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幾種中高壓降壓軟啟動方式的探討

發布時間:2019-04-16 08:28:37點擊量:

      著我國經濟建設的發展,高壓大容量的電力拖動設備日益增多,其中10KV(6KV)的交流拖動發展尤為迅速。高壓大中容量的交流電機運行的首要問題是啟動。目前我國的高壓電機發展較快,而與之相配套的啟動設備卻比較陳舊,傳統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又能提供足夠的轉矩,但僅僅把高壓變頻器作為啟動裝置無疑是巨大的浪費。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
  
  中高壓電機軟啟動是指在中高壓(主要指6KV、10KV)電動機啟動過程中,隨著電動機反電動勢的不斷建立,電機端電壓由某一值逐漸平滑、無級的上升至全壓,轉速由0上升到額定轉速,最后依靠旁路甩掉軟啟動控制裝置。
  
  2 較啟動的作用
  
  大功率交流電機直接啟動會產生一系列的電氣和機械問題。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繞組溫度升高加速電機絕緣老化,同時造成供電網絡電壓波動,當電壓≤0.85Un時影響其他設各的正常使用。過大的啟動轉矩產生機械沖擊,影響機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。軟啟動的優點在降壓器件可以平滑無級改變從而降低了啟動電流,減小了電網壓降,縮短了啟動時間,降低了機械沖擊。
  
  3 較啟動的分類
  
  軟啟動可分為有級和無級兩類。有級軟啟動調節是分檔的,無級軟啟動調節是連續的。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:在電動機定子回路串入一特制的可控液態電阻器。利用伺服電機改變浸泡在導電液(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,由此使電動機端電壓逐漸升高至全壓,從而實現電動機及拖動生產機械的柔性平滑軟啟動。
  優點;成本低,在軟啟動過程中不產生高次諧波,啟動過程中對電網無沖擊干擾,無諧波污染,系統功率因數高。
  缺點: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,嚴重時會迫使上一級開關跳閘。2)環境溫度對啟動性能的影響大。夏天(溫度可高達40℃)啟動電流大,有時高達5額定電流,接近直接啟動。冬天(溫度最低達-20℃)啟動困難。液阻軟啟動裝置不適舍置放在易結冰的場所。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節極板距離改變電阻,精度和靈敏度低。移動極板需要有一套伺服機構,移動速度較慢,裝置的響應速度較慢。5)必須經常維護。須定期加液體保持液位。6)安全性一般。液體易“開鍋”。連續啟動會導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的三相定子回路中,實現電動機降壓起動。起動時,電機的定子電流流過熱變電阻器從而使電阻體發熱,溫度逐步升高,電阻逐步降低,電機起動電流基本恒定的情況下,電動機端電壓逐步升高,從而使電機起動轉矩逐步增大,實現電動機的平滑起動。熱變電阻軟啟動裝置利用的是液體的負溫度特性。負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,液體的導電能力越強,電阻率越低,相反亦然。
  優點:與液體電阻軟啟動裝置相比,熱變電阻裝置沒有伺服系統結構更簡單,成本更低。
  缺點:熱變電阻軟啟動裝置除具有液體電阻軟啟動裝置的缺點外還具有以下缺點: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加熱,極易發生爆炸。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現軟停止。3)相比液體電阻軟啟動裝置,變電阻軟啟動裝置環境溫度對啟動性能的影響更加嚴重。
  
  6 晶閘管軟啟動
  
  工作原理。將反帽并聯的晶閘管串聯在感應電機定子回路,通過控制晶閘管的導通角來改變電動機端電壓的大小,實現電動機降壓軟啟動。
  特點:中高壓電機晶閘管軟啟動一般采用多組晶閘管串聯,因此需要提高晶閘管器件的耐壓等級和開關速度,改進觸發與關斷的同時性。晶閘管軟啟動本身更適合于低壓領域。
  缺點:1)諧波大,強迫抉相,產生大功率脈沖。2)均壓均流技術復雜,成本高,風險大。3)由于串并聯大量的晶閘管,所以故障點多,維修復雜,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:將飽和電抗器串聯在電動機的定子回路,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,從而完成電機平穩的啟動過程。磁控軟啟動裝置適用于中小型中壓電動機。
  優點:磁控軟啟動裝置的核心部件自然冷卻,其結構類同于干式變壓器,不存在漏油、換油等維護方面的問題。裝置響應速度快,體積小,受環境溫度影響小,啟動過程閉環控制可實現恒流啟動。
  缺點:1)會產生一定的高次諧波,控制靈敏度比較差(100~300ms),噪聲較大,電抗值調節范圍較小。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,對電網電壓的影響與電抗降壓啟動相比有過之而無不及。
  
  8 結語
  
  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缺點,在實際工程應用中可根據工程現場特點、環境溫度、空間大小及工程經濟條件等選擇適合于該工程的中高壓軟啟動方式。


本文轉自xzbu.com

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