專利名稱：超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力拖動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)軟起動(dòng)領(lǐng)域，尤其是涉及到一種超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，超大功率高壓電機(jī)(20000kff/10kV及以上)在冶金、石化、電力、建材、煤礦、水利、機(jī)械制造與加工、交通等行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、工業(yè)窯磨、 起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等高壓電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備中廣泛應(yīng)用。高壓電機(jī)直接全壓起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和傳動(dòng)設(shè)備均會(huì)造成極大的危害，會(huì)使電網(wǎng)失去穩(wěn)定、諧波電流會(huì)使網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能性增加；對(duì)電機(jī)產(chǎn)生大的沖擊力、 大量的熱和操作過(guò)電壓，會(huì)破壞電機(jī)繞組絕緣、引起電機(jī)故障，縮短電機(jī)壽命；對(duì)于齒輪傳動(dòng)設(shè)備，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)備加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶，對(duì)于泵類負(fù)荷形成“水錘”效應(yīng)，會(huì)破壞管道。因此，亟需解決高壓電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)無(wú)法解決的疑難與危害問(wèn)題，為高壓電機(jī)軟起動(dòng)尋求新的途徑和方法，研究電機(jī)軟起動(dòng)新理論、掌握核心技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)，研制出替代國(guó)外進(jìn)口高壓軟起動(dòng)裝置并產(chǎn)業(yè)化，培養(yǎng)出電機(jī)軟起動(dòng)行業(yè)技術(shù)、管理人才，推動(dòng)電機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。采用自耦變壓器與磁控電抗器的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置正是在這一背景下誕生的，它有著強(qiáng)大的生命力。采用串電抗器或自耦變壓器降壓起動(dòng)，是一種可供選擇的電機(jī)起動(dòng)方案。但問(wèn)題是，由于抽頭固定，其起動(dòng)參數(shù)不可調(diào)，無(wú)法取得滿意的起動(dòng)效果。例如(1)對(duì)于可能存在的系統(tǒng)擴(kuò)容會(huì)增加間接成本；(2)受技術(shù)性能制約，會(huì)造成起動(dòng)時(shí)的一次起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊和起動(dòng)結(jié)束達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩時(shí)的二次轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，造成可能對(duì)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)和拖動(dòng)設(shè)備造成損壞。 因此，它們串電抗器或自耦變壓器降壓起動(dòng)不適合大功率交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。串電抗器或串自耦變壓器起動(dòng)，由于抽頭固定，一次起動(dòng)不成功，只能更換抽頭， 屬于有級(jí)降壓起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩會(huì)有二次突變，會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊和轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，對(duì)機(jī)械及電動(dòng)機(jī)仍會(huì)有損傷，相對(duì)直接起動(dòng)只是程度有所降低，對(duì)電網(wǎng)的存在影響。在操作過(guò)電壓方面，由于初始電壓為0. 7UN左右，操作過(guò)電壓的幾率也隨之降低一些，但由于高頻振蕩疊加的隨機(jī)性，操作過(guò)電壓的幅值并不會(huì)降低。目前國(guó)內(nèi)有相關(guān)的軟起動(dòng)產(chǎn)品，如西普公司的STR、先導(dǎo)倍爾公司的RQD-D7等系列高壓固態(tài)軟起動(dòng)器等，實(shí)現(xiàn)的功能有電壓斜坡起動(dòng)、恒電流起動(dòng)、軟停車、過(guò)電流、三相不平衡、過(guò)熱、缺相保護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、軟起動(dòng)參數(shù)設(shè)置。也有相關(guān)的專利，如低壓電動(dòng)機(jī)智能軟起動(dòng)補(bǔ)償控制裝置(ZL200720073919.9)、中高壓磁控軟起動(dòng)控制器 (CN200920229165. 0)等。但大部分軟起動(dòng)器僅適用于低壓電機(jī)起動(dòng)，而高壓軟起動(dòng)器一般采用在主回路直接串聯(lián)晶閘管的方案，對(duì)晶閘管的耐壓要求高限制了其適用范圍，也有采用磁飽和電抗器或高漏抗變壓器結(jié)構(gòu)的。本申請(qǐng)者先前發(fā)明了“一種電機(jī)的軟起動(dòng)裝置(ZL200620096602. 2)”，屬高漏抗變壓器(可變電抗器)結(jié)構(gòu)磁控式軟起動(dòng)裝置，該裝置是將高漏抗變壓器一次線圈串接在電機(jī)主回路中，通過(guò)晶間管控制高漏抗變壓器二次線圈的阻抗，來(lái)調(diào)節(jié)高漏抗變壓器一次線圈的阻抗，從而調(diào)節(jié)高漏抗變壓器一次線圈的分壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng)電流的目的。這種方案不受晶閘管耐壓能力和電流大小的限制，增加了軟起動(dòng)裝置的適用范圍，降低了成本。但是在多年的運(yùn)行實(shí)踐中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該軟起動(dòng)裝置在高壓大容量電機(jī)的軟起動(dòng)中，由于高漏抗變壓器(可變電抗器)一次線圈分壓60 % 70 %的電網(wǎng)電壓，相應(yīng)的二次線圈電壓也較高，這對(duì)于二次線圈中所接晶閘管的耐壓要求也較高，為了降低二次線圈所接晶閘管的耐壓要求，使其適合于超大功率高壓電機(jī)軟起動(dòng)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有必要對(duì)原來(lái)的磁控式軟起動(dòng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的改變。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)超大功率高壓大容量電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和傳動(dòng)設(shè)備的危害及影響，克服自耦降壓軟起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的二次沖擊，進(jìn)一步降低磁控軟起動(dòng)對(duì)磁控電抗變換器二次線圈所接晶間管的耐壓要求，提供一種能降低電機(jī)起動(dòng)電流和對(duì)電網(wǎng)沖擊的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是設(shè)有自耦降壓軟起動(dòng)電路，該電路中，斷路器、電壓和電流傳感器、接觸器KM1、自耦變壓器、接觸器KM2依次串聯(lián)，自耦變壓器、補(bǔ)償電容器C與電機(jī)并聯(lián)，接觸器KM5與補(bǔ)償電容器C串聯(lián)；設(shè)有磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路， 該電路中，斷路器、電壓和電流傳感器、接觸器KM1、磁控電抗轉(zhuǎn)換器的一次線圈與電機(jī)依次串聯(lián)，電機(jī)與補(bǔ)償電容器C并聯(lián)；設(shè)有磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路，其由依次電連接的電壓和電流傳感器、控制器、晶間管式阻抗變換器。所述磁控電抗轉(zhuǎn)換器與接觸器KM1、晶閘管式阻抗變換器和控制器構(gòu)成磁控電抗
ο 所述的磁控電抗轉(zhuǎn)換器為繞制在鐵芯上，并且具有一次和二次線圈的結(jié)構(gòu)。所述的磁控電抗轉(zhuǎn)換器的一次線圈與自耦變壓器的部分線圈構(gòu)成自耦變壓器。在所述的磁控電抗轉(zhuǎn)換器的二次線圈和晶閘管式阻抗變換器之間安裝斷路器 KM4。所述的晶閘管式阻抗變換器分為單相和三相，每一相由反并聯(lián)的晶閘管組成，晶閘管工作在相控方式，通過(guò)改變晶閘管輸出阻抗完成阻抗變換。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比主要有以下的有益效果其一.通過(guò)控制自耦變壓器與磁控電抗器，既避免了自耦降壓對(duì)電網(wǎng)的二次沖擊，又實(shí)現(xiàn)了磁控調(diào)壓對(duì)電機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)；其二 .電機(jī)在自耦降壓與磁控調(diào)壓軟起動(dòng)過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、降低電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；其三.具有自耦降壓軟起動(dòng)與磁控調(diào)壓軟起動(dòng)的雙重特性，從而適合中大功率或 20000kW/10kV及以上超大功率高壓電機(jī)的軟起動(dòng)。

圖1是本實(shí)用新型超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是自耦降壓起動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是具有自耦變壓器和磁控電抗器的雙重性電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是磁控電抗器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1.電網(wǎng)；2.斷路器；3.電壓和電流傳感器；4.自耦變壓器；5.磁控電抗轉(zhuǎn)換器；6.晶閘管式阻抗變換器；7.控制器；8.電機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型提供的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，具有自耦降壓軟起動(dòng)與磁控調(diào)壓軟起動(dòng)的雙重特性，通過(guò)協(xié)調(diào)控制自耦變壓器與磁控電抗器，既可避免自耦降壓軟起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的二次沖擊，又可平滑起動(dòng)電機(jī)，電容器C補(bǔ)償電機(jī)起動(dòng)無(wú)功，提高功率因數(shù)。該裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)有自耦降壓起動(dòng)電路、磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路和磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路。所述自耦降壓起動(dòng)電路，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，設(shè)有斷路器2、電壓和電流傳感器3、 接觸器(KM1)、自耦變壓器4、接觸器(KM2)依次串聯(lián)，自耦變壓器4、補(bǔ)償電容器C與電機(jī)8 并聯(lián)；接觸器(KM5)與電容器C串聯(lián)，它們構(gòu)成自耦降壓起動(dòng)電路。上述自耦變壓器4，其部分線圈與磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的一次線圈構(gòu)成自耦變壓器 (圖4)。磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的一次線圈既是磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的組成部分，又是自耦變壓器 4的組成部分，具有自耦變壓器和磁控電抗器的雙重性。電機(jī)8通過(guò)自耦變壓器4給電機(jī)8 分壓，其分壓電壓值為70%左右。上述磁控電抗轉(zhuǎn)換器5為繞制在鐵芯上并且具有一次和二次線圈(單繞組或多繞組)結(jié)構(gòu)的電抗轉(zhuǎn)換器，參見(jiàn)圖5，磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的一次線圈與電機(jī)8串聯(lián)，二次線圈通過(guò)斷路器KM4與晶閘管式阻抗變換器6并聯(lián)。在圖5中，磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的二次線圈與接觸器(KM1)、晶閘管式阻抗變換器6 以及控制器7構(gòu)成磁控電抗器。在磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的二次線圈和晶閘管式阻抗變換器6 之間安裝斷路器KM4，以便自耦降壓與磁控調(diào)壓特征的切換。所述磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，設(shè)有斷路器2、電壓和電流傳感器 3、接觸器(KM1)、磁控電抗轉(zhuǎn)換器5的一次線圈與電機(jī)8依次串聯(lián)，電機(jī)8與補(bǔ)償電容器C 并聯(lián)，接觸器(KM5)與補(bǔ)償電容器C串聯(lián)，它們構(gòu)成磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路。所述磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，設(shè)有電壓和電流傳感器3、控制器7、晶閘管式阻抗變換器6，它們依次電連接而成磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路。所述晶閘管式阻抗變換器6由晶閘管模塊及其觸發(fā)單元組成。該晶閘管式阻抗變換器分為單相和三相，每一相由反并聯(lián)的晶閘管組成，晶閘管工作在相控方式，通過(guò)改變晶閘管輸出阻抗完成阻抗變換，參見(jiàn)圖5。所述控制器7由軟件和硬件組成，其中硬件可以是由單片機(jī)組成的專用控制器或 PLC，軟件由軟起動(dòng)智能控制算法、邏輯處理及驅(qū)動(dòng)等組成，通過(guò)協(xié)調(diào)控制自耦變壓器與磁控電抗器，既可避免自耦降壓軟起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)1的二次沖擊，又可平滑起動(dòng)電機(jī)，電容器C補(bǔ)償電機(jī)起動(dòng)無(wú)功，提高功率因數(shù)。參見(jiàn)圖5。本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下自耦降壓起動(dòng)參見(jiàn)圖2，在自耦降壓起動(dòng)時(shí)，先合斷路器2，再依次合接觸器KM2、 KM1，通過(guò)自耦變壓器給電機(jī)分壓(電機(jī)接入的分壓電壓為70%左右的供電電壓)，此時(shí)，電機(jī)開(kāi)始按自耦降壓起動(dòng)方式起動(dòng)，同時(shí)，補(bǔ)償電容器C向電機(jī)提供無(wú)功功率。磁控調(diào)壓軟起動(dòng)是在自耦降壓起動(dòng)的基礎(chǔ)上完成的。參見(jiàn)圖3，電機(jī)在自耦降壓起動(dòng)的基礎(chǔ)上，由磁控電抗器進(jìn)行磁控調(diào)壓，使電機(jī)端電壓(電機(jī)接入的分壓電壓為70%左右的供電電壓)連續(xù)增加至供電電壓，電機(jī)通過(guò)磁控調(diào)壓實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，同時(shí)，該裝置中的電容器C可以補(bǔ)償電機(jī)起動(dòng)時(shí)所需的無(wú)功，提高功率因數(shù)。電機(jī)起動(dòng)完畢，由接觸器(KM3)旁路將電機(jī)接入電源。磁控電抗變換調(diào)節(jié)電壓和電流傳感器3將電機(jī)起動(dòng)電信號(hào)接入控制器7，控制器 7根據(jù)電機(jī)參數(shù)，設(shè)定起動(dòng)電流值及相關(guān)參數(shù)與起動(dòng)流程等，進(jìn)行軟起動(dòng)控制算法計(jì)算和軟起動(dòng)邏輯判斷等協(xié)調(diào)控制，通過(guò)控制晶間管式阻抗變換器6的阻抗改變磁控電抗轉(zhuǎn)換器5 的二次線圈阻抗來(lái)改變其一次線圈阻抗，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)8磁控調(diào)壓軟起動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征在于設(shè)有自耦降壓軟起動(dòng)電路，該電路中，斷路器(2)、電壓和電流傳感器(3)、接觸器KM1、自耦變壓器(4)、接觸器 KM2依次串聯(lián)，自耦變壓器(4)、補(bǔ)償電容器C與電機(jī)并聯(lián)，接觸器KM5與補(bǔ)償電容器C串聯(lián)； 設(shè)有磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路，該電路中，斷路器(2)、電壓和電流傳感器(3)、接觸器KM1、磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5)的一次線圈與電機(jī)依次串聯(lián)，電機(jī)與補(bǔ)償電容器C并聯(lián)；設(shè)有磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路，其由依次電連接的電壓和電流傳感器(3)、控制器(7)、晶閘管式阻抗變換器 (6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征在于所述磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5 )與接觸器KMl、晶閘管式阻抗變換器(6 )和控制器(7 )構(gòu)成磁控電抗器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征在于所述的磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5)為繞制在鐵芯上，并且具有一次和二次線圈的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征是磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5)的一次線圈與自耦變壓器(4)的部分線圈構(gòu)成自耦變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征是在磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5)的二次線圈和晶閘管式阻抗變換器(6)之間安裝斷路器KM4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，其特征在于所述的晶閘管式阻抗變換器(6)分為單相和三相，每一相由反并聯(lián)的晶閘管組成，晶閘管工作在相控方式，通過(guò)改變晶間管輸出阻抗完成阻抗變換。
專利摘要本實(shí)用新型涉及超大功率高壓電機(jī)自耦磁控電抗軟起動(dòng)裝置，設(shè)有自耦降壓軟起動(dòng)電路，該電路中，斷路器(2)、電壓和電流傳感器(3)、接觸器KM1、自耦變壓器(4)、接觸器KM2依次串聯(lián)，自耦變壓器(4)、補(bǔ)償電容器與電機(jī)并聯(lián)，接觸器KM5與補(bǔ)償電容器串聯(lián)；設(shè)有磁控調(diào)壓軟起動(dòng)電路，該電路中，斷路器(2)、電壓和電流傳感器(3)、接觸器KM1、磁控電抗轉(zhuǎn)換器(5)的一次線圈與電機(jī)依次串聯(lián)，電機(jī)與補(bǔ)償電容器并聯(lián)；設(shè)有磁控電抗變換調(diào)節(jié)電路，其由依次電連接的電壓和電流傳感器(3)、控制器(7)、晶閘管式阻抗變換器(6)。本實(shí)用新型具有起動(dòng)補(bǔ)償、自耦降壓與磁控調(diào)壓軟起動(dòng)特性，適合超大功率高壓電機(jī)的軟起動(dòng)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202285382SQ20112041879
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者常雨芳, 王清, 羅愛(ài)軍, 肖純, 胡紅明, 袁佑新, 譚思云, 陳靜, 雷磊 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)