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高壓軟啓動裝置的選型探討
点击次数:846 发布时间:2020-04-17

【摘要】敘述各種高壓軟啓動裝置的情況,比較了它們的優劣,從而爲高壓軟啓動裝置的選型做參考。圖9幅。

【關鍵詞】水阻軟啓動 幹式移磁無級調壓軟啓動 開關變壓器軟啓動 晶閘管軟啓動 磁閥式軟啓動 變頻軟啓動 

1、前言

在国际凯时APP首页登录高壓電機自動化的控制系統中,主要的控制對象是各種類型的大型水泵和壓縮機等設備,其中遇到的問題是水泵的高壓大型電動機啓動和壓縮機等重載啓動,都有巨大的沖擊電流,往往可達電動機額定電流的6~8倍,對電網産生了很大的沖擊,影響了其他電器設備的運行。電動機全壓啓動時的大電流在定子線圈和轉子鼠籠條上産生很大的沖擊力,會破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂,引起電機故障,大電流還會産生大量的焦耳熱,損傷繞組絕緣,減少電機壽命。

爲了降低啓動時的沖擊電流,減少它的危害,需要采用高壓軟啓動裝置。

目前,有各種類型的高壓軟啓動裝置,采用了不同的工作原理,但總的目的都是控制加在電動機上的啓動電壓,減少啓動電流。高壓軟啓動裝置采用不同的控制手段實現起動過程中對電壓、電流的調節,以適應不同的應用場合。産品廣泛應用于額定電壓3kV—10kV 的電力、建材、化工、冶金鋼鐵、造紙等行業。能很好地與水泵、風機、壓縮機、粉碎機、攪拌機、球磨機、礦山升降機、皮帶運輸機等各種機電設備配套使用,作爲三相電壓3kV-10kV中高壓電機起動、控制、保護、軟停之用 

 

2、高壓軟啓動裝置目前的情況

目前主要有水阻软启动、幹式移磁式软启动、開關變壓器軟啓動、晶閘管式软启动、磁閥式软起动、国际凯时APP首页登录软启动等几种高压软启动方式。

 

⑴ 高压水阻软起动装置

图1 液体电阻软启动原理图它旳工作原理是在電動機定子回路串入一特制水電阻,爲了增加水的電導率,加入了一些無機鹽,該電阻在電機起動初始時刻自動投入,限制啓動電流過大,並且調節導電極板,使阻值在預定起動時間內均勻無級減小,並在阻值幾近爲0時刻切除,從而使電動機電流及轉速無級勻滑變化,實現電機轉速均勻上升、平穩起動。其基本工作原理可參看圖1。

這種設備的啓動電流可以控制在1.5~3.5Ie(Ie爲電動機額定運行電流),起動時間調節範圍:20—60S現場可調。

這種設備的優點是設備結構簡單,價格較低,且不會對電網産生高次諧波汙染。

但是,液態軟起動裝置體積龐大,需要有液態電阻櫃、星點櫃、高壓斷路器櫃等。安全性能差。啓動性能受液體電阻受環境溫度影響較大,需要經常調整無機鹽的比例,尤其是北方低溫時需要另外加溫液體,南方則會由于形成液態電阻的局部電液溫度過高,産生氣泡甚至電弧光的現象,極不利于起動設備,有時需要加強制冷卻。由于每次啓動都會使液體加溫,故不宜多次連續啓動。另外,每次啓動時液體電阻上消耗的功率很大,約爲電動機額定功率的1.61.8倍,如此大的功率使極板附近的水汽化,汽化電阻不好控制且受環境溫度的影響,這便是控制精度不高的原因,有時甚至有啓動失敗的情況。屬于淘汰技術。

 

2)幹式移磁無級調壓式軟啓動

图2 幹式移磁式软启动装置幹式移磁無級調壓軟啓動其实质是一种可变电感式软启动,在电动机启动时,串接一个可变的电感,这样降低了加在电动机上的电压,减少了启动时的冲击电流,然后逐渐将铁芯移出线圈,慢慢减少电感。这种装置可以控制启动电流在1.0Ie~4Ie範圍內。實現軟停止時,先斷開真空接觸器,串入一個小電感(鐵芯在線圈之外),然後慢慢增大電感(鐵芯逐步插入線圈中),這樣讓電動機慢慢停止下來。其基本結構可參看圖2。

幹式移磁式軟啓動裝置有下面的特點

⑴ 结构简单,全部器件安装在一个柜体内的一体化设计,占地面积小,没有复杂的电力电子器件,可靠性高。基本上是免维护的,方便于安装、调试和运行;

⑵ 幹式移磁式损耗很小,发热量不大,可反复多次频繁起动,重複性高

⑶ 不产生谐波,对电网谐波影响小,不用另加滤波装置;

⑷ 可起动电机的容量200kW~90000kW或更大;

⑸ 抽屉式设计,检修方便,各方面承受能力强,不受外部环境,温度,湿度和地理位置的影响,环境温度可以-50度至60度。

⑹ 可以实现軟停止;

⑺ 無操作过电压,对电机伤害小;

⑻ 起动时间短,根据电动机容量的大小,只要5S60S;

⑼ 维护修理简单,一般技术工人都能掌握;费用低,与变频相比每台可节约几十万到几百万的费用。

但幹式移磁式軟啓動裝置也有不足之處 :櫃體比較重,有一定噪聲(但可做消音處理)。

 

图5 晶閘管式软启动装置 

3)高壓晶閘管軟起動裝置

晶閘管軟啓動装置用控制晶闸管的导通角来调节启动电压,启动时,导通角小,启动电压低,然后逐步加大导通角,逐步提高启动电压,这样避免了启动的冲击电流。该装置采用多個可控矽串並連而成,可滿足不同的電流及電壓要求,啓動完成後,用QF真空接觸器將晶閘管裝置短接。

晶閘管調壓啓動的結構原理圖可參看圖5,其調壓啓動的波形圖可參看圖6。

图6 晶閘管軟啓動调压波形图晶閘管軟啓動的特点:(1) 是固態而非液態所以安全性能高;(2) 具有調節快速性好,采用閉環控制,控制方式菜單化;(3) 菜單豐富,啓動重複性好,保護周全,與高壓液態水阻軟起動相比較,是更新換代産品。

晶閘管軟啓動的缺点:(1) 每個橋臂上有34個晶閘管串聯,同步觸發是關鍵技術,解決不好就會造成控制失敗;(2) 晶閘管耐壓的均勻性要求很高;(3) 諧波比較大,需要有諧波治理的裝置配合,才能滿足諧波數值不超過國家4%的要求;(4) 電子元件衆多,可靠性低,故障點多,難維護,要求維護水平高,對操作人員的要求比較高。 

晶閘管可以實現軟停止,但是,由于是采用降壓啓動的辦法,所以無法實現重載啓動的功能。

 

 

4)磁閥式軟起動

图7 磁閥式軟啓動装置磁閥式軟起動的工作原理和串電感調壓的工作原理是完全一致的。在特制的鐵芯上,繞組抽頭接入晶閘管,控制晶閘管産生直流磁化電流,從而改變鐵芯的導磁率,也就改變了鐵芯的電感,這樣降壓來啓動電動機。 

磁控軟啓動的特點是

⑴ 采用磁阀结构,电抗值调整穩定;

⑵ 自耦励磁独特设计,無需外加直流励磁电源;

⑶ 电抗器本体采用敞开式干式结构,H级绝缘,散热好,起动工作次数不限;

⑷ 控制系统采用PLC和触摸屏人机对话系统,可靠性高;

⑸ 环保無漏磁,结构紧凑,安装方便。

磁控軟起動的缺點:(1) 鐵芯是變截面的,制造比較困難,調整範圍小(0.5-1倍可調);(2) 磁控軟啓動不能提供重載啓動的功能;(3) 磁控軟起動的電抗器飽和會引起非線性,産生高次諧波;(4) 磁控軟起動裝置需要相對功率較大的輔助電源,噪聲較大,並無法做消音處理。

 

图8 国际凯时APP首页登录软启动装置6)国际凯时APP首页登录软启动

国际凯时APP首页登录可以同时改变供电电压和频率,從而改变电机的同步转速,实现软启动。在启动过程中,通过电压调节和变频,逐步提高同步转速,实现良好的静态、动态启动性能。

變頻軟啓動的启动电流小,可限制在1.5倍的電動機額定電流以下,同時啓動轉矩大,可達到電機額定轉矩的1.5倍,在此范围内可以任意调节,实现恒转矩启动。變頻軟啓動的很重要的优势在于,电压和频率都能连续地從零开始调节,同时做到無过流。

变频软起动在理论上是非常理想的,它不产生过电流,起动转矩大,起动性能好。但是在當前的技术水平下,国际凯时APP首页登录制造技术尚不是很完善,自身损耗大、可靠性低、谐波含量大,尤其是谐波问题,应该引起国际凯时APP首页登录足够的重视。变频装置在连接点处产生的总谐波畸变率大约在8%20%,這遠遠高于國家標准的4%要求,所以应该选择有谐波治理功能的国际凯时APP首页登录,或者另加谐波治理装置。

變頻軟啓動的缺点:(1) 器件損耗大,故障率較高,需要經常維修;(2) 高次諧波輸出大;另外可靠性問題、維護修理問題、價格問題等等都是需要考慮的。3)也有噪音(無法做消音處理)

另外,高壓大型變頻裝置國內目前尚不能制造,完全依賴進口,技術複雜、資料不全給維護修理造成了非常大的困難,一旦出現故障只有請外國專家前來修理,費用高、時間長、後續的維修費用是相當高的。

 

3、各種軟啓動的性能比較

各種軟啓動方式的性能比較,如表1所示。

1 各種軟啓動裝置方式的性能比較

 

水阻式

幹式移磁式

晶閘管式

磁閥式

国际凯时APP首页登录式

連續啓動

不能

可以

可以

可以

可以

啓動損耗

較小

高次諧波

較大

較小

大,可消除

軟停止

不能

較易

較易

重複性

較差

穩定

穩定

穩定

穩定

使用壽命

維護量

很小

較大

較大

較大

維護難易

一般

很難

一般

很難

一拖多

不行

可以

可以

可以

可以

重載啓動

不行

可以較重載

不行

不行

可以重載

價格

 

4、高壓軟起動選型的探討

在軟啓動中,大部分負載都是輕載啓動的,上面提到的各種軟啓動裝置都沒有問題,能夠達到減少啓動電流,降低對電網的沖擊,平穩啓動電動機的目的。可以根據工程的具體情況,按表1的各种性能、参数合理选择。在选择软启动设备的过程中,应该考虑二个问题,一个是軟停止问题,另外一个是重載啓動问题。

有一些設備要求有軟停功能,软停功能提供一个递减的输出电压,慢慢停机的功能。在停机过程中减小输出转矩,这和电力刹车是完全不同的两个概念。在货物传送过程中,突然停车,会引起货物的碰撞或倒塌,如果使用软停功能则可以使停车过程变缓,從而避免此类生产故障发生。对于吊车、吊桥、运货车采用软停后可以防止运行过程中的不穩定以及突然停止所产生的不穩定及故障。

还有一个值得考虑的问题是重載啓動问题。有许多负载是重載啓動的,如:球磨机、矿山皮带运输机、大型闸门起吊等等。上述的各种软启动装置,除了国际凯时APP首页登录外,都是采用降压原理来减少冲击电流的。根据电动机拖动原理可知,电动机的转矩是和加在电动机上的电压平方成正比的,而和电源的频率成反比。因此,凡是采用降压原理做软启动的,都不能满足重載啓動的要求。

當前重載啓動性能最好的軟啓動裝置只有国际凯时APP首页登录软启动装置。国际凯时APP首页登录的工作原理可知,国际凯时APP首页登录软启动装置之所以能够适用于重载起动,是由于它在減小起動電壓的同時也降低了起動頻率電壓和頻率的同步連續變化可以使氣隙磁通基本保持恒定,從而保证了起动转矩。但是,国际凯时APP首页登录最大的作用是用来调速的,如果不需要调速,只是做软启动,由于其昂贵的價格,就得不偿失了。

目前,也有在研制用改进型晶閘管軟啓動装置,这种装置也是可以调频调压的,可以满足重載啓動的要求,但價格比国际凯时APP首页登录要便宜多了。

水阻式软启动的装置價格相对比较便宜,对中小型不经常启动的电机使用该装置还是可以的,但不能用于重載啓動,也没有軟停止的功能,要加强维护以免发生事故,对于大型电机和经常启停的电机,使用该装置是有很大风险的,应该慎用。

干式移磁無级调压式软启动装置是一种相当不错的设备,大中小各种容量的电动机都适用,结构简单,全部器件只安装在一个柜体里面,使用、维护方便,还有軟停止的功能,只要不是特重載啓動的场合,均可采用。

磁閥式軟啓動装置和开关变压器式的情况雷同,虽然都采用了晶闸管控制,但是晶闸管都是在低压下工作,是成熟的技术,但是用在重載啓動仍是不宜的,也产生谐波。

晶閘管式软启动装置有很好的软启动性能,只是晶闸管在高压下工作,并且每相还需要3~4只晶闸管串联,需要有良好的均压技术和同步触发技术,维护水平要求高,启动时产生谐波较多,需要增加治理谐波的设备,也不能用在重載啓動的场合。

国际凯时APP首页登录式软启动装置具有最优良的性能,可以满足一切需要软启动的场合,無论是重載啓動,或者是軟停止功能,均有最佳的表现。但是电子线路复杂,维护难度高,價格高,也需要谐波治理。最理想的情况是需要调速的场合,再兼做软启动装置,这样就物尽其用了。

 

6、結束語

本文介紹了高壓電機軟啓動技術提出的背景,集中介紹了五種高壓電機軟啓動技術方式,分析了它們的工作原理,並比較了各自的優缺點。

国外发达国家主要采用晶閘管軟啓動和變頻軟啓動,电压等级在12KV以上,容量也在5MW以上,國內的市場上液態電阻軟啓動裝置逐步被其他高壓軟啓動裝置替代设计院如果没有业主的特别要求,一般情况下不会设计高压水阻软起动装置,目前高压干式调压软起动柜因为穩定性强,免维护性能突出,一体化设计整体解決方案,已经廣泛被業主和設計院認可。

 

 

參考文獻

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