電機(jī)的起動電壓，從而實現(xiàn)電壓由低到高的電機(jī)的軟起動 。 14 圖 磁化曲線 圖 調(diào)壓原理 高壓磁飽和軟起動器的特點(diǎn)： （ 1）采用環(huán)形鐵心經(jīng)過退火工藝處理，保證磁性材料的穩(wěn)定性。 （ 2）分三相單體線圈設(shè)計，每相一個線圈，互相獨(dú)立，安全，可靠。 （ 3）大線徑高檔線穿繞環(huán)形鐵心，過載能力強(qiáng)，油箱油散熱性好，永不 壞。 （ 4）起動起始電壓 65%，設(shè)定電壓 95%，中間為自動調(diào)整升壓過程。 （ 5）電流型設(shè)計，有電流時電壓才變化。 （ 6）輸入與輸出共六個端子，接線不分方向，不考慮相序，沒有控制電路。（ 7）適應(yīng)電機(jī)頻繁起動，尤其對 10kV。 200~1250kV 大功率重載電機(jī)的起動 比較理想。 （ 8）準(zhǔn)軟起動特性，性能優(yōu)于高壓電抗器，接近高壓軟起動器，性價比高。 5 大功率電動機(jī)軟啟動的比較與分析 電力電子軟啟動器的缺點(diǎn) 分析 （ 1） 因為 用電負(fù)荷的單機(jī)容量越來越大，要求電力電子裝置的容量也越來越大，對電力電子器件的電壓容量和電流容量的要求也就越來越大，這是當(dāng)前電力電子技術(shù)的一個難點(diǎn)問題。 目前 只有靠串并