【文章內(nèi)容簡介】 大功率電機來說， 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、滑塊觸點氧化等缺點；而變頻調(diào)速啟動對于規(guī)律負載來說就顯得“大材小用”了，且造價高昂 【 25】 。 晶閘管軟 啟 動的基本原理 這種軟起動是指運用串接于電源與被控電機之間的軟起 動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動結(jié)束，賦予電機全電壓的起動方法 【 1】 。軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電動機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 （ 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)其它電氣設備的正常運行； （ 2） 對電動機提供平滑的起動過程，降低電機起動過程中線路的沖擊電流，減少電動機（傳動機械）的沖擊電流及對電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長電動機（傳動機械）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行； （ 4） 具有多臺電動機控制功能，用一臺起動器控制多臺電動機的起動，起動電流、起動時間可分別設置；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） 具有完善的保護功能：過載保護、斷相保護、過壓和欠壓保護等。 調(diào)壓原理 9 利用相位控 制實現(xiàn)電機的三相調(diào)壓。如圖所示 ， 把三對反并聯(lián) 的晶閘管 ( 或雙向可控硅 )與電機的三相輸入端連接 ，三相電阻一電感負載是電動機的等效電路 ，此時負載可按 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通，及在感性負載與控制角較大 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 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 回路來吸收負載電路電感中的能量，以使到達電機的電壓、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，并能使電機發(fā)熱，但對電機的啟動影響不大。 電力電子軟啟動器的原理和性能 (1)電機電力電子軟啟動裝置采用電力電子集成電路，由 PLC 或單片機數(shù)字控制的調(diào)壓 (電流 )節(jié)能的電機軟啟動設備。 它主要是串接在電機電源回路中，實時控制電動機的啟動電壓或電流，由此起到調(diào)整電機的起動力矩，實現(xiàn)電機的軟啟動 【 11】 。 電子軟啟動可以滿足電動機軟啟動、軟停機及運行過程中功率因數(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 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，配套相應的晶閘管主回路及 RC 吸收單元可組成一高性能的電動機軟啟動控制器，并能適用于任何負載場合的電動機的控制 。 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，尤其適用于大功率的電動機啟動控制 ， 見 圖 圖 軟啟動器原理圖 (2)電機電力電子軟啟動的技術(shù)性能主要包括： 一 是根據(jù)電機的硬性特性的要求，可分別獨立設定電機的軟啟動、軟停機時間； 二 是實現(xiàn)運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)字控制設備，耗電低 。 (3)電機電力電子軟啟動的起動方式：根據(jù)電機不同負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)電機電子軟啟動系統(tǒng)的運行方式分為： 節(jié) 能運行方式、全壓運行方式、接觸器旁路運行方式。 12 液態(tài)軟啟動裝置 GZ YQ 高壓交流電動機液態(tài)智能軟起動裝置在世界上第一次利用液體電阻的負溫 度特性，在電動機定子回路串接液態(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，從而達到控制電動機起動電流的目的 【 4】 。使用該裝置無任何諧波污染；可根據(jù)電機參數(shù)和工況，預測、控制和調(diào)整起動電流；起動過程平滑，起動／ 運行切換無沖擊；采用 P L C 控制技術(shù)，實現(xiàn)計算機遠端通訊及集中控制。 目前該電動機液態(tài)智能軟起動裝置已成功應用于濟南濟鋼集團鮑德氣體公司 1 5 0 0 0 M ／ h 制氧機 1 0 0 0 0 k W 主電機智能軟起動 、柳 州 I 鋼鐵股份公司煉鐵 6 高爐 1 3 5 0 0 k W 風機帶載智能軟起動。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機主電機軟起動設備、浙江杭州杭鋼的 2 萬空分空壓機組軟起動設備和首鋼集團首秦金屬材料公司寬厚板技改工程 1 0 0 0 0 k W 風機主電機軟起動設備的招標中中標。 靠近管壁四周的氣流向管中心加速，平均流速增高到達截面 BB 后，氣流截面收縮到最小，平均流速達到最大，經(jīng)過截面 BB 后，氣流截面開始擴大膨脹，到達截面 CC 后又恢復正常 ， 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動流動狀態(tài)十分復雜 【 5】 。 由于有渦流現(xiàn)象，伴隨有能量損失，導致節(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，達不到拐點；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，計算電流導通與達到飽和的時間，設計不同截面、不同電流、不同匝數(shù)的線圈，再與電機的起動特性相結(jié)合，就能通過線圈的磁飽和的過程調(diào)節(jié)電機的起動電壓，從而實現(xiàn)電壓由低到高的電機的軟起動 。 14 圖 磁化曲線 圖 調(diào)壓原理 高壓磁飽和軟起動器的特點： （ 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）分三相單體線圈設計，每相一個線圈，互相獨立，安全，可靠。 （ 3）大線徑高檔線穿繞環(huán)形鐵心，過載能力強，油箱油散熱性好，永不 壞。 （ 4）起動起始電壓 65%，設定電壓 95%，中間為自動調(diào)整升壓過程。 （ 5）電流型設計，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）適應電機頻繁起動，尤其對 10kV。 200~1250kV 大功率重載電機的起動 比較理想。 （ 8）準軟起動特性，性能優(yōu)于高壓電抗器，接近高壓軟起動器，性價比高。 5 大功率電動機軟啟動的比較與分析 電力電子軟啟動器的缺點 分析 （ 1） 因為 用電負荷的單機容量越來越大，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，這是當前電力電子技術(shù)的一個難點問題。 目前 只有靠串并