用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置的製作方法

2024-02-02 17:04:15

專利名稱：用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置的製作方法
技術領域：
用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種高壓交流異步電動機軟啟動裝置，一種用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，屬於交流異步電動機軟啟動的技術領域。
背景技術：
[0002]交流異步電動機是當今傳動工程中最常用的動力來源，但由於其啟動特性，如果連接電源系統全壓直接啟動，啟動電流會達到額定電流的5-8倍，甚至更高。在許多場合， 這種過大的啟動電流會對整個傳動系統產生不良的影響。為了滿足交流異步電動機自身啟動條件、負載傳動機械的工藝要求、保護其他用電設備正常工作的需要，必須在電動機啟動過程中採取必要的措施來控制其啟動過程，降低啟動電流衝擊和轉矩衝擊。[0003]為了降低啟動電流，必須使用啟動輔助裝置。傳統的啟動輔助裝置有定子串電阻啟動裝置、定子串電抗器啟動裝置、轉子串電阻啟動(繞線轉子電動機)裝置、星三角啟動器、磁控式啟動器、自耦變壓器啟動器等等。但上述傳統的啟動輔助裝置，要麼啟動電流和機械衝擊仍過大，要麼體積龐大笨重。隨著電力電子技術和微機技術、現代控制技術的發展，出現了一些新型的啟動裝置，如變頻調速器和晶閘管電動機軟啟動器。變頻調速器由於其電氣特性、複雜性和價格因素決定了其主要用於電動機調速領域，一般不單純用於電動機啟動控制。晶閘管電動機軟啟動也被稱為可控矽電動機軟啟動，或者固態電子式軟啟動器，它是一種集電動機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護於一體的新穎電動機控制裝置，它不僅有效地解決了電動機啟動過程中電流衝擊和轉矩衝擊問題，還可以根據應用條件的不同設置其工作狀態，有很強的靈活性和適應性。[0004]晶閘管軟啟動應用了交流調壓調速的原理，利用晶閘管的可控導通特性，通過控制晶閘管的導通角α來改變實際施加在電動機定子上的電壓有效值，從而減少電動機啟動電流。低壓(380V-1200V)電機軟啟動裝置現在已有很多應用，它是由直接晶閘管形式為主，通過調節正反並聯晶閘管導通角來調節電動機的端電壓，使電動機端電壓逐漸上升，達到軟起動的作用，它限制了電動機的啟動電流，減少了對電網的衝擊，提高了電機及機械設備的壽命，減少了停工臺時，提高了生產效率。[0005]如圖1所示為目前常用的低壓交流異步電動機的軟啟動原理圖。所述軟啟動系統中包括如下環節[0006]1、三相晶閘管交流調壓電路三相電源線上設置兩個反並聯的晶閘管，作為執行機構，通過控制晶閘管的導通角大小起到最終調節輸出到電機定子上的電壓和電流的作用；2、電源同步檢測環節晶閘管必須在承受正向電壓的同時給門極施加觸髮型號才可以被觸發導通，為此，電路中每隻晶閘管的觸發相位必須以其剛剛承受正壓電壓時的相位點 (即電源電壓過零點)作為參照，這就必須對供電電源電壓過零點進行檢測，稱為同步檢測， 並由此確定觸髮型號發出的時刻和電路中6隻晶閘管的觸發順序；[0007]3、觸發角控制和調節環節來自電源同步檢測環節的同步信號和來自反饋量檢測環節的信號都被送入觸發角控制和調節環節，通過控制環節對信號進行處理和計算，最後輸出晶間管的觸發控制和信號調節。軟啟動器的控制和調節環節通常由微計算機及其外圍電路構成，軟啟動器的各種啟動方式正是由微計算機內不同的程序算法來控制完成的；[0008]4、觸發脈衝形成和隔離放大環節根據從計算機接收到的觸發控制信號，通過脈衝形成、整形、隔離、功放後施加於三相反並聯晶閘管的門極，控制晶閘管的導通；[0009]5、根據軟啟動器的功能不同，軟啟動器需要採樣多種物理量，軟啟動器對於這些物理量的採集主要用於實現啟動算法和各種保護，可以實現輸出、輸入電壓和輸出電流的採樣，實現電壓和電流的閉環調節。電壓電流檢測環節可以完成諸如過電流、缺相、過載、堵轉等保護。電壓檢測環節可以完成諸如過電壓、欠電壓、缺相等保護。[0010]高壓電機的軟啟動裝置由於受晶閘管器件耐壓的限制一直解決不好，所以高壓電動機軟啟動裝置的應用也幾近空白。近幾年市場上出現了少數廠家生產的採用晶閘管串聯技術的中高壓電機軟啟動裝置，這種電路拓撲結構是由低壓軟啟動演變而來，由於單只晶閘管的耐壓達不到要求水平，因此，晶閘管直接高壓軟啟動的每個臂都是由多隻晶閘管串聯組成，稱之為高壓晶間管閥。但這種方法對元器件特性參數的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，且篩選儀器的價格很高，致使裝置的價格較高。另外在使用一段時間後，元器件的參數還會發生變化，使元器件的均壓性能降低，極易造成整串元器件的損壞，使這種裝置的可靠性降低，一旦元器件損壞，用戶很難修復，所以應用程度不高。[0011]如圖2所示為採用多隻晶閘管串聯的高壓軟啟動系統，KMU KM2為高壓接觸器， SCR為(普通)晶閘管，M為高壓電動機。KMl控制主電路的通斷，KM2控制電力器件的旁路。 就高壓交流感應電機而言，在全部軟啟動裝置的總容量上大約佔了一半，其啟動問題便是必須解決的問題而擺在我們面前。發明內容[0012]本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，用用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，結構緊湊，啟動穩定，安全可靠。[0013]按照本實用新型提供的技術方案，所述用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，包括開關變壓器；所述開關變壓器的副邊線圈對應設置有反並聯的晶閘管； 所述反並聯晶閘管順序且按設定導通角導通時，調整開關變壓器原邊線圈的電壓。[0014]所述開關變壓器的原邊線圈與交流異步電動機串聯，且交流異步電動機通過開關變壓器的原邊線圈與第一高壓接觸器相連，開關變壓器的原邊線圈還與用於旁路控制的第二高壓接觸器相連；反並聯晶閘管導通時，使得開關變壓器原邊線圈的分壓逐漸變小，交流異步電動機的啟動電壓逐漸變大，直至交流異步電動機的轉速接近額定轉速，第二高壓接觸器的觸點閉合。[0015]所述開關變壓器的原邊線圈包括第一原邊線圈、第二原邊線圈及第三原邊線圈； 開關變壓器的副邊線圈包括第一副邊線圈、第二副邊線圈及第三副邊線圈；所述第一副邊線圈與第一原邊線圈相對應，第二副邊線圈與第二原邊線圈相對應，第三副邊線圈與第三原邊線圈相對應；第一副邊線圈的兩端設置有反並聯的第一晶閘管及第四晶閘管，第二副邊線圈的兩端設置有反並聯的第三晶閘管及第六晶閘管，第三副邊線圈的兩端設置有反並聯的第五晶閘管及第二晶閘管；第一晶閘管的陰極端與第四晶閘管的陽極端相連，且第一晶閘管的陰極端與第二晶閘管的陰極端及第五晶閘管的陽極端相連；第五晶閘管的陰極端4與第二晶閘管的陽極端相連後，並與第六晶閘管的陰極端及第三晶閘管的陽極端相連；第三晶閘管的陰極端與第六晶閘管的陽極端向，並與第一晶閘管的陽極端及第四晶閘管的陰極端相連。[0016]所述第一晶閘管、第二晶閘管、第三晶閘管、第四晶閘管、第五晶閘管及第六晶閘管的控制導通角依次相差60度。[0017]所述開關變壓器副邊線圈的反並聯晶閘管的控制端均與觸發脈衝形成和隔離放大模塊相連，觸發脈衝形成和隔離放大模塊的輸入端與微型計算機觸發調節模塊相連，微型計算機觸發調節模塊的輸入端與用於檢測流過交流異步電動機電流的電流檢測模塊及用於同步檢測的同步檢測電壓檢測模塊相連。[0018]所述微型計算機觸發模塊的輸入端與控制輸入模塊及人機界面相連。所述開關變壓器為高磁密變壓器。[0019]所述開關變壓器副邊線圈上由相應反並聯的晶閘管構成的軟啟動器採用成品低壓電機軟啟動器；所述成品低壓電機軟啟動器及開關變壓器與交流異步電動機的負載功率相匹配；所述成品低壓軟啟動器及開關變壓器均位於金屬殼體內。所述金屬殼體的材料包括鋼板。[0020]本實用新型的優點高壓交流異步電動機通過開關變壓器原邊線圈與第一高壓接觸器相連，開關變壓器副邊線圈各相設置反並聯的晶閘管，通過控制晶閘管的導通，來調節開關變壓器原邊線圈電壓，使得交流異步電動機的啟動電壓逐漸變大，交流異步電動機的轉速逐漸接近額定轉速，完成交流異步電動機的啟動；由於開關變壓器副邊線圈的電壓低， 不需要串聯晶閘管，降低成本，結構緊湊，啟動穩定，安全可靠。


[0021]圖1為現有低壓交流異步電動機軟啟動的結構示意圖。[0022]圖2為現有高壓交流異步電動機軟啟動的結構示意圖。[0023]圖3為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
[0024]下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。[0025]如圖3所示為了解決目前高壓交流異步電動機軟啟動中存在的問題，所述高壓交流異步電動機軟啟動裝置中，包括開關變壓器，所述開關變壓器的副邊線圈設置低壓電機軟啟動器，所述低壓電機軟啟動器採用成品低壓電機軟啟動器；開關變壓器採用高磁密開關變壓器。所述成品低壓電機軟啟動器與高磁密開關變壓器均放置於金屬殼體內，所述金屬殼體的材料包括鋼板。所述成品低壓電機軟啟動器及高磁密開關變壓器的設計參數與交流異步電動機的功率相一致。[0026]交流異步電動機通過開關變壓器與第一高壓接觸器KMl相連，第二高壓接觸器 KM2用於控制旁路，當交流異步電動機啟動完成後，第二高壓接觸器KM2的觸點閉合。具體地，交流異步電動機通過開關變壓器的原邊線圈與第一高壓接觸器KMl相連，由於交流異步電動機採用三相電源啟動供電，所述開關變壓器的原邊線圈包括第一原邊線圈A1A2、第二原邊線圈B1B2及第三原邊線圈C1C2。開關變壓器的副邊線圈包括第一副邊線圈ala2、第二副邊線圈blM及第三副邊線圈clc2 ；所述第一副邊線圈ala2與第一原邊線圈A1A2相對應，第二副邊線圈blM與第二原邊線圈B1B2相對應，第三副邊線圈clc2與第三原邊線圈C1C2相對應；第一副邊線圈ala2的兩端設置有反並聯的第一晶閘管VTl及第四晶閘管 VT4，第二副邊線圈blM的兩端設置有反並聯的第三晶閘管VT3及第六晶閘管VT6，第三副邊線圈clc2的兩端設置有反並聯的第五晶閘管VT5及第二晶閘管VT2 ；第一晶閘管VTl的陰極端與第四晶閘管VT4的陽極端相連，且第一晶閘管VTl的陰極端與第二晶閘管VT2的陰極端及第五晶閘管VT5的陽極端相連；第五晶閘管VT5的陰極端與第二晶閘管VT2的陽極端相連後，並與第六晶閘管VT6的陰極端及第三晶閘管VT3的陽極端相連；第三晶閘管 VT3的陰極端與第六晶閘管VT6的陽極端向，並與第一晶閘管VTl的陽極端及第四晶閘管 VT4的陰極端相連。[0027]為了能夠得到交流異步電動機的啟動端電壓與三相電源的電壓變化相一致，且交流異步電動機的端電壓能逐漸變大，所述第一晶閘管VT1、第二晶閘管VT2、第三晶閘管 VT3、第四晶閘管VT4、第五晶閘管VT5及第六晶閘管VT6依次導通，且第一晶閘管VT1、第二晶閘管VT2、第三晶閘管VT3、第四晶閘管VT4、第五晶閘管VT5及第六晶閘管VT6間的導通角依次相差60度。因此，反並聯於第一副邊線圈ala2的第一晶閘管VTl與第四晶閘管 VT4的導通角相差180度，第二晶閘管V2與第五晶閘管VT5、第三晶閘管VT3與第六晶閘管 VT6的導通角也相差180度；從而能夠在交流異步電動機上得到與三相電源變化相一致的啟動電壓。通過控制第一晶閘管VT1、第二晶閘管VT2、第三晶閘管VT3、第四晶閘管VT4、第五晶閘管VT5及第六晶閘管VT6依次導通後，由開關變壓器副邊線圈與原邊線圈的電壓比例關係，當開關變壓器副邊線圈的電壓變換後，能夠得到開關變壓器原邊線圈的電壓能逐漸變化，開關變壓器的原邊線圈與交流異步電動機串聯後共同承擔三相電壓，由串聯分壓原理可知，當開關變壓器原邊線圈的電壓逐漸從大到小變化時，交流異步電動機兩端的電壓會從小到大變化，交流異步電動機兩端電壓的變化能夠使得交流異步電動機的轉速逐漸增大，直至接近額定轉速。由於採用開關變壓器的原邊線圈進行分壓，從而避免了現有軟啟動系統中通過晶閘管控制電壓變化同時承擔電壓的缺陷，提高了交流異步電動機軟啟動的可靠性。[0028]為了能夠控制第一晶閘管VT1、第二晶閘管VT2、第三晶閘管VT3、第四晶閘管VT4、 第五晶閘管VT5及第六晶閘管VT6間的導通順序及導通角，本實用新型的反並聯晶閘管需要安裝與圖1中相應的控制系統。具體地，第一晶閘管VT1、第二晶閘管VT2、第三晶閘管 VT3、第四晶閘管VT4、第五晶閘管VT5及第六晶閘管VT6的控制端與觸發脈衝形成和隔離放大模塊相連，觸發脈衝形成和隔離放大模塊的輸入端與微型計算機觸發調節模塊，所述微型計算機觸發調節模塊與用於檢測交流異步電動機啟動電流的電流檢測模塊及用於檢測同步的同步檢測電壓檢測模塊相連，微型計算機觸發調節模塊還與控制輸入模塊及人機界面相連，通過控制輸入模塊及人機界面能夠調節相應的導通角，從而能調節控制交流異步電動機的啟動過程。微型計算機觸發調節模塊包括PLC。[0029]如圖3所示第一高壓接觸器KM1、第二高壓接觸器KM2和三相異步電動機M是原系統，第一高壓接觸器KM1、開關變壓器、位於開關變壓器副邊線圈的反並聯晶閘管和可編程序控制器(PLC)構成軟啟動系統。當需要啟動三相異步電動機時，首先合上第一高壓接觸器KM1，使開關變壓器與三相異步電動機串聯接在三相電源上，由PLC構成的微型計算機觸發調節模塊控制開關變壓器副邊線圈對應的晶閘管的導通與截止，使開關變壓器原邊線圈的電壓由大到小變化，使得三相異步電動機的端電壓則由小到大變化，三相異步電動機的轉速逐漸上升，當接近額定轉速時，合上第二高壓接觸器KM2，斷開第一高壓接觸器KM1， 軟啟動完畢，三相異步電動機以額定轉速運轉。[0030]本實用新型中採用開關變壓器式軟啟動裝置同低壓軟啟動器沒有本質的區別，兩者的不同點在於晶閘管在電路中的位置。對於開關變壓器軟啟動，通過變壓器的耦合，接在開關變壓器副邊線圈各相的晶閘管同樣可以通過自己的通斷改變主電路中三相電源各相的通斷，因此可以得出開關變壓器軟啟動裝置與現有可控矽軟啟動裝置工作原理完全相同的結論。因為開關變壓器設計的副邊線圈電壓很低，晶閘管不需要串聯，在軟啟動過程中與現有軟啟動裝置中晶間管的觸發、工作狀態、控制算法、軟啟動特性等方面兩者是相同的， 與現有軟啟動控制裝置能較好兼容；同時避免晶閘管串聯帶來的一系列問題。晶閘管軟啟動的控制技術已十分成熟，我們只要根據系統設計參數進行一些簡單的配置就可實現用低壓晶間管軟啟動控制器來實現開關變壓器軟啟動的控制。開關變壓器採用高磁密變壓器， 在啟動過程中，開關變壓器始終處於開和關兩種狀態。開關變壓器的能量傳輸方向只能是原邊線圈一側到副邊線圈一側，開關變壓器的副邊線圈側沒有耗能元件，晶閘管的通態和斷態均不消耗或很少消耗能量，是憑藉晶閘管的通斷來控制三相異步電動機啟動電流的大小。對高磁密變壓器與實用高壓電機軟起電流等關聯性計算機仿真設計，並在開關變壓器及裝置外殼結構上針對軟起高次諧波進行了降噪消音設計。由此技術構成的軟起動裝置具有很高的可靠性。[0031]本實用新型高壓軟起動裝置適用於煤礦井下高壓10 (6)KV，大功率(200 2500KW)風機、水泵、膠帶輸送機用異步電動機輕、重負載軟起動，能夠對起動電流實現無級的、精確的控制，減少起動過程中起動電流對電網的衝擊，同時減少機械衝擊，避免巨大的機械衝擊對設備造成的損壞。
權利要求1.一種用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，包括開關變壓器；其特徵是所述開關變壓器的副邊線圈對應設置有反並聯的晶閘管；所述反並聯晶閘管順序且按設定導通角導通時，調整開關變壓器原邊線圈的電壓。
2.根據權利要求1所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述開關變壓器的原邊線圈與交流異步電動機串聯，且交流異步電動機通過開關變壓器的原邊線圈與第一高壓接觸器(KMl)相連，開關變壓器的原邊線圈還與用於旁路控制的第二高壓接觸器(KM2)相連；反並聯晶閘管導通時，使得開關變壓器原邊線圈的分壓逐漸變小，交流異步電動機的啟動電壓逐漸變大，直至交流異步電動機的轉速接近額定轉速， 第二高壓接觸器(KM2)的觸點閉合。
3.根據權利要求1所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述開關變壓器的原邊線圈包括第一原邊線圈(A1A2)、第二原邊線圈及第三原邊線圈(C1C2)；開關變壓器的副邊線圈包括第一副邊線圈(ala2)、第二副邊線圈(blb2)及第三副邊線圈(clc2);所述第一副邊線圈(ala2)與第一原邊線圈(A1A2)相對應，第二副邊線圈(blb2)與第二原邊線圈相對應，第三副邊線圈(clc2)與第三原邊線圈(C1C2)相對應；第一副邊線圈(ala2)的兩端設置有反並聯的第一晶閘管(VTl)及第四晶閘管(VT4)，第二副邊線圈(blb2) 的兩端設置有反並聯的第三晶閘管(VT3)及第六晶閘管(VT6)，第三副邊線圈(clc2)的兩端設置有反並聯的第五晶閘管(VT5)及第二晶閘管(VT2);第一晶閘管(VTl)的陰極端與第四晶閘管 (VT4)的陽極端相連，且第一晶閘管(VTl)的陰極端與第二晶閘管(VT2)的陰極端及第五晶閘管 (VT5)的陽極端相連；第五晶閘管(VT5)的陰極端與第二晶閘管(VT2)的陽極端相連後，並與第六晶閘管(VT6)的陰極端及第三晶閘管(VT3)的陽極端相連；第三晶閘管(VT3)的陰極端與第六晶閘管(VT6)的陽極端向，並與第一晶閘管(VTl)的陽極端及第四晶閘管(VT4)的陰極端相連。
4.根據權利要求3所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述第一晶閘管(VT1)、第二晶閘管(VT2)、第三晶閘管(VT3)、第四晶閘管(VT4)、第五晶閘管(VT5)及第六晶閘管(VT6)的控制導通角依次相差60度。
5.根據權利要求2所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述開關變壓器副邊線圈的反並聯晶閘管的控制端均與觸發脈衝形成和隔離放大模塊相連，觸發脈衝形成和隔離放大模塊的輸入端與微型計算機觸發調節模塊相連，微型計算機觸發調節模塊的輸入端與用於檢測流過交流異步電動機電流的電流檢測模塊及用於同步檢測的同步檢測電壓檢測模塊相連。
6.根據權利要求5所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述微型計算機觸發模塊的輸入端與控制輸入模塊及人機界面相連。
7.根據權利要求1所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述開關變壓器為高磁密變壓器。
8.根據權利要求2所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述開關變壓器副邊線圈上由相應反並聯的晶閘管構成的軟啟動器採用成品低壓電機軟啟動器；所述成品低壓電機軟啟動器及開關變壓器與交流異步電動機的負載功率相匹配；所述成品低壓軟啟動器及開關變壓器均位於金屬殼體內。
9.根據權利要求8所述的用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其特徵是所述金屬殼體的材料包括鋼板。
專利摘要本實用新型涉及一種用成品低壓電機軟啟動器實現高壓電機的軟啟動裝置，其包括開關變壓器；開關變壓器的副邊線圈對應設置有反並聯的晶閘管；反並聯晶閘管順序且按設定導通角導通時，調整開關變壓器原邊線圈的電壓。本實用新型高壓交流異步電動機通過開關變壓器原邊線圈與第一高壓接觸器相連，開關變壓器副邊線圈各相設置反並聯的晶閘管，通過控制晶閘管的導通，來調節開關變壓器原邊線圈電壓，使得交流異步電動機的啟動電壓逐漸變大，交流異步電動機的轉速逐漸接近額定轉速，完成交流異步電動機的啟動；開關變壓器副邊線圈的電壓低，不需串聯晶閘管，成品低壓電機軟啟動器產品市場成熟，可靠性得以保證，結構緊湊，啟動穩定，安全可靠。
文檔編號H02P1/28GK202282754SQ201120407590
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月22日 優先權日2011年10月22日
發明者周渭江, 孫寶琪 申請人:無錫軍工智能電氣股份有限公司