开关变压器式高压电动机软起动装置

电动机的大型化使电动机的软起动柜工作变得越来越重要，开关变压器式高压电动机软起动装置，襄阳开关变压器软启动柜的高性能、高可靠，给人们提供了一个新的选择。

一、 概述
    众所周知，普通鼠笼式电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4～7倍，这将对电动机本身、机械设备以及电网造成很大的危害。近年来，许多行业的生产能力越来越大，其生产设备的驱动电机也越来越大，使上述问题也变得越来越严重。
    针对直接起动的危害，人们采取了很多方法来克服它，比如①减压起动方法：自耦变压器起动和串电抗器起动；②改进的减压起动方法：水电阻起动和磁饱和电抗器起动；③软起动方法：可控硅串联式（固态）调压起动和用变频器来变频调压起动。这些方法不同程度地解决了直接起动所带来的危害，对生产的发展起到了积极的作用，但是还存在着一些不足，这促使人们不断地去探索新的起动方法。
    开关变压器式高压电动机软起动装置是对可控硅串联式软起动装置的改进，它用开关变压器（TK）的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧（如图1所示）这样可控硅不用串联，可靠性大提高；且由于开关变压器漏抗的滤波作用，加到电源和电动机上的谐波大减少。其它方面：电压电流可全范围线性调节；可输出任意波形；可构成闭环控制，时间常数小、反应迅速；电动机功率增加时只要增加功率器件的容量即可；开关变压器工作于开关状态，开通时只有铜损，隔断时只有铁损，起动过程中开关变压器损耗很小，可连续起动；由于是纯调压软起动，故一拖多时电动机的容量可以相差很远。这一切使开关变压器式高压电动机软起动装置成为当前性/价比高的高压电动机软起动装置。
二、 主电路与控制系统
    主电路如图1所示：K1为运行柜，它与电动机D构成正常工作时的运行系统；K2为起动柜，它与开关变压器TK构成起动回路。当电动机起动时，合上K2，给可控硅SCR加上触发信号即可实现相控调压软起动；起动结束后，合上K1、断开K2，电动机即转入运行状态。
起动回路的控制系统框图如图2所示。
    软起动不同时段的电流由程序给定，主电路中的电流由采样板采集，PLC比较电流实际值和给定值，根据差值调节触发板的输入电压，改变SCR的导通角，从而使主电路中的电流与给定值相等。
    修改程序中起动各时段电流的大小和保持时间，即可得到各种不同的起动电流曲线。
        
 
图 1                                       
  
图 2
    由控制系统框图可见，如果从虚线出隔开，右侧为功率主回路，左侧为控制环节。当电动机功率不同时，只要更改TK、CT及SCR即可，其控制环节不用改变。
三、 开关变压器软起动装置的合理性能
    1、 自身损耗小，可连续起动
    在主电路中，开关变压器（TK）受可控硅SCR的控制，执行的是开关作用。当SCR截止时，TK原边电流为零（合理小，可忽略），TK原边加的是电源电压，此时TK只有铁损，无铜损；当SCR导通时，TK原边电压为零（很小，可忽略），只有铜损，无铁损。因此在起动过程中，TK损耗很小。
    由于起动时间很短，所以起动节能并不是很主要的，主要好处是可以连续起动，这对于一拖多及设备维修调试是合理有利的。
    2、 可以很大程度地减小供电电源容量，减少变压器空载损耗、节电。
    大型电动机直接全压起动时，会造成很大的电网电压波动，影响同电网其它设备的正常运行。有时人们会采取独立变压器供电的方式来减小对其它设备的影响。在这种情况下，一般取电动机容量为变压器容量的60%～80%，在正常运行时，变压器不是满负荷运行，造成多余的空载损耗，同时也增加了基础电费。
    开关变压器式高压电动机软起动装置可以灵活地调整起动电流曲线，更大限度地减小起动电流大值，因此电网电压波动相对减小，可以做到不影响其它设备的运行，可以做到与其它设备共用电网，不必采用独立式变压器供电的形式，可以做到更大限度地减小变压器空载损耗。
    3、 产生谐波少，提高电网的安全可靠性。
    变频装置用于软起动，其性能是合理好的，起动转矩大，起动电流小，但是变频装置产生大量的高次谐波；可控硅串联软起动装置也具有好的软起动性能，因是相控调压，也产生大量的高次谐波。高次谐波对电网及用户是合理有害的，它会使用电设备发热直至损坏；会使电容电感产生谐振，引起事故；会干扰继电保护和自动装置的正常工作，影响电网的安全运行等。 
 
  
 
图3
                                                         
    开关变压器式高压电动机软起动装置虽然也是相控调压设备，但它的高次谐波产生在开关变压器的低压侧，传递到电网和电动机上时要经过TK的漏抗XL，这就相当于高次谐波源具有很大的内阻（如图3所示）加到电网上的高次谐波就很小了，在台800kw开关变压器式软起动装置投入运行时，请权威机构做过测试，总谐波畸变率为2.72%（国标为4%），所以使用开关变压器式高压电动机软起动装置时，不用担心高次谐波对电网的影响。
    4、 开关变压器式软起动装置能全范围调节电机端电压，可以针对不同的设备采取不同的输出电压电流波形，因此不存在起动失败的危险。
    5、 输出电压平滑调节、无机械冲击，有利于提高机械设备的寿命。
    6、 可靠性高、重复精度高，该装置的主要元器件均采用进口或国内大厂家产品，设计上留有足够的裕量，可靠性合理高，可做到无人值守。由于主电路是线性电路，故重复精度合理高，每次起动都按同一规律变化，使用户用得放心。
    7、 可计算机联网，实现全过程自动控制。
四、 主要业绩
    开关变压器式高压电动机软起动装置是科技公司独立研制的国内外首创的 产品。自研制完成以来，经历了试运行、鉴定、推广阶段，逐步被人们所认识，使用该产品的用户越来越多，至今已有20多套在使用，起动更大电动机10800KW。由于该技术的主电路是完全线性化的，实际上任何容量的电动机（比如60000KW）软起动都可以做到，只是人们的认识和担心需要等待（科技公司从实验室的100W手电钻到台800KW，再到现在的10800KW都是一次设计完成，因为只要把功率电路成比例放大就可以了，其它控制完全一样）。下面列出几个主要业绩：
    1、 2001年9月首台800KW（一拖二）软起动装置应用于大庆油田钻井机组。
    2、 2003年12月南京钢铁公司8000KW软起动装置（一拖二系统）完成投运。
    3、 2005年9月24日济钢鲍德气体10800KW制氧离心空气压缩机软起动完成。
五、 结语
    随着国民经济的发展，我国装备制造业也有了很大的进步，许多新技术、新装备不断涌现，其产值、出口额都占有相当的比例。尤其可喜的是，许多重大技术装备也相继被攻克，对国民经济的发展起到了重要的作用。但是我们也须看到，一些重大技术装备的国产化工作还有一定的难点，缺少一个全社会都来关心和支持振兴国内装备制造业的氛围。盲目迷信国外设备，致使“有关技术装备引进量大，已经影响到国家的经济安全（《中国冶金报》语）”。
    开关变压器式高压电动机软起动装置的高可靠、高性能、大容量，给人们提供了一种新的选择。开关变压器技术就是把变压器与可控硅相结合，构造为一个耐高压、大容量的电力电子开关，它可以应用在许多超大功率场合，对其传输功率进行控制。比如电力网潮流控制、可控串补、抑制次同步谐振、制动电阻、高可靠SVC、绿色电弧炉炼钢（稳定电流、抑制谐波、提高炉龄）等等。我们深信，开关变压器技术定会对国民经济的发展做出重要贡献。