幾種中高壓降壓軟啟動方式的探討
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,高壓大容量的電力拖動設(shè)備日益增多,其中10KV(6KV)的交流拖動發(fā)展尤為迅速。高壓大中容量的交流電機(jī)運(yùn)行的首要問題是啟動。目前我國的高壓電機(jī)發(fā)展較快,而與之相配套的啟動設(shè)備卻比較陳舊,傳統(tǒng)的啟動方式很難滿足啟動平滑,沖擊小的要求,而且成本也不低。目前國內(nèi)常用的中高壓軟啟動方式主要有液體電阻軟起、熱變電阻軟啟動、晶閘管軟啟動及磁控軟啟動等。高壓變頻器從啟動的角度來說既可以將啟動電流控制在額定電流以內(nèi)又能提供足夠的轉(zhuǎn)矩,但僅僅把高壓變頻器作為啟動裝置無疑是巨大的浪費(fèi)。本文中高壓軟啟動方式比較不包括高壓變頻器。
1 軟啟動的概念
中高壓電機(jī)軟啟動是指在中高壓(主要指6KV、10KV)電動機(jī)啟動過程中,隨著電動機(jī)反電動勢的不斷建立,電機(jī)端電壓由某一值逐漸平滑、無級的上升至全壓,轉(zhuǎn)速由0上升到額定轉(zhuǎn)速,最后依靠旁路甩掉軟啟動控制裝置。
2 較啟動的作用
大功率交流電機(jī)直接啟動會產(chǎn)生一系列的電氣和機(jī)械問題。直接啟動啟動電流大通常為5~7倍的額定電流。過大的電流造成電動機(jī)繞組溫度升高加速電機(jī)絕緣老化,同時造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動,當(dāng)電壓≤0.85Un時影響其他設(shè)各的正常使用。過大的啟動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊,影響機(jī)械的使用壽命及精確度等。本文所論述的軟啟動方式均屬于降壓啟動。軟啟動的優(yōu)點(diǎn)在降壓器件可以平滑無級改變從而降低了啟動電流,減小了電網(wǎng)壓降,縮短了啟動時間,降低了機(jī)械沖擊。
3 較啟動的分類
軟啟動可分為有級和無級兩類。有級軟啟動調(diào)節(jié)是分檔的,無級軟啟動調(diào)節(jié)是連續(xù)的。星/角變換啟動、自耦變壓器啟動及電抗器啟動等均屬于有級軟啟動。液體電阻軟啟動、熱變電阻軟啟動、晶閘管軟啟動及磁控軟啟動等均屬于無級軟啟動。
4 液體電阻軟啟動
工作原理:在電動機(jī)定子回路串入一特制的可控液態(tài)電阻器。利用伺服電機(jī)改變浸泡在導(dǎo)電液(一般由Na2CO3和水配制)中極板的距離,使電阻器阻值由大到小平滑無級較小,由此使電動機(jī)端電壓逐漸升高至全壓,從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)及拖動生產(chǎn)機(jī)械的柔性平滑軟啟動。
優(yōu)點(diǎn);成本低,在軟啟動過程中不產(chǎn)生高次諧波,啟動過程中對電網(wǎng)無沖擊干擾,無諧波污染,系統(tǒng)功率因數(shù)高。
缺點(diǎn):1)高壓電動反電勢建立的速率與水阻變化的速率很難一致,從而造成了啟動電流的斜率很大,嚴(yán)重時會迫使上一級開關(guān)跳閘。2)環(huán)境溫度對啟動性能的影響大。夏天(溫度可高達(dá)40℃)啟動電流大,有時高達(dá)5額定電流,接近直接啟動。冬天(溫度最低達(dá)-20℃)啟動困難。液阻軟啟動裝置不適舍置放在易結(jié)冰的場所。3)液體電阻裝置體積大。增加基建投資。4)液體電阻裝置通過調(diào)節(jié)極板距離改變電阻,精度和靈敏度低。移動極板需要有一套伺服機(jī)構(gòu),移動速度較慢,裝置的響應(yīng)速度較慢。5)必須經(jīng)常維護(hù)。須定期加液體保持液位。6)安全性一般。液體易“開鍋”。連續(xù)啟動會導(dǎo)致電解液溫度升高而外溢,直接造成高壓接地,釀成事故。
5 熱變電阻軟啟動
工作原理:將熱變電阻器串入電動機(jī)的三相定子回路中,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)降壓起動。起動時,電機(jī)的定子電流流過熱變電阻器從而使電阻體發(fā)熱,溫度逐步升高,電阻逐步降低,電機(jī)起動電流基本恒定的情況下,電動機(jī)端電壓逐步升高,從而使電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩逐步增大,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的平滑起動。熱變電阻軟啟動裝置利用的是液體的負(fù)溫度特性。負(fù)溫度特性是指溫度越高,電解度越高,釋放出的自由離子越多,液體的導(dǎo)電能力越強(qiáng),電阻率越低,相反亦然。
優(yōu)點(diǎn):與液體電阻軟啟動裝置相比,熱變電阻裝置沒有伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單,成本更低。
缺點(diǎn):熱變電阻軟啟動裝置除具有液體電阻軟啟動裝置的缺點(diǎn)外還具有以下缺點(diǎn):1)熱變電阻為了保溫必須把水箱封閉,且采用兩層水箱,層與層之間注入變壓器油隔離,液體在有限的空間內(nèi)加熱,極易發(fā)生爆炸。2)熱變電阻軟啟動啟動過程不可控制。熱變電阻軟啟動不能實(shí)現(xiàn)軟停止。3)相比液體電阻軟啟動裝置,變電阻軟啟動裝置環(huán)境溫度對啟動性能的影響更加嚴(yán)重。
6 晶閘管軟啟動
工作原理。將反帽并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)在感應(yīng)電機(jī)定子回路,通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來改變電動機(jī)端電壓的大小,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)降壓軟啟動。
特點(diǎn):中高壓電機(jī)晶閘管軟啟動一般采用多組晶閘管串聯(lián),因此需要提高晶閘管器件的耐壓等級和開關(guān)速度,改進(jìn)觸發(fā)與關(guān)斷的同時性。晶閘管軟啟動本身更適合于低壓領(lǐng)域。
缺點(diǎn):1)諧波大,強(qiáng)迫抉相,產(chǎn)生大功率脈沖。2)均壓均流技術(shù)復(fù)雜,成本高,風(fēng)險大。3)由于串并聯(lián)大量的晶閘管,所以故障點(diǎn)多,維修復(fù)雜,檢修頻繁。4)過載需加大額定電流倍率。
7 磁控軟啟動
工作原理:將飽和電抗器串聯(lián)在電動機(jī)的定子回路,通過直流勵磁平滑改變電抗器的電抗值,使電抗器兩端電壓由大到小平滑改變,從而完成電機(jī)平穩(wěn)的啟動過程。磁控軟啟動裝置適用于中小型中壓電動機(jī)。
優(yōu)點(diǎn):磁控軟啟動裝置的核心部件自然冷卻,其結(jié)構(gòu)類同于干式變壓器,不存在漏油、換油等維護(hù)方面的問題。裝置響應(yīng)速度快,體積小,受環(huán)境溫度影響小,啟動過程閉環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)恒流啟動。
缺點(diǎn):1)會產(chǎn)生一定的高次諧波,控制靈敏度比較差(100~300ms),噪聲較大,電抗值調(diào)節(jié)范圍較小。2)周圍存在一定的漏磁,可能會對附近的繼電保護(hù)裝置和其它電子裝置造成干擾。3)裝置性能與電抗降壓起動相當(dāng),對電網(wǎng)電壓的影響與電抗降壓啟動相比有過之而無不及。
8 結(jié)語
液體電阻軟超、熱變電阻軟啟動、晶閘管軟啟動及磁控軟啟動等幾種中高壓降壓動方式各有自己的優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際工程應(yīng)用中可根據(jù)工程現(xiàn)場特點(diǎn)、環(huán)境溫度、空間大小及工程經(jīng)濟(jì)條件等選擇適合于該工程的中高壓軟啟動方式。
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