專利名稱：一種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及智能電網技術領域，具體地說更涉及ー種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)。
背景技術：
當前，隨著世界能源危機的加劇，世界各國煉鋼企業(yè)為了尋求新的節(jié)能技木，降低能源消耗，提高能源利用率，紛紛推出大容量高爐。近日，國家發(fā)改委也發(fā)文明確要求新建鋼鐵項目高爐有效容積應在IOOOm3及以上；沿海深水港地區(qū)建設鋼鐵項目，高爐有效容積要大于3000m3。而拖動這類高爐風機的電機功率通常在16000到50000KW之間甚至更大。眾所周知，普通鼠籠式電動機在空載全壓直接啟動時，啟動電流會達到額定電流 的5 7倍。近年來，隨著技術進步和新材料的應用，高壓大功率電機的啟動電流有所下降，部分廠家已經做到4-5倍。但當電動機容量相對較大時，電機啟動電流將引起電網電壓急劇下降，電壓頻率也會發(fā)生變化，這會破壞同電網其它設備的正常運行，使電網電壓發(fā)生波動，甚至引起電網解列和崩潰。以下是現(xiàn)有技術幾種常用的電機啟動方式I、直接啟動將電網容量提高至電機額定容量的4-5倍，以此滿足國家電網對電壓波動< 10%的要求。但是按照電機啟動容量設計電網容量，對高壓大功率電機來說，勢必造成極大的資源浪費，更何況多數(shù)供電企業(yè)對用戶用電容量有著嚴格的限制。由此可見，高壓大功率電機采用直接啟動方式是根本行不通的。2、高壓變頻器軟啟動用變頻器來啟動電機，其啟動性能很好，但高壓變頻器價格昂貴，另外由于變頻技術還處于發(fā)展時期，其可靠性不是很高，用戶的維修技術還跟不上，這便是這種方法尚不是應用很多的原因，一般都在進ロ設備上采用。用變頻器來啟動電機，可以做到無操作過電壓，但變頻器的輸出電壓中含有大量的高次諧波也會對電機造成傷害。3、可控硅軟啟動采用可控硅串聯(lián)技術的高壓電機軟啟動技術，對元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低。對于10000KW以上的電機，由于需要串、并很多晶閘管來滿足高電壓、大電流的要求，因此均壓問題更加難以解決。另外，在使用一段時間后，元器件的參數(shù)還會發(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，一旦元器件損壞，用戶很難修復，另外價格也很高，所以現(xiàn)階段這類裝置控制功率一般都在10000KW以下。4、水阻軟啟動水電阻式軟啟動是靠極板的移動和大電流使水汽化(極板表面)形成高電阻改變液體的電阻來控制啟動電流，而液變電阻是靠摻入雜質的多少、極板的大小及大電流使極板附近的水汽化產生的高電阻來控制啟動電流。因此，水阻軟啟動裝置受環(huán)境溫度的影響比較大，主要是由于對汽化電阻的影響較大，導致啟動電流控制不準確。另外，根據有關公式推算，水阻軟啟動裝置啟動時水電阻上消耗的功率為PK= 1.8Pn。也就是說，如果電機為10000KW，則啟動時水電阻上消耗的功率為18000KW，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(huán)境溫度影響，這便是控制精度不高的原因，有時甚至出現(xiàn)開鍋、啟動失敗等情況。由于啟動時產生很大的能量損耗，水溫迅速升高，所以不能連續(xù)啟動。因此，水阻軟啟動價格低廉，適用于啟動次數(shù)少，要求不高，且電機功率< 15000kW電機的場合。 5、開關變壓器軟啟動開關變壓器軟啟動用晶閘管并聯(lián)做為開關元件，分級短接變壓器副邊，原邊阻抗分級變化，副邊電流很大，產生高熱量。啟動電流按照階梯曲線跳躍改變，啟動過程振動大，噪音高達85db以上。由于啟動期間產生大量熱能，啟動次數(shù)受限，通常連續(xù)啟動不能超過兩次，而控制系統(tǒng)與變壓器分開放置，盡管容量可以做到50000KW，但占地面積很大，能耗聞。

實用新型內容本實用新型實施例的目的是針對上述各種電機軟啟動技術的不足，為滿足節(jié)能降耗和高壓大功率電機啟動的需要，提出ー種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，應用于高壓特大功率電機軟啟動。為了達到上述實用新型目的，本實用新型實施例提出的ー種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)是通過以下技術方案實現(xiàn)的ー種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，所述新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)包括主路斷路器、旁路斷路器，電壓測量回路、電流測量回路、電カ電子功率變換單元、高低壓隔離單元，所述系統(tǒng)還包括磁閥電抗器，與電機定子繞組串聯(lián)，包含兩個截面相等的并聯(lián)鐵心，其上分別對稱繞有兩個匝數(shù)為ル+隊/2的繞組，兩個繞組交叉連接后串聯(lián)于電機定子繞組；鐵心柱上下各有匝數(shù)比為8 = N2/X+N2的抽頭，抽頭之間接有晶閘管K1和K2，通過調節(jié)晶閘管的導通角，控制勵磁繞組直流電流大小，改變磁閥的磁飽和程度，從而平滑調節(jié)電抗器的電抗值，所述兩個繞組交叉連接后連接到主電路；控制系統(tǒng)，包括一數(shù)字觸發(fā)控制単元，根據電壓、電流或功率的啟動需求驅動晶閘管來改變電抗值形成啟動電流曲線。進ー步優(yōu)選地，所述磁閥電抗器與控制系統(tǒng)放置于同一柜內。進ー步優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一觸摸屏，用來顯示所述啟動電流曲線或進行控制參數(shù)設定。進ー步優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括RS485接ロ，用來與上位機通信。進ー步優(yōu)選地，所述磁閥電抗器采用六柱一體化或者大容量単相四柱式結構及磁屏蔽結構。進ー步優(yōu)選地，所述晶閘管為低壓小功率晶閘管。進ー步優(yōu)選地，所述控制電源為5A/220V交直流電源。本實用新型實施例的磁閥式固態(tài)軟啟動通過閉環(huán)控制、全新理念的磁閥結構和極限磁飽和技術平滑地調節(jié)電抗器的阻抗，實現(xiàn)降壓啟動。與傳統(tǒng)磁控軟啟動相比，具有啟動快，運行平穩(wěn)。電抗值調節(jié)范圍大于10倍，加入電容輔助裝置之后，啟動電流可從I. 2-41e任意設定；而傳統(tǒng)的磁控啟動器，電抗值調節(jié)范圍僅I. 5倍，啟動電流> 2. 51e，不能任意調整；傳統(tǒng)磁控軟啟，啟動初期噪音水平很高，甚至超過80db。相反，磁閥式軟啟動，噪音水平很?。淮砰y式軟啟工作時，不需輔助電源，僅需提供220V/10A控制電源。而傳統(tǒng)磁控軟啟動，需要大的輔助電源(3AC380V200A以上)。與開關變壓器相比，磁閥式軟啟動用低壓晶閘管控制鐵心導磁率，平滑改變阻杭，基于磁放大原理，晶閘管個數(shù)少，不需串并聯(lián)。而開關變壓器用晶閘管做為開關元件，分級短接變壓器副邊，原邊阻抗分級變化，副邊電流很大，產生高熱量，晶閘管需并聯(lián)使用。就啟動曲線而言，磁閥式軟啟啟動電流I. 5-4倍額定電流，任意設定，平滑調節(jié)。而開關變壓器
啟動曲線為階梯曲線；就柜式結構而言，磁閥式軟啟動干式電抗器與控制系統(tǒng)放置同一柜內，結構緊湊，體積小。開關變壓器啟動采用油浸式，控制系統(tǒng)與變壓器分開放置，體積大；磁閥式軟啟動，啟動次數(shù)無限制，開關變壓器最多兩次，因此，通用性強，在容量允許的條件下，幾乎能夠用于任何場合的電機。與固態(tài)晶閘管軟啟裝置相比，由于和一次高壓連接的是磁閥式電抗器，晶閘管エ作在低電壓小電流狀態(tài)，有價格便宜，諧波含量小，故障率低等優(yōu)點，有取而代之的趨勢。

通過
以下結合附圖對其示例性實施例進行的描述，本實用新型上述特征和優(yōu)點將會變得更加清楚和容易理解。圖I為本實用新型實施例磁閥電抗器的原理示意圖；圖2為本實用新型實施例磁閥式固態(tài)軟啟動系統(tǒng)的組成示意圖；圖3為本實用新型實施例磁閥式固態(tài)軟啟動系統(tǒng)典型應用示意圖；圖4 6為本實用新型實施例磁閥式軟啟動裝置一次控制原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進ー步詳細說明。如圖I所示，為本實用新型實施例ー種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)的磁閥可控電抗器示意圖，所述新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)包括主路斷路器、旁路斷路器，電壓測量回路、電流測量回路、電カ電子功率變換單元、高低壓隔離単元，所述系統(tǒng)還包括磁閥電抗器，與電機定子繞組串聯(lián)，包含兩個截面相等的并聯(lián)鐵心，其上分別對稱繞有兩個匝數(shù)為Ni+N2/2的繞組，鉄心柱上下各有匝數(shù)比為S = N2/Ni+N2的抽頭，抽頭之間接有晶閘管K1和K2，通過調節(jié)晶閘管的導通角，產生不同的直流繞組勵磁電流來改變磁閥的磁飽和強度形成平滑電抗值，兩個繞組交叉連接后連接到主電路；控制系統(tǒng)，包括一數(shù)字觸發(fā)控制単元，根據電壓、電流或功率的啟動需求驅動晶閘管來改變電抗值形成啟動電流曲線。進ー步優(yōu)選地，所述磁閥電抗器與控制系統(tǒng)放置于同一柜內。進ー步優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一觸摸屏，用來顯示所述啟動電流曲線或進行控制參數(shù)設定。[0042]進ー步優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括RS485接ロ，用來與上位機通信。進ー步優(yōu)選地，所述磁閥電抗器采用六柱一體化或者大容量単相四柱式結構及磁屏蔽結構。進ー步優(yōu)選地，所述晶閘管為低壓小功率晶閘管。進ー步優(yōu)選地，所述勵磁電流的電源為5A/220V控制電源。首先，以單相電抗器為例，說明磁閥(magnetic valve)的概念,其原理接線如圖I所示的磁閥可控電抗器(controlled reactor)。如圖I所示，兩個截面相等的鉄心并聯(lián)，其上分別對稱繞有兩個匝數(shù)為ル+隊/2的繞組。鉄心柱上下各有匝數(shù)比為S =VNfN2的抽頭，抽頭之間接有晶閘管K1和K2，通過調節(jié)晶閘管的導通角，使控制繞組隊產生不同的直流勵磁電流，從而改變磁閥(圖中鐵心 截面積較小處)的磁飽和強度，使電抗器的磁阻變化，實現(xiàn)對電抗器電抗值的調節(jié)。不同鐵心的兩個繞組交叉連接后連接到主電路，鉄心截面積具有減小的一段，在整個容量調節(jié)范圍內，只有小面積的那一段飽和，其余段均處于未飽和線性狀態(tài)。在電源的ー個周期內，晶閘管K1. K2輪流導通，ニ極管用以續(xù)流，實現(xiàn)了全波整流的作用。通過連續(xù)平滑地改變晶閘管的導通角，可改變直流控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心的磁飽和深度，繼而實現(xiàn)連續(xù)平滑地調節(jié)電抗器的電抗值。如圖2和4所示，為本實用新型實施例磁閥式高壓固態(tài)軟啟動的系統(tǒng)示意圖，將電抗值可調的磁閥電抗器與電機定子繞組串聯(lián)，從而實現(xiàn)降壓軟啟動，其啟動流程如下電機啟動時，斷路器QF1閉合，電抗值很大，將啟動電流限制在I. 5 4倍額定電流之間，隨后，磁閥電抗器的電抗值在以數(shù)字信號處理器DSP為核心的控制下自動調節(jié)。隨著電機轉速的増加，磁閥電抗器的電抗值逐漸減小，從而保持電機電流為恒定值，實現(xiàn)恒流啟動。當電機轉速接近額定轉速，電流下降到預訂限值比如I. 5倍額定工作電流時，旁路斷路器QF2閉合，磁閥電抗器退出，電機平穩(wěn)過渡到全壓運行狀態(tài)。其中，磁閥電抗器采用了全新的磁閥結構和極限磁飽和技木在磁閥電抗器整個容量調節(jié)范圍內，非磁閥段鉄心始終工作于不飽和的線性區(qū)，磁阻相對于工作在飽和狀態(tài)的磁閥，可以忽略不計；磁閥段鐵心的磁飽和度設計接近極限值，使得產生的諧波很小(^ 3%額定電流)，大大低于晶閘管軟啟動裝置所產生的諧波。用于高壓軟啟動的磁閥電抗器本體采用真空浸潰エ藝制造，干式敞開結構，利用六柱一體化或者大容量単相四柱式結構及磁屏蔽結構設計，噪音水平低，漏磁小，并具有電壓分布均勻，散熱好，結構緊湊，機械強度高，防潮、防腐蝕，使用壽命長等優(yōu)點；其性能優(yōu)良，具備軟停車功能，電抗值調節(jié)范圍寬(最大與最小電抗值之比> 10倍)，諧波小，噪音低，可靠性高，用磁閥取代晶閘管閥組，可靠性極高，免于維護。另外，以數(shù)字信號處理器DSP為核心的控制器，通過高性能大規(guī)模集成芯片作為脈沖功率放大器來驅動晶閘管，進而控制勵磁繞組電流，啟動電流曲線可以根據需要設定為爬坡方式，恒流方式，并精確鎖定控制。另外，可實時顯示啟動曲線，具有啟動期間參數(shù)、開關エ位信息、故障記錄，通過RS485與上位機通訊等功能。人機界面友好的觸摸屏，使得操作簡便、直觀。作為本實用新型ー優(yōu)選的實施例，磁閥式固態(tài)高壓軟啟動系統(tǒng)的技術參數(shù)可設置如下[0057]額定功率1000_50000kW ;額定電壓10kV ;接線方式接于電機后端。短接方式由外置星點柜短接；限流范圍1. 5-4. Ole ;諧波含量3%額定電流；低壓控制電源-220V/10A,50Hz ;連續(xù)啟動次數(shù)無限制；啟動時間0_60秒可調；啟動壓降彡10% ;誤差范圍'く ±0. 05 ;冷卻方式自然風冷本實用新型實施例可實現(xiàn)的保護和通訊功能包括1.啟動超時保護當啟動時間超過60秒，但星點柜未合閘，磁控柜向高壓柜發(fā)故障跳閘信號并報警。2.啟動過流保護當啟動電流過大，高于設定保護值時，磁控柜向高壓柜發(fā)故障跳閘信號并報警。3.星點過流保護在沒有隔離柜的情況下，當電機正常運行后，如果星點柜中的斷路器主觸點未合好，電抗器中有電流，且超過某一值時，磁控柜向高壓柜發(fā)故障跳閘信號并報警。4.可控硅保護當外部發(fā)生短路時，流過可控硅的電流過大，可控硅支路上的快速熔斷器將會熔斷，從而保護可控硅和電抗器線圏。5、電機過流、過壓、缺相差動保護。6、每套裝置配備ー套后臺，通過RS485實現(xiàn)與上位機通訊功能。以下為磁閥式固態(tài)高壓軟啟動實現(xiàn)技術與其他軟啟動實現(xiàn)技術的比較 I、磁閥式固態(tài)聞壓軟啟動技術與晶閘管軟啟動比較
權利要求1.一種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，所述新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)包括主回路斷路器、旁路斷路器，電壓測量回路、電流測量回路、電力電子功率變換單元、高低壓隔離單元，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 磁閥電抗器，與電機定子繞組串聯(lián)，包含兩個截面相等的并聯(lián)鐵心，其上分別對稱繞有兩個匝數(shù)為Ni+N2/2的繞組，兩個繞組交叉連接后串聯(lián)于電機定子繞組；鐵心柱上下各有匝數(shù)比為8 = N2M+N2的抽頭，抽頭之間接有晶閘管KjPK2，通過調節(jié)晶閘管的導通角，控制勵磁繞組直流電流大小，改變磁閥的磁飽和程度，從而平滑調節(jié)電抗器的電抗值； 控制系統(tǒng)，包括一數(shù)字觸發(fā)控制單元，根據電壓、電流或功率的啟動需求驅動晶閘管來改變電抗值形成啟動電流曲線。
2.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述磁閥電抗器與控制系統(tǒng)放置于同一柜內。
3.如權利要求2所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一觸摸屏，用來顯示所述啟動電流曲線或進行控制參數(shù)設定。
4.如權利要求3所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括RS485接口，用來與上位機通信。
5.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述磁閥可控電抗器采用六柱一體化或者大容量單相四柱式結構及磁屏蔽結構。
6.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述晶閘管為低壓小功率晶閘管。
7.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電源為5A/220V交直流電源。
8.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字觸發(fā)控制單元為一數(shù)字處理器DSP。
9.如權利要求I所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字觸發(fā)控制單元還連接一 FPGA的外圍脈沖放大電路。
10.如權利要求I至9任意一項所述的新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，其特征在于，在磁閥電抗器整個容量調節(jié)范圍內，磁閥電抗器的非磁閥段鐵心工作于未飽和線性區(qū)，而磁閥段鐵心工作于極限磁飽和線性區(qū)。
專利摘要本實用新型公開了一種新型磁閥式高壓固態(tài)軟啟動系統(tǒng)，用于智能電網技術領域，包括磁閥電抗器，包含兩個截面相等的并聯(lián)鐵心，其上分別對稱繞有兩個匝數(shù)為N1+N2/2的繞組，兩個繞組交叉連接后串聯(lián)于電機定子繞組；鐵心柱上下各有匝數(shù)比為δ＝N2/N1+N2的抽頭，抽頭之間接有晶閘管K1和K2，通過調節(jié)晶閘管的導通角，控制勵磁繞組直流電流大小，改變磁閥的磁飽和程度，從而平滑調節(jié)電抗器的電抗值；控制系統(tǒng)，包括一數(shù)字觸發(fā)控制單元，根據電壓、電流或功率的啟動需求驅動晶閘管來改變電抗值形成啟動電流曲線。本實用新型通過磁閥式固態(tài)軟啟動以閉環(huán)控制的磁閥結構和極限磁飽和技術平滑地調節(jié)電抗器的阻抗，實現(xiàn)降壓啟動。
文檔編號H02P1/34GK202524343SQ20122015288
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者吳思柱, 李宏志, 段繼紅, 童雪燕 申請人:上海東瑞節(jié)能科技有限公司