专利名称：超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力拖动系统电机软起动领域，尤其是涉及到一种超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置。
背景技术：
随着国民经济的快速发展，超大功率高压电机(20000kff/10kV及以上)在冶金、石化、电力、建材、煤矿、水利、机械制造与加工、交通等行业的风机、水泵、压缩机、工业窑磨、 起重机、皮带运输机等高压电机拖动设备中广泛应用。高压电机直接全压起动对电网、电机和传动设备均会造成极大的危害，会使电网失去稳定、谐波电流会使网损加大，系统发生谐振的可能性增加；对电机产生大的冲击力、 大量的热和操作过电压，会破坏电机绕组绝缘、引起电机故障，缩短电机寿命；对于齿轮传动设备，大的冲击力会使齿轮磨损加快甚至破碎，对于皮带传动设备加大了皮带磨损甚至拉断皮带，对于泵类负荷形成“水锤”效应，会破坏管道。因此，亟需解决高压电机直接起动时无法解决的疑难与危害问题，为高压电机软起动寻求新的途径和方法，研究电机软起动新理论、掌握核心技术及知识产权，研制出替代国外进口高压软起动装置并产业化，培养出电机软起动行业技术、管理人才，推动电机软起动产业发展。采用自耦变压器与磁控电抗器的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置正是在这一背景下诞生的，它有着强大的生命力。采用串电抗器或自耦变压器降压起动，是一种可供选择的电机起动方案。但问题是，由于抽头固定，其起动参数不可调，无法取得满意的起动效果。例如(1)对于可能存在的系统扩容会增加间接成本；(2)受技术性能制约，会造成起动时的一次起动转矩冲击和起动结束达到额定转矩时的二次转速冲击，造成可能对电网、电动机和拖动设备造成损坏。 因此，它们串电抗器或自耦变压器降压起动不适合大功率交流电动机的起动。串电抗器或串自耦变压器起动，由于抽头固定，一次起动不成功，只能更换抽头， 属于有级降压起动，起动时转矩会有二次突变，会产生较大的机械冲击和转速冲击，对机械及电动机仍会有损伤，相对直接起动只是程度有所降低，对电网的存在影响。在操作过电压方面，由于初始电压为0. 7UN左右，操作过电压的几率也随之降低一些，但由于高频振荡叠加的随机性，操作过电压的幅值并不会降低。目前国内有相关的软起动产品，如西普公司的STR、先导倍尔公司的RQD-D7等系列高压固态软起动器等，实现的功能有电压斜坡起动、恒电流起动、软停车、过电流、三相不平衡、过热、缺相保护，实时监测、软起动参数设置。也有相关的专利，如低压电动机智能软起动补偿控制装置(ZL200720073919.9)、中高压磁控软起动控制器 (CN200920229165. 0)等。但大部分软起动器仅适用于低压电机起动，而高压软起动器一般采用在主回路直接串联晶闸管的方案，对晶闸管的耐压要求高限制了其适用范围，也有采用磁饱和电抗器或高漏抗变压器结构的。本申请者先前发明了“一种电机的软起动装置(ZL200620096602. 2)”，属高漏抗变压器(可变电抗器)结构磁控式软起动装置，该装置是将高漏抗变压器一次线圈串接在电机主回路中，通过晶间管控制高漏抗变压器二次线圈的阻抗，来调节高漏抗变压器一次线圈的阻抗，从而调节高漏抗变压器一次线圈的分压，达到调节电机的起动电流的目的。这种方案不受晶闸管耐压能力和电流大小的限制，增加了软起动装置的适用范围，降低了成本。但是在多年的运行实践中，发明人发现该软起动装置在高压大容量电机的软起动中，由于高漏抗变压器(可变电抗器)一次线圈分压60 % 70 %的电网电压，相应的二次线圈电压也较高，这对于二次线圈中所接晶闸管的耐压要求也较高，为了降低二次线圈所接晶闸管的耐压要求，使其适合于超大功率高压电机软起动及产业化生产，有必要对原来的磁控式软起动装置进行结构性的改变。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对超大功率高压大容量电机起动时对电网、电机和传动设备的危害及影响，克服自耦降压软起动对电网的二次冲击，进一步降低磁控软起动对磁控电抗变换器二次线圈所接晶间管的耐压要求，提供一种能降低电机起动电流和对电网冲击的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是设有自耦降压软起动电路，该电路中，断路器、电压和电流传感器、接触器KM1、自耦变压器、接触器KM2依次串联，自耦变压器、补偿电容器C与电机并联，接触器KM5与补偿电容器C串联；设有磁控调压软起动电路， 该电路中，断路器、电压和电流传感器、接触器KM1、磁控电抗转换器的一次线圈与电机依次串联，电机与补偿电容器C并联；设有磁控电抗变换调节电路，其由依次电连接的电压和电流传感器、控制器、晶间管式阻抗变换器。所述磁控电抗转换器与接触器KM1、晶闸管式阻抗变换器和控制器构成磁控电抗
ο 所述的磁控电抗转换器为绕制在铁芯上，并且具有一次和二次线圈的结构。所述的磁控电抗转换器的一次线圈与自耦变压器的部分线圈构成自耦变压器。在所述的磁控电抗转换器的二次线圈和晶闸管式阻抗变换器之间安装断路器 KM4。所述的晶闸管式阻抗变换器分为单相和三相，每一相由反并联的晶闸管组成，晶闸管工作在相控方式，通过改变晶闸管输出阻抗完成阻抗变换。本实用新型与现有技术相比主要有以下的有益效果其一.通过控制自耦变压器与磁控电抗器，既避免了自耦降压对电网的二次冲击，又实现了磁控调压对电机的平稳起动；其二 .电机在自耦降压与磁控调压软起动过程中，可实现无功补偿、降低电机对电网的冲击；其三.具有自耦降压软起动与磁控调压软起动的双重特性，从而适合中大功率或 20000kW/10kV及以上超大功率高压电机的软起动。
图1是本实用新型超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置的电路结构示意图。图2是自耦降压起动电路结构示意图。图3是磁控调压软起动电路结构示意图。图4是具有自耦变压器和磁控电抗器的双重性电路结构示意图。图5是磁控电抗器电路结构示意图。图1中1.电网；2.断路器；3.电压和电流传感器；4.自耦变压器；5.磁控电抗转换器；6.晶闸管式阻抗变换器；7.控制器；8.电机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，具有自耦降压软起动与磁控调压软起动的双重特性，通过协调控制自耦变压器与磁控电抗器，既可避免自耦降压软起动对电网的二次冲击，又可平滑起动电机，电容器C补偿电机起动无功，提高功率因数。该装置结构如图1所示，设有自耦降压起动电路、磁控调压软起动电路和磁控电抗变换调节电路。所述自耦降压起动电路，其结构如图2所示，设有断路器2、电压和电流传感器3、 接触器(KM1)、自耦变压器4、接触器(KM2)依次串联，自耦变压器4、补偿电容器C与电机8 并联；接触器(KM5)与电容器C串联，它们构成自耦降压起动电路。上述自耦变压器4，其部分线圈与磁控电抗转换器5的一次线圈构成自耦变压器 (图4)。磁控电抗转换器5的一次线圈既是磁控电抗转换器5的组成部分，又是自耦变压器 4的组成部分，具有自耦变压器和磁控电抗器的双重性。电机8通过自耦变压器4给电机8 分压，其分压电压值为70%左右。上述磁控电抗转换器5为绕制在铁芯上并且具有一次和二次线圈(单绕组或多绕组)结构的电抗转换器，参见图5，磁控电抗转换器5的一次线圈与电机8串联，二次线圈通过断路器KM4与晶闸管式阻抗变换器6并联。在图5中，磁控电抗转换器5的二次线圈与接触器(KM1)、晶闸管式阻抗变换器6 以及控制器7构成磁控电抗器。在磁控电抗转换器5的二次线圈和晶闸管式阻抗变换器6 之间安装断路器KM4，以便自耦降压与磁控调压特征的切换。所述磁控调压软起动电路，其结构如图3所示，设有断路器2、电压和电流传感器 3、接触器(KM1)、磁控电抗转换器5的一次线圈与电机8依次串联，电机8与补偿电容器C 并联，接触器(KM5)与补偿电容器C串联，它们构成磁控调压软起动电路。所述磁控电抗变换调节电路，其结构如图4所示，设有电压和电流传感器3、控制器7、晶闸管式阻抗变换器6，它们依次电连接而成磁控电抗变换调节电路。所述晶闸管式阻抗变换器6由晶闸管模块及其触发单元组成。该晶闸管式阻抗变换器分为单相和三相，每一相由反并联的晶闸管组成，晶闸管工作在相控方式，通过改变晶闸管输出阻抗完成阻抗变换，参见图5。所述控制器7由软件和硬件组成，其中硬件可以是由单片机组成的专用控制器或 PLC，软件由软起动智能控制算法、逻辑处理及驱动等组成，通过协调控制自耦变压器与磁控电抗器，既可避免自耦降压软起动对电网1的二次冲击，又可平滑起动电机，电容器C补偿电机起动无功，提高功率因数。参见图5。本实用新型的工作过程如下自耦降压起动参见图2，在自耦降压起动时，先合断路器2，再依次合接触器KM2、 KM1，通过自耦变压器给电机分压(电机接入的分压电压为70%左右的供电电压)，此时，电机开始按自耦降压起动方式起动，同时，补偿电容器C向电机提供无功功率。磁控调压软起动是在自耦降压起动的基础上完成的。参见图3，电机在自耦降压起动的基础上，由磁控电抗器进行磁控调压，使电机端电压(电机接入的分压电压为70%左右的供电电压)连续增加至供电电压，电机通过磁控调压实现软起动，同时，该装置中的电容器C可以补偿电机起动时所需的无功，提高功率因数。电机起动完毕，由接触器(KM3)旁路将电机接入电源。磁控电抗变换调节电压和电流传感器3将电机起动电信号接入控制器7，控制器 7根据电机参数，设定起动电流值及相关参数与起动流程等，进行软起动控制算法计算和软起动逻辑判断等协调控制，通过控制晶间管式阻抗变换器6的阻抗改变磁控电抗转换器5 的二次线圈阻抗来改变其一次线圈阻抗，从而实现电机8磁控调压软起动。
权利要求1.一种超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征在于设有自耦降压软起动电路，该电路中，断路器(2)、电压和电流传感器(3)、接触器KM1、自耦变压器(4)、接触器 KM2依次串联，自耦变压器(4)、补偿电容器C与电机并联，接触器KM5与补偿电容器C串联； 设有磁控调压软起动电路，该电路中，断路器(2)、电压和电流传感器(3)、接触器KM1、磁控电抗转换器(5)的一次线圈与电机依次串联，电机与补偿电容器C并联；设有磁控电抗变换调节电路，其由依次电连接的电压和电流传感器(3)、控制器(7)、晶闸管式阻抗变换器 (6)。
2.根据权利要求1所述的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征在于所述磁控电抗转换器(5 )与接触器KMl、晶闸管式阻抗变换器(6 )和控制器(7 )构成磁控电抗器。
3.根据权利要求2所述的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征在于所述的磁控电抗转换器(5)为绕制在铁芯上，并且具有一次和二次线圈的结构。
4.根据权利要求3所述的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征是磁控电抗转换器(5)的一次线圈与自耦变压器(4)的部分线圈构成自耦变压器。
5.根据权利要求3所述的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征是在磁控电抗转换器(5)的二次线圈和晶闸管式阻抗变换器(6)之间安装断路器KM4。
6.根据权利要求1所述的超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，其特征在于所述的晶闸管式阻抗变换器(6)分为单相和三相，每一相由反并联的晶闸管组成，晶闸管工作在相控方式，通过改变晶间管输出阻抗完成阻抗变换。
专利摘要本实用新型涉及超大功率高压电机自耦磁控电抗软起动装置，设有自耦降压软起动电路，该电路中，断路器(2)、电压和电流传感器(3)、接触器KM1、自耦变压器(4)、接触器KM2依次串联，自耦变压器(4)、补偿电容器与电机并联，接触器KM5与补偿电容器串联；设有磁控调压软起动电路，该电路中，断路器(2)、电压和电流传感器(3)、接触器KM1、磁控电抗转换器(5)的一次线圈与电机依次串联，电机与补偿电容器并联；设有磁控电抗变换调节电路，其由依次电连接的电压和电流传感器(3)、控制器(7)、晶闸管式阻抗变换器(6)。本实用新型具有起动补偿、自耦降压与磁控调压软起动特性，适合超大功率高压电机的软起动。
文档编号H02J3/18GK202285382SQ20112041879
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者常雨芳, 王清, 罗爱军, 肖纯, 胡红明, 袁佑新, 谭思云, 陈静, 雷磊 申请人:武汉理工大学