关于中、高压电机软起动器的国产化

lilino · 发表于 2020-3-11 15:36

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随着我国经济快速增长，科学技术的日新月异，智能控制系统得到了越来越广泛的应用，也提出了更高的要求。作为重要驱动执行机构的电动机来说，它的控制方式受到广大技术人员的高度重视，既要为智能控制打下良好基础，又要降低电动机起动时对电网的冲击。所以，电动机的起动设备这个巨大的产业正在中国悄然崛起。为适应快速膨胀的市场和客户群，帮助更多的单位和个人能够快速熟悉软起动器的国产化，清晰的了解国内软起动的技术、性能、品质，这里对国内具有代表性软起动器产家：中国和平电气有限公司生产的HPMV中、高压电机软起动器进行简单的叙述。

　　一、公司简介

　　中国•和平电气有限公司创办于1991年，现为电气行业中全国性无区域公司，在上海建有生产基地：上海和平电气制造有限公司。公司内部建有和平电气科学研究所，共有员工有800人，技术工程师110人(其中高级工程师博士生35人)，厂房总占地面积为2.24万平方米，现年产值达2.2个亿。公司集科研、生产、贸易、IT业为一体，以智能软起动器、柜为龙头，低压电器等相关产业为辅助，产品有高、中、低压电器和输配电设备。公司以“高科技、高品质、优质服务”为发展方针，并全面实施ISO9000质量体系，和ISO1400环保体系管理。多年来业绩显著，为农网改造、工业技术改造，项目兴建等提供了最佳、最实用的产品。企业高新技术产品先后得到了市、省的奖励，并列入国家火炬计划。
　　
　　二、 HPMV简介

　　当今传动工程中最常用的就是三相交流感应电动机。在许多场合中，由于其起动特性，这些电动机涌直接连接电源系统。如果直接在线起动，将会产生高达电机额定电流6倍的浪涌电流。该电流会使供电系统和串联的开关设备过载。如果直接起动，也会产生较高的峰值转矩，这种冲击不但会对驱动电动机产生冲击，而且也会使用机械装置受损。例如：辅助动力传送部（V形带，齿轮）。为了降低直动电流，应使用起动辅助装置，如起动用电抗器或自耦变压器，但使用电抗器或自耦变压器起动等常规方法只能逐步降低电压，而软起动器通过平滑升高端子电压，可以实现无冲击起动。因此，可以最佳地保护电源系统以及电机。

　　HPMV中、高压软起动器是用多个可控硅串并联而成，可以满足不同的电流及电压要求，控制可控硅的触发角就可以控制输出电压的大小。当电机起动过程中，HPMV按照预先设定的起动曲线增加电机的端电压使电机平滑加速，从而减少了电机起动时对电网、电机本身、相连设备的电气及机械冲击。当电机达到正常转速后，旁路接触器接通。电机起动完毕后，HPMV软起动器继续监控电机并提供各种故障保护。在软停机时首先按照预先设定好的停机曲线平滑地降低电机的端电压直到电机停机。软停可以解决突然停机引起的水泵水锤现象及机械冲击等相关问题。

　　HPMV中、高软起动器的操作过程可以分为四过程：起动准备完成、起动过程、运行和停机过程。CPU对所有的过程都提供全面的保护。

　　A、起动准备完成：在这个过程中，控制和电源已经加到起动器上，其保护包括对SCR短路、旁路离合器、接点熔解短路。

　　其它检测保护特性：
　　 软起动器温升
　　 保险丝指示灯是否亮
　　 相序是否正确（如果选择）
　　 电源输入频率跳闸范围
　　 外部输入故障
　　B、起动过程：当软起动器得到一个起动命令时，以下保护功能开始工作：
　　 起动曲线
　　 加速时间
　　 相间平衡
　　 电路短路/加负载前检测
　　 相间漏电
　　 起动电流累计
　　 过载检测
　　 热容量检测
　　C、运行过程：当电机全电压和全速运行时，电机电流将降到FLA以下，在运行过程中以下保护功能生效：
　　 运行过载曲线
　　 缺相
　　 电流过低/失载
　　 过电流/电子定位销检测
　　D、停机过程：一旦软起动器得到停机命令，应根据不同停机方式来选择不同的保护功能，选择如下：
　　软停模式：将维持运行时所有的保护特性。在停车结束时，进入下面滑行停止保护状态。
　　滑行停机模式：电源立即从电机上断开恢复到“起动准备完成”，下面的保护功能生效：
　　 滑行减速/旋转减速计数
　　 每小时起动次数
　　 起动间隔时间
　　
　　三、工作原理

　　1、结构

　　完整的HPMV系列的软起动器是一个标准的电机起动控制器，用来保护和控制中、高压交流电机。完整的HPMV包括：隔离开关、保险丝、主真空接触器、控制变压器、控制模块、可控硅模块、高压真空旁路接触器。软起动部分仅包括：控制模块、可控硅模块、高压真空旁路接触器。

　　A、隔离开关：在起动器的输入电源部分装有一个允许电机直接带负载起动的隔离开关。这个隔离开关具有负载短路时起动和带负载停机的过载能力。其最大设计值是：5KV隔离开关使用2300-4160V的起动器，7.2KV用于6000-7200V起动器，而15KV用于10-14KV的软起动器。

　　当隔离开关合闸时无法把控制柜高压部件部分的门打开。隔离开关带有连锁装置，只有当隔离开关切断电源时才可以打开机柜的门。同样情况当机柜被打开时隔离开关也无法合闸。隔离开关上的机械连锁装置使中压电源被有效的连锁住，以保证操作安全。

　　在控制的中高压输入电源部分装有一个可视窗口，不用打开机柜门就可以观察离合开关的闸刀是处于分离或合闸状态。当隔离开关在分离状态时有一个分离的刀臂通过机械装置与地相连接（对于14KV是选项部分）。

　　B、电源保险丝：对于标准的控制器在每相输入电源中装有保险丝进行初级的电源限流。典型的6900V以下的保险丝是ANSI标准R型，而10-15KV的控制器是采用ANSI标准E型保险丝。保险丝的选择是根据电机的堵转电流和所对应的固态起动器的过载继电器。保险丝和过载保护是设计用来防止较低和中等级的故障。这可以防止过载电流超过继电器额定值，以对较高的超过继电器保护范围的故障进行有效的保护。

　　熔断器的支架上带有保险丝指示器（连线接到绝缘的离合器控制电路），当三相中有一相保险丝开路时会自动断开全部三相电源。

　　C、SCR电源器件：在每相中是用一对相同参数的SCR反相平行的安装在一组的。为了达到所有使用电网的峰值电压要求。对SCR进行串联，其串联数如①400A，电压3300V串联SCR对数2对， SCR总数12，②600A，电压6000V串联SCR对数6对， SCR总数36

　　D、RC吸收网络：RC吸收网络提供瞬间电压保护电路，以减少dv/dt冲击电压。防止SCR模块的损坏。
　　E、触发电路：SCR是用一个持续的脉冲触发电路，这个电路是采用光纤和脉冲变压器进行隔离。
　　F、主真空接触器：主真空接触器是用来切断主电源和SCR回路的，其电压比率是：5KV用于2300—4160V，7.2KV用于6000—7200V，15KV用于10—15KV的软起动器。

　　应用于顺序控制下的接触器。在正常使用条件下保证其起动次数能够达到设计时非负载状态下的使用寿命。主真空接触器是设计在最大起动比率，旁路接触器是设计在紧急起动的比率。10-15KV 600A的起动器采用真空拉出式的接触器，其容量为15KV 600A。这个控制装置有两个指示灯、三个电流计时器、电流过流继电器，并且有一个电容型器件。旁路接触器装置也有两个指示灯和一个电容跳闸元件。
　　
　　2、电子控制系统

　　HPMV系列电子控制电路分为低压、中高压两部分，并隔离成两个独立的部分。低压电子部分包括控制最界面和接口，CPU和主电源板是安装在低压控制室中。

　　A、CPU主控板：CPU板上装有微处理器和通讯处理器，CPU决定各种操作功能，根据用户的设定程序和检测反馈信号来进行控制，CPU主板上装有EPROM、EEPROM和DRAM寄存器，以及模拟和数字接口。

　　B、主电源板：也称为主触发板，它包括数字输入输出继电器和接口，并连接到TCB板上，它控制旁路隔离接触器的动作顺序和SCR的触发，这个板子上产生全部触发信号和接收来自光纤隔离的反馈信号，把模拟信号转换为CPU的数字信号，这些触发脉冲也是利用光纤对中高压环境进行隔离。

　　C、电压、电子控制部分：中高压主电源应在TCB、触发驱动器和TEMP/CT控制板工作之前断开。

　　D、TCB（Terminal and Control Board）终端控制板是用户的接线板，为了满足UL安全标准，它位于中压部分，但是并没有实际和中压部分联结，只是和接触器的控制线圈有连接，这个板子上包括用户接线端子排、输出继电器（全部相同）输入和控制电源接线、并且包括时间继电器用于功率因数调整继电器和其它外部元件。

　　E、触发驱动板：位于SCR模块组件上面，这些板子和主电源板通过光纤进行通讯联系，通过脉冲变压器把触发脉冲信号进行放大来触发SCR，在每个SCR模块中每一对SCR使用一个触发驱动电路板。

　　F、TEMP/CT：温度控制板和电流互感器板子是装在SCR模块组件上，通过光纤把散热器温度和电流信号送到主电源板。
　　
　　3、原理

　　HPMV的控制核心是微处理器CPU。这个微处理控制系统可以对电机进行起动和保护。CPU对SCR进行相角触发控制以降低加在电机上的电压，然后通过慢慢的控制加在电机上的电压和电流平滑的增加电机转矩，直到电机加速到全速运行。这种起动方式可以降低电机的起动冲击电流，减少对电网和电机自身的冲击。同时也减少了对联在电机上机械负载装置的机械冲击，以延长设备的使用寿命，减少故障和停机检修时间。

　　A、加速模式：HPMV提供了几种加速模式，你可以根据感应电机的负载情况选择最合适的起动曲线。

　　出厂设置为具有限流功能的电压斜坡，也是最可靠的起动模式，可以满足大多数应用场合。初始转矩设定为电机刚好能带动负载转动时的值，然后电压逐渐的平滑上升，在限定的斜坡时间和电机起动电流范围内，使电机平滑到全速运转。下面三种起动状态的分析：

　　a、如果电机在软起斜坡结束前达到全速运行，自动反震荡电路将会自动的把全压加到电机上而使斜坡时间不再起作用。可以防止任何的浪涌电流或电机转矩的脉动。这种情况通常可能会发生在负载没有加在电机上而电机工作在减压和低转矩的电机起动过程中。

　　b、如果电机在斜坡时间结束前，没有达到全速运行，电流限流设定将会按比率的控制最大输出转矩, HPMV的反馈传感器会自动的防止电机过载失速或超过加速设定时间的故障发生。

　　c、限流功能对于电机从电网或发电机中吸取一定数量的电流提供了有效的手段和控制方式，当电机起动转矩达到限定的起动电流值所对应的转矩后，就会自动的保持这个转矩和电流运行，电流限流值不受设定斜坡时间的影响，直到电机达到全速运行为止。当电机达到全速运行后，电机电流降到正常全速运行的电流值，HPMVK中、高压软起动器有一个全速运行状态输出继电器，从而使旁路高压真空接触器闭合，使电机电流经旁路接触器，从而防止SCR导通所产生的压降引起的热损耗，提高了工作效率及可靠性。MPMV是工作在全压状态下，正如其它起动器一样，在电机软起动后，电网电压直接加到电机上，但是优于其它起动方式之处在于HPMV具有全电子保护功能，它的灵敏度和对故障保护反映速度是用毫秒来计算，这是常规的电机起动和保护器无法比拟的。
　　
　　B、HPMV中、高压软起动器的其它起动方式：

　　电流斜坡：使用电流闭环反馈可以进行PID调节，使输出转矩线性增加到最大值。
　　恒流控制：起动时，电流快速增加到限定值，一直到电机全速运行。
　　用户自定义曲线：用户可以自定义一个转矩与时间的起动曲线。当电机起动时可以完全按照你所定义的曲线加速。
　　速度反馈斜坡控制：用一个来自电机或负载的速度信号作为反馈量对电机进行闭环斜坡软停。（选项）
　　减速模式：HPMV提供软停机功能，当停止信号发出时，同时给电机加一个逐渐减小的电压使电机平滑停机，这和电力刹车不同，实际上软停车会增加电机的停车时间。这个功能适用于水泵停机控制，以减小水锤现象和对机械结构的损坏及冲击。
　　
　　
　　4、触发电路

　　可控硅触发电路是系统稳定可靠的关键部分，HPMV触发电路包括几个独特的优点，具有抗噪声干扰，可以工作在恶劣的工作环境和长久的使用寿命，他不受现场安装时线路阻抗、短路容量、或开关的快速通断而产生影响，这些特性包括：

　　A、自动同步的触发脉冲以保证每相的导通角的触发点相同从而不产生误触发，这特性适合那些小型工厂自备的发电机设备，MVC PLUS系列可以放心的使用于波动较大且不稳定的电源。

　　B、稳定可靠的触发脉冲信号可以在270度的导通角范围内可靠的使可控硅导通并且不受噪声信号的影响，以保证不产生误触发。

　　C、闭环触发控制方式是根据输出电流和电压反馈进行平滑的软起动，以防止由于起动时相间的不平衡而引起电机过热。

　　D、触发信号用脉冲变压器隔离特殊设计的三相120V低压控制电源变压器以确保检测、触发板和来自于输入中压电源的噪声和干扰进行隔离，使用具有高绝缘特性的28VAC电源供给脉冲触发电路，一个独立的控制电源变压器经磁隔离后用于所有的低压电路和CPU。

　　E、光导纤维隔离用于中压电源和全部低压系统之间，在通过CT隔离的信号再通过光导纤维隔离以达到最大限度的隔离和确保安全。,

winushej · 发表于 2020-3-11 16:57

为了降低直动电流，应使用起动辅助装置，如起动用电抗器或自耦变压器，但使用电抗器或自耦变压器起动等常规方法只能逐步降低电压，而软起动器通过平滑升高端子电压，可以实现无冲击起动。

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