摘 要：本文介紹了英威騰CHH100高壓變頻器作為大型電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)電機(jī)分別啟動(dòng)。
關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 軟啟動(dòng)裝置 同步切換
一、引言
近年來，高壓變頻調(diào)速技術(shù)已越來越多的應(yīng)用在各行各業(yè)，以達(dá)到節(jié)約電能、改善電機(jī)系統(tǒng)壽命、進(jìn)步產(chǎn)品質(zhì)量的目的高壓變頻器在全世界的應(yīng)用比低壓變頻器晚。但是高壓變頻器用作大型電機(jī)的啟動(dòng)裝置更少。
交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一直是人們關(guān)注的一個(gè)課題，尤其是高壓大容量交流電動(dòng)機(jī)隨著其用量的急劇增加，軟啟動(dòng)問題就變得更加突出。
眾所周知，普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5—7倍。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí)，該啟動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。
電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的大電流在定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機(jī)故障，大電流還會(huì)產(chǎn)生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣，減少電機(jī)壽命。
電動(dòng)機(jī)直接全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的7-8倍，對(duì)于齒輪傳動(dòng)設(shè)備來說，很大的沖擊力會(huì)使齒輪磨損加快甚至破碎；對(duì)于皮帶傳動(dòng)設(shè)備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。
對(duì)于水泵類負(fù)荷來說，電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，水流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時(shí)，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，會(huì)破壞管道。如果水泵前面的管路比較長(zhǎng)，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時(shí)，高速的水流會(huì)沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)使葉輪變形或損壞。
以上各點(diǎn)都會(huì)使設(shè)備增加停工臺(tái)時(shí)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，增加維修費(fèi)用。
3-10KV電動(dòng)機(jī)的容量都比較大，一般都在200KW以上。近些年來，許多行業(yè)的生產(chǎn)能力越來越大，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也越來越大，如在鋼鐵、化工行業(yè)，10000KW以上的電動(dòng)機(jī)的使用已越來越多，以上問題也變得越來越嚴(yán)重，人們對(duì)其關(guān)注的程度也越來越高。
二、各種啟動(dòng)/裝置方式對(duì)比
序號(hào) |
類型 |
特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)應(yīng)用范圍 |
1 |
直接
啟動(dòng) |
導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命縮短，會(huì)在高壓開關(guān)關(guān)合時(shí)產(chǎn)生陡度很大的 操作過電壓，使定子繞阻上電壓分布不均勻，對(duì)其絕緣造成極大的傷害。許多電機(jī)的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。
小容量發(fā)電廠：每1KVA發(fā)電機(jī)容量為0.1~0.12KW
變電所：經(jīng)常啟動(dòng)時(shí)，不大于變壓器容量的20%，偶爾啟動(dòng)時(shí)，不大
于變壓器容量的30%
高壓線路：不超過電動(dòng)機(jī)連接線路上的短路容量的3%
變壓器—電動(dòng)機(jī)組：電動(dòng)機(jī)容量不大于變壓器容量的80% |
2 |
星/角
啟動(dòng) |
低壓電機(jī)才用，高壓電機(jī)不用此種方式啟動(dòng)
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3 |
電抗器
起動(dòng)器 |
啟動(dòng)電流成比例減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩則成平方關(guān)系地減小。在全壓切換時(shí)轉(zhuǎn)矩有躍變，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械沖擊。與直接全壓?jiǎn)?dòng)相比，操作過電壓的幾率會(huì)小些。但由于高頻振蕩的隨機(jī)性，大幅值的操作過電壓還是有可能出現(xiàn)的。 |
4 |
自耦變壓
器降壓
啟動(dòng) |
啟動(dòng)電流成比例減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩成比例減小。
缺點(diǎn)是在開關(guān)切換的過程中，電動(dòng)機(jī)有短時(shí)斷電的情況，這會(huì)造成大電流沖擊和轉(zhuǎn)矩突變。在電機(jī)斷電時(shí)，其定子電流消失，在轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流來維持其磁通不變，這個(gè)磁通隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，隨電流的衰減而減小，它在定子繞組中感應(yīng)出電勢(shì)。再次接通電源，如果此時(shí)感應(yīng)電勢(shì)的相位與外加電源的相位相反，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流，而轉(zhuǎn)矩也會(huì)發(fā)生一個(gè)瞬變且可能是一個(gè)負(fù)的峰值，這對(duì)電機(jī)和拖動(dòng)機(jī)械是極其不利的。 |
5 |
液阻軟起
動(dòng)器 |
液變電阻式軟啟動(dòng)裝置受環(huán)境溫度的影響比較大，主要是由于對(duì)汽化電阻的影響較大，因此啟動(dòng)電流控制不準(zhǔn)確，另外二者在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的能量損耗，使水溫迅速升高，所以對(duì)連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)是有限制的。 |
6 |
磁控軟
起動(dòng)器 |
“磁控”即飽和電抗器，它是靠改變鐵芯的磁飽和度來改變其電抗值，從而改變其與電機(jī)的分壓。僅在于它能保持電流不下降，但能不能造成起動(dòng)失敗（或起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)或切換時(shí)沖擊過大）
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7 |
可控硅串
聯(lián)軟起動(dòng)
器 |
對(duì)元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，而且篩選儀器的價(jià)格很高，這致使裝置的價(jià)格較高。另外在使用一段時(shí)間后，元器件的參數(shù)
還會(huì)發(fā)生變化，使元器件的均壓性能降低，極易造成整串元器件的損壞，使這種裝置的可靠性降低。
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8 |
開關(guān)變壓
器式啟動(dòng)
器 |
比可控硅串聯(lián)軟起動(dòng)器啟動(dòng)性能稍好，從本質(zhì)上說還是屬于相控類型。
開關(guān)變壓器軟起動(dòng)器把變壓器與晶閘管相結(jié)合，使變壓器在電路中起到一個(gè)開關(guān)的作用，利用變壓器次級(jí)短路和開路的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)變壓器的開關(guān)作用。變壓器主電路接法也不同于常規(guī)變壓器應(yīng)用電路，它把晶閘管放在開關(guān)變壓器的低壓側(cè)，高壓側(cè)繞組的末端接被控負(fù)荷(電動(dòng)機(jī))，開關(guān)變壓器是個(gè)中間控制設(shè)備。
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9 |
高壓變頻
軟起動(dòng)器 |
沖擊電流極小，諧波小，對(duì)電網(wǎng)電氣設(shè)備的影響小，不會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣造成不良影響，使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期高可靠性運(yùn)行。適合于同步電機(jī)、異步鼠籠電機(jī)、異步繞線電機(jī)。
但是啟動(dòng)完成后要切換到工頻，對(duì)變頻切換到工頻提出了要求。 |
從1）-9）的排序過程中，不難看出電機(jī)起動(dòng)方式的進(jìn)化進(jìn)程，變頻器軟起動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是明的。
三、一拖二同步無擾一次原理圖
圖1 原理圖
3.1 系統(tǒng)主要有三部分組成：
第一部分是電機(jī)1和電機(jī)2；
第二部分是無擾切換部分：KM4、L1 ；
第三部分是變頻及其旁路部分：KM1、KM2、KM3、KM5、KM6、KM7。
嚴(yán)格按照聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行：KM5與KM6、KM7與KM3，KM2、KM3、KM5相互電氣互鎖；
3.2 M1無擾切換過程
變頻運(yùn)行：QF1、KM1、KM2、KM6吸合，KM3、KM6、KM5、KM7斷開，電機(jī)M1變頻運(yùn)行。
無擾切換過程：M1變頻運(yùn)行至50HZ時(shí)，合KM4，延時(shí)斷開KM2，同時(shí)合KM5，延時(shí)斷開KM4、KM6，電機(jī)工頻運(yùn)行。M2切換過程類似。
3.3 同步無擾切換注意事項(xiàng)及優(yōu)點(diǎn)：
注意事項(xiàng)：
無擾切換前，變頻控制器在檢測(cè)電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位后，控制高壓變頻器輸出電壓同頻、同相、幅值可控的電壓，然后才能進(jìn)行軟切換。高壓變頻切換到工頻過程中，用鎖相環(huán)鎖定工頻電源的相位和頻率，控制高壓變頻器使電機(jī)在稍微高于額定電壓和頻率的狀態(tài)下，提供了更充裕的時(shí)間進(jìn)行切換，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)高壓變頻電源與工頻電源之間的軟切換。
無擾切換優(yōu)點(diǎn)：
1) 有效的降低了直接切換對(duì)電網(wǎng)的沖擊過大引起上面配電開關(guān)跳閘；
2) 減少了因?yàn)橹苯忧袚Q過大的沖擊對(duì)電機(jī)絕緣及散熱的影響；
3) 避免了因?yàn)橹苯忧袚Q引起負(fù)載負(fù)荷突然加載給管網(wǎng)還有生產(chǎn)造成影響；
4) 實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)電機(jī)的順序軟起，保護(hù)了電機(jī)。
四、結(jié)束語(yǔ)
英威騰變頻軟起改造的成功實(shí)施運(yùn)行，體現(xiàn)出了變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，更體現(xiàn)了深圳市英威騰電氣股份有限公司在高壓變頻綜合改造上的技術(shù)解決能力，也驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器性能的成熟可靠性。在大型水泵、高爐風(fēng)機(jī)等負(fù)載的啟動(dòng)方面都有潛力。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 倚鵬 《高壓大功率變頻器技術(shù)原理與應(yīng)用》人民郵電出版社 2008-02出版
關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動(dòng)、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有12家控股子公司，分駐于全國(guó)的九大研發(fā)中心，擁有各類專利390多件，主要產(chǎn)品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機(jī)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、電機(jī)和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現(xiàn)有員工1600多人，大型生產(chǎn)基地4個(gè)，營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)遍布國(guó)內(nèi)及海外60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
