高壓電動機軟起動技術(shù)課件

1、中高壓電動機軟啟動裝置哈爾濱九洲電氣股份有限公司第一部分：高壓軟啟動的基本原理 通過增加附加裝置，減小對電機本身和電網(wǎng)的應(yīng)力沖擊，使電動機在從零升速至額定轉(zhuǎn)速的起動過程更加平穩(wěn)，這個過程叫電機軟起動， 這種附加裝置叫電機軟起動器（我們這里的電機均指交流電機）。軟起動是相對直接起動而言的。 什么樣的電機可以直接起動？從某種角度來說，如果忽略直接起動對電機和負(fù)載的影響，只要電網(wǎng)容量足夠大，任何電機都可以直接起動。那么為什么還要用軟起動器？1、什么是交流電機軟起動1、電網(wǎng)容量是有限的。當(dāng)電動機直接起動時，起動電流為正常工作電流的57倍，此電流作用在有限容量電網(wǎng)的阻抗上就會產(chǎn)生壓降，電網(wǎng)電壓降低到一定

2、程度就會影響電網(wǎng)上其它設(shè)備的正常工作，要解決此問題，一個辦法是加大電網(wǎng)容量，但電網(wǎng)容量的加大不僅需要增加變壓器容量，線路容量致使費用大大提高，在起動結(jié)束，電機正常運行時，電網(wǎng)的容量得不到充分的利用，同時加大的變壓器的空載損耗也大大增加了，白白的浪費了很多電能。所以，改造項目需要對電機擴容，而原設(shè)計電網(wǎng)容量無法改變時?；蛐马椖靠紤]到增加電網(wǎng)容量的成本，都要考慮用軟起動器。、電動機為什么需要軟起動2、過大的啟動電流和過小的啟動轉(zhuǎn)矩造成的危害無法忽略 普通異步電動機啟動電流達(dá)到額定電流的5-7倍，而啟動轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.4-1.6倍。它在電網(wǎng)條件（電機啟動時的電網(wǎng)壓降小于10%）和工藝條件（啟動

3、轉(zhuǎn)矩滿足）允許的情況下，可以直接啟動。但過大的啟動電流給電機和電網(wǎng)造成了極大的危害。當(dāng)電機啟動電流達(dá)到額定電流的6-7倍時，線圈發(fā)熱量是電機在正常運行時的36-49倍，產(chǎn)生的電磁力同樣達(dá)到了36-49倍。過高的溫度、過快的加熱速度、過大的溫度梯度和電磁力，產(chǎn)生了極大的破壞力，縮短了定子線圈和轉(zhuǎn)子銅條（特別是轉(zhuǎn)子常利用趨膚效應(yīng)現(xiàn)象，降低啟動電流，轉(zhuǎn)子銅條在啟動時，表面的溫度達(dá)到350以上）的使用壽命。所以，從保護(hù)電機的角度也應(yīng)當(dāng)使用軟起動器。按照工作頻率是否恒定，軟起動裝置可分為變頻軟起動和限流（降壓）軟起動 。按照電機工作的電壓等級，軟起動裝置可分為低壓軟起動和中（高）壓軟起動 ，即6KV與1

4、0KV軟起動器。3、電機軟起動裝置的分類變頻軟起動是最為理想的軟起動器，它是所有軟起動器中唯一可以在額定電流內(nèi)成功起動的軟起動器。價格是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。人們購置變頻調(diào)速裝置一般都是著眼于調(diào)速,只有在對起動電流有嚴(yán)格要求的場合才有可能應(yīng)用。3.1變頻軟起動 a、起動電流一定大于電機額定工作電流。降壓軟起動電流是電機額定電流的24倍（電流太小可能克服不了阻轉(zhuǎn)矩）。在引起電網(wǎng)壓降方面，軟起動雖然比硬起動好，但對電網(wǎng)還是有沖擊的。所需要的電流倍數(shù)僅僅與電機參數(shù)以及負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩有關(guān)，與降壓軟起動裝置類型無關(guān)。b、適合空載或輕載的鼠籠電機起動。由于起動轉(zhuǎn)矩與電流平方成正比，降壓軟起動在降低電流的同

5、時也付出了起動轉(zhuǎn)矩減小的代價，所以此類軟起動適合與風(fēng)機、水泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其他類負(fù)載要看是否輕載起動，如球磨機，如帶離合器在起動完成后再加載的就屬于輕載起動，可以應(yīng)用。一般來說，線繞電機的負(fù)載多為重載，不適合做降壓軟起動。4、電機降壓軟起動的特點c、起動性性能受多方面參數(shù)影響如：電動機容量、電網(wǎng)容量、電網(wǎng)允許壓降、飛輪慣量、負(fù)載慣量折算等等。在項目前期進(jìn)行的起動性能計算（仿真計算）比變頻軟起動復(fù)雜得多。諸多參數(shù)只要有一項不準(zhǔn)確，就可能影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至得出相反的結(jié)果。軟起動裝置由一面柜組成，內(nèi)含旁路接觸器，如果是改造項目，用戶有高壓柜且一拖一，可只要起動柜，如一拖多，則配相應(yīng)的旁路柜

6、。5、可控硅方式軟起動系統(tǒng)的組成有一些負(fù)載，在靜止?fàn)顟B(tài)下有比較大的靜阻力矩，在電機起動初始需要很大的轉(zhuǎn)矩使電機轉(zhuǎn)起來，當(dāng)電機一旦轉(zhuǎn)起來，阻力矩反而減小了。針對這種負(fù)載，在電壓斜坡起動的初始階段，可以加上一個短時的高電壓UK(其值和時間可以設(shè)置)以克服初始阻力矩，這就是所謂的電壓突跳起動控制方式,9、電壓突跳起動控制方式軟停車：在該方式下停止電機時，電機的輸出電壓由額定電壓在設(shè)定的軟停時間內(nèi)逐步降低至零，停車過程完成。該方式常用于水泵負(fù)載，它成功地解決了傳統(tǒng)停車過程中的“水錘”現(xiàn)象(即瞬間停機引起流體原來狀態(tài)的劇烈變化，造成流體對管道的沖擊)。10、軟停車感應(yīng)電機在不同電壓下的機械特性曲線如圖1

7、中1、2、3、4和5曲線，圖1中P1為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線，P2為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線，虛線為電動機起動曲線?？梢钥闯觯诉x取e點所對應(yīng)的電壓作為起始電壓，這樣，既保證了足夠的起始轉(zhuǎn)矩，而且由于起始電壓較小，有效的限制了起動電流。隨著轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)子等效阻抗不斷變大，端電壓可以由一個較低的初始電壓逐漸的提高，完全可以將定子電流控制在一個較小的范圍內(nèi)。 11、電動機啟動轉(zhuǎn)矩特性曲線第二部分：軟起動的與比較3、開關(guān)變壓器方式的軟起動開關(guān)變壓器的高壓繞組接在電機的定子側(cè)，低壓繞組接晶閘管，通過低壓側(cè)晶閘管的通斷，來控制開關(guān)變壓器高壓側(cè)的阻抗，等效控制了加到電機上的電壓。通過改變晶閘管的導(dǎo)通角，開關(guān)變壓

8、器軟起動裝置可以獲得連續(xù)可調(diào)的、較寬的電壓變化范圍。 開關(guān)變壓器軟起動裝置利用變壓器實現(xiàn)高低壓隔離和降壓作用，避免了一直讓國內(nèi)廠商棘手的晶閘管串聯(lián)應(yīng)用問題，但付出的代價也是昂貴的:一套滿足起動容量的變壓器加一套等容量的電力電子裝置，雖然晶閘管的工作電壓降低了，但其通過的電流卻同比放大了。通過晶閘管控制飽和電抗器的直流勵磁電流，來改變飽和電抗器電感值從而達(dá)到改變電機起動電流的目的。由于系統(tǒng)控制采用了PLC，實現(xiàn)了電機起動電流的閉環(huán)控制，使電機可以恒流或按要求的曲線起動，大大改善了軟起動裝置的起動性能。 電力電子器件及PLC本身的響應(yīng)速度是很快的?？梢赃_(dá)到周波級，但飽和電抗器具有較大的磁慣性，達(dá)到

9、秒級，使整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到制約。同時電力電子器件具有極大的功率放大倍數(shù),所需的控制功率極小,器件本身的功耗也很小,但飽和電抗器的功率放大倍數(shù)約為2050倍,因而系統(tǒng)仍需要較大的控制功率。但是在該裝置中電力電子器件的功率等級只需達(dá)到飽和電抗器的控制功率就夠了。4、磁控軟起動 5、可控硅串入方式軟起動這是目前中高壓領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的起動方式，是國際上的主流起動方式也是我公司主推的軟起動方式。它是應(yīng)用了可控硅串聯(lián)技術(shù)，通過光纖傳輸控制信號，控制可控硅串的同時導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電機的起動過程。可控硅方式軟起動有諸多優(yōu)點：a、體積小，重量輕。b、控制迅速，響應(yīng)快。c、可頻繁起動，d、可靠性高，起動成功

10、率有保證。鑒于以上優(yōu)點，可控硅方式軟起動是除變頻起動外，其它幾種軟起動中性能最優(yōu)的起動方式。至于價格方面，由于此項技術(shù)門檻較高，以前此類產(chǎn)品均為進(jìn)口，給人以高價的印象，隨著半導(dǎo)體元件的價格降低和國內(nèi)有實力的公司介入，價格已達(dá)到了人們可以接受的程度，而且從發(fā)展的角度看，半導(dǎo)體功率器件的技術(shù)越來越成熟，售價不斷降低，而制造變壓器、電抗器等金屬材料的價格卻在逐年提高，所以可控硅方式軟起動必將取代其它幾種方式軟起動成為未來軟起動的主流。a、可靠性高采用美國羅克韋爾的技術(shù)路線，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐技術(shù)路線成熟，檢測手段完善：靜態(tài)自檢、運行中動態(tài)檢測。 采用先進(jìn)的晶閘管串聯(lián)和先進(jìn)的動態(tài)均壓技術(shù)，使控制簡單，

11、調(diào)節(jié)方便，整機應(yīng)用靈活，運行可靠。 強弱電間隔離完善，系統(tǒng)強弱電間采用光纖隔離，避免了強弱電間的相互干擾，增強了系統(tǒng)工作的可靠性。b、 性能指標(biāo)高 采用雙DSP控制系統(tǒng)及大規(guī)模門陣列CPLD線路實現(xiàn)控制高實時性的要求，大大提高了晶閘管控制的實時性，達(dá)到了控制的快速性。高效率，本項目高壓軟啟動器具有96%的高效率，遠(yuǎn)比其他形式的起動器效率高得多。 具有良好的起動性能、低噪音、低磨損；第三部分：九洲公司生產(chǎn)的軟起動的特點C、 功能齊全 任意可選的多種軟起動功能，包括標(biāo)準(zhǔn)軟起動、恒流軟起動、限流軟起動、雙電壓斜坡軟起動、帶突跳功能的軟起動等。 軟停車功能。避免了因急停車而造成的水錘效應(yīng)。d、完善的保

12、護(hù)功能：包括短路、過流、限流、過壓、欠壓、過負(fù)載、缺相、三相電流不平衡、過熱、CPU故障，通信故障、脈沖故障等各種故障狀態(tài)報警，及時處理保護(hù)軟起動器及電動機，同時啟動報警系統(tǒng)在人機界面上給出詳細(xì)的故障信息，利于操作人員維護(hù)處理。e、 旁路功能。在電動機起動完成后，將自動切換到旁路狀態(tài)，降低了整機的功耗，保證系統(tǒng)可靠運行。 在有多臺電機且不需要同時起動的場合，可設(shè)計為一拖多方案，為用戶節(jié)省預(yù)算和生產(chǎn)成本。 可在線監(jiān)測電機的運行參數(shù)：三相電流三相電壓三相功率 電機功率因數(shù)電機運行時間電機轉(zhuǎn)速 (需加編碼器)f、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理 采用風(fēng)道高效風(fēng)冷方式，獨特的散熱片設(shè)計，使晶閘管部件得到有效冷卻。 高壓、

13、低壓獨立設(shè)計，完全隔離，絕緣等級高，操作安全。 整體設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，節(jié)省空間，便于安裝。國內(nèi)可控硅方式軟起動開發(fā)得較晚，生產(chǎn)廠家不多，上海和平原來是生產(chǎn)低壓軟起動器的廠家，現(xiàn)在也開開始制造中、高壓產(chǎn)品，并已投放了市場，有了一些銷售業(yè)績。長沙奧托也有產(chǎn)品銷售，還有株州時代集團(tuán)，但銷售量都不大。b、看用戶傾向于高性能高可靠的產(chǎn)品，還是低價格的產(chǎn)品。現(xiàn)在國產(chǎn)中高壓產(chǎn)品中水電阻產(chǎn)品很多，性能差但價格低，此種產(chǎn)品在國外早已淘汰，但在國內(nèi)還有一定的市場。我們應(yīng)先讓用戶知道我們的產(chǎn)品是先進(jìn)的可控硅串聯(lián)方式，性能是所有降壓軟起動中最好的，而價格方面比國外產(chǎn)品低得多，與國內(nèi)廠家比較性價比也是很高的。

14、如果用戶需要中端產(chǎn)品，我們也可推薦磁飽和方式，價格比可控硅方式低一些，性能也比較折中。c、如果用戶對我們的產(chǎn)品感興趣，業(yè)務(wù)員可向用戶提供用戶數(shù)據(jù)表，請用戶填寫一下，然后由公司技術(shù)支持人員為用戶計算一下起動數(shù)據(jù)，看在用戶現(xiàn)有的工況下用軟起動裝置起動能否達(dá)到用戶的壓降要求、起動時間要求、起動轉(zhuǎn)矩要求等，并可通過仿真軟件計算出起動時的各種曲線，但前提是用戶必須完整的填寫以下表格。降壓類軟起動不同于變頻軟起動，變頻軟起動在改變電壓和頻率的同時轉(zhuǎn)矩幾乎不減小，所以可輕松起動負(fù)載；而降壓類軟起動減小電壓是以轉(zhuǎn)矩下降為代價的，用戶希望起動電流越小越好，這樣可以減小電網(wǎng)壓降。但電流越小，起動時間越長，小到一定

15、程度就無法成功起動了，所以要找到最佳值，就一定需要用戶提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)做保證。電機型號電網(wǎng)短路電流（A）（或變壓器短路阻抗）電網(wǎng)電壓（V）電動機容量Pe（KW）電機額定電壓Ue（V）電機額定電流Ie（A）額定轉(zhuǎn)速ne（rpm）2、所需要的數(shù)據(jù)參數(shù)堵轉(zhuǎn)電流Iq（A）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mq（N-m）最大轉(zhuǎn)矩Mmax（N-m）起動完成的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N-m）電動機GD2（N-M2）負(fù)載折算GD2（N-M2）總GD2（N-M2）我公司在市場上主推的軟起動為可控硅方式，磁控也可生產(chǎn)（我公司稱為磁飽和方式軟起動）。主要競爭對手：a、水電阻和熱變電阻由于技術(shù)含量低，許多公司都可以生產(chǎn)，很多公司規(guī)模不大，技術(shù)力量很弱。據(jù)了解，光湖北一省就有幾十家在生產(chǎn)，市場占有率較大的是湖北追日。b、開關(guān)變壓器方式軟起動為哈爾濱帕特爾公司申請的專利，前一段時間湖北追日也開始生產(chǎn)，起名為“磁控變壓軟起動裝置”。c、磁控軟起動天津先導(dǎo)公司已經(jīng)買了幾年，有一定的業(yè)績，其它公司沒有形成生產(chǎn)規(guī)模。d、可控硅方式軟起動是國外主流的軟起動產(chǎn)品，國際品牌有美國本秀（BENSHAW ）、美國摩托托尼（MOTORTRONICS ）、美國羅克韋爾（ ROCKWELL）三家，其它