一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置的製作方法

2023-06-20 20:53:06 1

專利名稱：一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電動機起動設備，尤其涉及ー種具有對電網進行無功補償功能的大型電動機的軟起動裝置。
背景技術：
目前，大型電動機的起動方式主要有變壓器-電動機組的直接起動，高壓變頻起動，串聯電抗軟起動，自耦變壓器降壓軟起動，晶閘管交流調壓軟起動等，這些起動方式都有各自的缺點。變壓器-電動機組方式需單獨的專用變壓器，較大的系統短路容量，起動電流較大，對電網的電壓波動影響較大。高壓變頻起動方式起動效果好，但成本太高，後續維護難度較大。串聯電抗軟起動，自耦變壓器降壓軟起動，晶閘管交流調壓軟起動等均屬降壓起動，其均存在起動カ矩較小，不能滿足重載起動需求。而且這些降壓起動方式均是在電機起動時投入運行，待電動機正常全壓運行後，便不再起作用，設備的利用率非常低。如圖I所示，現有技術I的中國專利CN201797473U提供了一種基於可變電抗的無功補償軟起動裝置，其採用可變電抗器與電容器組並聯構成無功補償軟起動裝置，控制器只控制電容器組的投切，而且其可變電抗器在電動機起動後處於閒置，裝置利用率較低。如圖2所示，現有技術2的中國專利CN201726140U提供了ー種混合型無功補償裝置，其同步靜止補償裝置和電容補償裝置直接與電網相聯，並只對電網進行無功補償。同步靜止補償裝置的逆變電路採用自換向橋式電路。如圖3所示，現有技術3的中國專利CN202004701U提供了ー種電機軟起動器電路，其僅利用三相逆變電路對電動機進行無功補償，該三相逆變電路拓撲結構採用三相逆變橋電路，成本較高。

實用新型內容為了解決大型電動機起動時對電網的衝擊問題以及大型電動機起動裝置利用率低的問題，本實用新型提供了ー種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置。本實用新型可在大型電動機起動時就近提供無功補償，實現對電網的無衝擊起動，並可對電網進行分相或全相連續調節的無功補償，増加起動裝置的利用率，且成本較低。本實用新型的設計方案如下—種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置,包括電網；還包括同步靜止補償模塊I、電容補償模塊2、起動開關3、運行開關4、控制器5以及電動機6。同步靜止補償模塊I包括逆變器，電容補償模塊2包含電容器組。同步靜止補償模塊I與電容補償模塊2並聯構成無功補償迴路，並通過起動開關3與電動機6並聯，再接入電網。無功補償迴路通過運行開關4與電網相連接。電動機6的進線電流信號及端電壓信號傳輸至控制器5，控制器5計算出電動機起動過程中除電容補償模塊2無功補償後還需的無功電流，並將控制信號傳輸至同步靜止補償模塊I的逆變器驅動電路，由同步靜止補償模塊I輸出無功電流，對電動機6起動所需的無功電流進行就地無功補償。電網的進線電流信號和母線電壓信號傳輸至控制器5，控制器5計算出母線所需補償的無功功率，並將控制信號傳輸至電容補償模塊2進行補償，再將控制信號傳輸至同步靜止補償模塊I進行無功調整。電容補償模塊2的總容量按照大型電動機起動時的無功需求量來確定，所以大部分的無功補償均由價格較便宜的電容補償模塊2來完成，而同步靜止補償模塊I只是微調無功補償，容量較小，其總成本也較低。電容補償模塊2中的各電容器組之間相互並聯；電容器組包括接觸器2-1和分級投切電容器組2-2，分級投切電容器組2-2包含ー組電容器，接觸器2-1的一端與分級投切
電容器組2-2相連接，另一端接入無功補償迴路母線。在具體實施中，電容補償模塊2包含至少I組電容器組；分級投切電容器組2-2中的ー組電容器採用星型接法。為了實現對電網或電動機進行分相和全相無功補償，同步靜止補償模塊I中的逆變器為三相逆變器9，三相逆變器9由三個單相H橋逆變電路1-1構成；同步靜止補償模塊I還包括直流側電容1-2和輸出變壓器1-3 ;逆變電路1-1與直流側電容1-2並聯，並通過輸出變壓器1-3接入無功補償迴路母線。運行開關4與電網之間串聯有高壓開關櫃7，高壓開關櫃7中包括高壓斷路器8，高壓開關櫃7母線通過高壓斷路器8與電網相連接，運行開關4與電動機6通過高壓斷路器8與高壓開關櫃7母線相連接。電網與控制器5在高壓開關櫃7的進線櫃母線處相連接。在具體實施中，控制器5內包括數位訊號處理控制器,輸入電壓信號處理電路,輸入電流信號處理電路以及數位訊號輸出電路.輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與電動機6的進線端相連接。輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與電網的母線相連接。數位訊號處理控制器分別與輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路相連接。數位訊號輸出電路一端與數位訊號處理控制器相連接，另一端分別與同步靜止補償模塊I以及電容補償模塊2相連接。在實際應用中數位訊號處理控制器用來對輸入電壓和輸入電流進行計算得出需補償的無功功率，並輸出脈衝控制序列信號和控制接觸器開關信號。輸入電壓信號處理電路是通過電壓互感器用來採集電壓信號，並進行信號調理。輸入電流信號處理電路是通過電流互感器用來採集電流信號，並進行信號調理。數位訊號輸出電路是將脈衝控制序列信號輸出至同步靜止補償模塊的逆變器驅動電路和將控制接觸器開關信號輸出至接觸器控制線圈。同步靜止補償模塊I中包含全相控半導體功率器件，控制器5中的數位訊號輸出電路與全相控半導體功率器件的脈衝輸入端相連接。對於同步靜止補償模塊I來說，實際是對其功率器件進行脈衝控制，將控制器5的輸出脈衝序列分別輸入到功率器件的脈衝輸入端，來控制功率器件的導通和關斷，最終達到控制無功輸出的目的。在實際應用中，全相控半導體功率器件組建成逆變電路，並通過脈衝控制信號來控制其通斷，進而將直流轉換為交流實現逆變功能。電容補償模塊2中包含接觸器，接觸器中設有控制線圈，控制器5中的數位訊號輸出電路與接觸器中的控制線圈相連接。對接觸器的控制實際是控制其控制線圈，控制器輸出指令來控制其控制線圏。在實際應用中，每個接觸器中都有其控制線圈，通過數位訊號輸出電路輸出的接觸器開關信號使得控制線圈得電實現接觸器閉合，失電實現接觸器斷開，進而實現電容器的投切。本裝置還包括電流互感器和電壓互感器，控制器5中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過電流互感器和電壓互感器與電動機6的進線端相連接。 控制器5中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過電流互感器和電壓互感器與電網母線相連接。本實用新型的工作原理如下在大型電動機起動時，閉合起動開關3，斷開運行開關4，對大型電動機進行軟起動；在大型電動機正常運行後，閉合運行開關4，斷開起動開關3，對電網進行無功補償。在大型電動機起動時，控制器5根據電動機6的無功需求エ況對分級投切電容器組2-2的接觸器2-1進行實時控制，井根據電動機6在經電容補償模塊2補償後的無功需求エ況，控制逆變器驅動電路控制同步靜止補償模塊I的無功輸出；在大型電動機正常運行後，控制器5根據電網的無功需求エ況對分級投切電容器組2-2的接觸器2-1進行實時控制，井根據電網在經電容補償模塊2補償後的無功需求エ況，控制逆變器驅動電路控制同步靜止補償模塊I的無功輸出，最終實現精確的無功補償。為實現同步靜止補償模塊I的快速響應，事先將根據某種逆變器半導體功率器件的調製算法得出的全相控半導體功率器件導通角控制序列文件存儲在控制器5的內存中，由於該導通角序列與逆變器的輸出電壓相對應，所以控制器5通過實時檢測、計算得到所應輸出的電壓，可直接查詢該導通角控制序列文件，即可得到逆變器功率器件的控制脈沖，輸出給三相逆變器9的驅動電路，進而得到所要的輸出電壓，最終經輸出變壓器1-3輸出無功電流給母線而對電網或大型電動機進行無功補償。本實用新型的工作過程如下當大型電動機要起動時，閉合起動開關3，斷開運行開關4，電容補償模塊2中所有的分級投切電容器組2-2都投入，控制器5實時檢測電動機進線電流及端電壓，實時計算出電動機起動過程中除電容補償模塊2無功補償後還需的無功電流，通過輸出調製脈衝給同步靜止補償模塊I的三相逆變器9的驅動電路，使得同步靜止補償模塊I輸出一定的無功電流，對電動機6起動所需的無功電流進行就地無功補償，進而降低大型電動機起動時線路的壓降以及對系統的衝擊。隨著電動機轉速的逐漸接近額定轉速，電動機6的起動電流也逐漸降低，控制器5將根據電動機的轉速及無功需求逐漸分級切除投切電容補償模塊2中的分級投切電容器組2-2，對無功補償量進行粗略的調整，由於同步靜止補償模塊I可吸收無功和發出無功，若餘下的電容過補，則可將多餘的無功進行吸收用於對直流側電容進行充電，若餘下的電容欠補，則繼續發出無功，最終確保電動機6端的電壓保持穩定，進而提高電動機起動的可靠性。當大型電動機正常運行後，斷開起動開關3，閉合運行開關4，控制器5將實時檢測目前高壓開關櫃7的進線電流和母線電壓，計算出母線要保持一定的功率因素所需補償的無功功率，進而根據電容補償模塊2中的電容器組2-2容量進行分級投切，進行ー個粗略的補償，同時控制器5再根據投切電容補償模塊2無功補償後母線的功率因素情況，控制同步靜止補償模塊I進行微調，吸收多餘的無功或發出還需的無功。本實用新型與現有技術相比，具有如下優點I)可實現大型電動機的軟起動，並具有較高的起動轉矩，而且在電動機正常運行 後可繼續對電網進行無功補償，裝置利用率高。2)電機起動時所需的大部分無功由價格較低的電容補償模塊提供，同步靜止補償模塊只發出還需無功或吸收多餘的無功，總體價格較低，且無需複雜精確的電容器投切控制策略。3)可對電動機或電網進行分相連續的無功補償，且響應速度快，使電動機端或電網電壓波動小，並可消除一定的三相電壓不平衡，提高電能質量。

圖I為現有技術I的無功補償裝置示意圖；圖2為現有技術2的無功補償裝置示意圖；圖3為現有技術3的無功補償裝置示意圖；圖4為本實用新型裝置電路原理圖。圖5為本實用新型投切電容器無功補償模塊的內部電路接線圖；圖6為本實用新型的同步靜止補償模塊的內部電路接線圖。附圖編號說明I-同步靜止補償模塊；2_電容補償模塊；3_起動開關；4_運行開關；5-控制器；6_電動機；7_高壓開關櫃；8_高壓斷路器；9_三相逆變器；1-1逆變電路；1_2直流側電容；1_3輸出變壓器；2-1接觸器'2-2分級投切電容器組。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進ー步詳細地說明，本實用新型的保護範圍不局限於下述的具體實施方式
。
具體實施方式
如圖4-6所示，ー種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，包括電網、同步靜止補償模塊I、電容補償模塊2、起動開關3、運行開關4、控制器5以及電動機6。同步靜止補償模塊I與電容補償模塊2並聯構成無功補償迴路，並通過起動開關3與電動機6並聯，再接入電網。無功補償迴路通過運行開關4與電網相連接。電容補償模塊2中包括3組電容組，3組電容器組之間相互並聯；每個電容器組中包括接觸器2-1和分級投切電容器組2-2，分級投切電容器組2-2包含採用星形接法連接的3個電容器。接觸器2-1的一端與分級投切電容器組2-2相連接，另一端接入無功補償迴路母線。同步靜止補償模塊I中包括三相逆變器9，三相逆變器9由三個單相H橋逆變電路1-1構成；同步靜止補償模塊I還包括直流側電容1-2和輸出變壓器1-3 ;逆變電路1-1與直流側電容1-2並聯，並通過輸出變壓器1-3接入無功補償迴路母線。運行開關4與電網之間串聯有高壓開關櫃7，高壓開關櫃7中包括高壓斷路器8，高壓開關櫃7母線通過高壓斷路器8與電網相連接，運行開關4與電動機6通過高壓斷路器8與高壓開關櫃7母線相連接。電網與控制器5在高壓開關櫃7的進線櫃母線處相連接。控制器5內包括數位訊號處理控制器，輸入電壓信號處理電路，輸入電流信號處理電路以及數位訊號輸出電路.其中，輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與電動機6的進線端相連接。輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與電網的母線相連接。數位訊號處理控制器分別與輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路相連接。數位訊號輸出電路一端與數位訊號處理控制器相連接，另一端分別與同步靜止補償模塊I以及電容補償模塊2相連接。同步靜止補償模塊I中包含全相控半導體功率器件，控制器5中的數位訊號輸出電路與全相控半導體功率器件的脈衝輸入端相連接。電容補償模塊2中包含接觸器，接觸器中設有控制線圈，控制器5中的數位訊號輸出電路與接觸器中的控制線圈相連接。本裝置還包括電流互感器和電壓互感器，控制器5中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過電流互感器和電壓互感器與電動機6的進線端相連接。控制器5中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過電流互感器和電壓互感器與電網母線相連接。電動機6的進線電流信號傳輸至控制器5的輸入電流信號處理電路，電動機6的端電壓信號傳輸至控制器5的輸入電壓信號處理電路，經處理後傳輸至控制器5的數位訊號處理控制器，數位訊號處理控制器計算出電動機6起動過程中除電容補償模塊2無功補償後還需的無功電流，並將控制信號傳輸至同步靜止補償模塊I的逆變器驅動電路，由同步靜止補償模塊I輸出無功電流，對電動機6起動所需的無功電流進行就地無功補償。電網的進線電流信號傳輸至控制器的輸入電流信號處理電路，電網的母線電壓信號傳輸至控制器5的輸入電壓信號處理電路,經處理後傳輸至控制器5的數位訊號處理控制器，數位訊號處理控制器計算出電網母線所需補償的無功功率，並將控制信號傳輸至電容補償模塊2進行補償，再將控制信號傳輸至同步靜止補償模塊I進行無功調整。上述技術方案只是本實用新型的一種實施方式，對於本領域內的技術人員而言，在本實用新型公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本實用新型上述具體實施方式
所描述的結構，因此前面描述的方式只是優選地，而並不具有限制性 的意義。
權利要求1.一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，包括電網，其特徵在於 所述裝置包括同步靜止補償模塊(I)、電容補償模塊(2)、起動開關(3)、運行開關(4)、控制器(5)以及電動機(6); 所述同步靜止補償模塊(I)包括逆變器，所述電容補償模塊(2)包含電容器組； 所述同步靜止補償模塊(I)與所述電容補償模塊(2)並聯構成無功補償迴路，並通過所述起動開關(3)與所述電動機(6)並聯，再接入所述電網； 所述無功補償迴路通過所述運行開關(4)與所述電網相連接； 所述電動機(6)的進線電流信號及端電壓信號傳輸至所述控制器(5)，所述控制器(5)計算出電動機起動過程中除電容補償模塊(2)無功補償後還需的無功電流，並將控制信號傳輸至所述同步靜止補償模塊(I)的逆變器驅動電路，由所述同步靜止補償模塊(I)輸出無功電流，對所述電動機(6)起動所需的無功電流進行就地無功補償； 所述電網的進線電流信號和母線電壓信號傳輸至所述控制器(5)，所述控制器(5)計算出母線所需補償的無功功率，並將控制信號傳輸至所述電容補償模塊(2)進行補償，再將控制信號傳輸至所述同步靜止補償模塊(I)進行無功調整。
2.根據權利要求I所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述電容補償模塊(2)中的各電容器組之間相互並聯；所述電容器組包括接觸器(2-1)和分級投切電容器組(2-2)，所述分級投切電容器組(2-2)包含一組電容器，所述接觸器(2-1)的一端與所述分級投切電容器組(2-2)相連接，另一端接入無功補償迴路母線。
3.根據權利要求2所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述電容補償模塊(2)包含至少I組電容器組；所述分級投切電容器組(2-2)中的一組電容器採用星型接法。
4.根據權利要求I所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述同步靜止補償模塊(I)中的逆變器為三相逆變器(9)，所述三相逆變器(9)由三個單相H橋逆變電路(1-1)構成；所述同步靜止補償模塊(I)還包括直流側電容(1-2)和輸出變壓器(1-3);所述逆變電路(1-1)與所述直流側電容(1-2)並聯，並通過所述輸出變壓器(1-3)接入所述無功補償迴路母線。
5.根據權利要求I所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述運行開關(4)與電網之間串聯有高壓開關櫃(7)，所述高壓開關櫃(7)中包括高壓斷路器(8)，所述高壓開關櫃(7)母線通過所述高壓斷路器(8)與所述電網相連接，所述運行開關(4)與電動機(6)通過所述高壓斷路器(8)與所述高壓開關櫃(7)母線相連接； 所述電網與所述控制器(5 )在所述高壓開關櫃(7 )的進線櫃母線處相連接。
6.根據權利要求I所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述控制器(5)內包括數位訊號處理控制器，輸入電壓信號處理電路，輸入電流信號處理電路以及數位訊號輸出電路；所述輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與所述電動機(6)的進線端相連接；所述輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路與所述電網的母線相連接；所述數位訊號處理控制器分別與所述輸入電壓信號處理電路以及輸入電流信號處理電路相連接； 所述數位訊號輸出電路一端與所述數位訊號處理控制器相連接，另一端分別與所述同步靜止補償模塊(I)以及電容補償模塊(2)相連接。
7.根據權利要求6所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述同步靜止補償模塊(I)中包含全相控半導體功率器件，所述控制器(5)中的數位訊號輸出電路與所述全相控半導體功率器件的脈衝輸入端相連接，進而控制所述全相控半導體功率器件的通斷。
8.根據權利要求6所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述電容補償模塊(2)中包含接觸器，所述接觸器中設有控制線圈，所述控制器(5)中的數位訊號輸出電路與所述接觸器中的控制線圈相連接。
9.根據權利要求6所述的一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，其特徵在於 所述裝置還包括電流互感器和電壓互感器，所述控制器(5)中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過所述電流互感器和電壓互感器與所述電動機(6 )的進線端相連接； 所述控制器(5 )中的輸入電流信號處理電路和輸入電壓信號處理電路通過所述電流互感器和電壓互感器與所述電網母線相連接。
專利摘要本實用新型提供了一種具有電網無功補償功能的大型電動機軟起動裝置，包括電網、同步靜止補償模塊、電容補償模塊、起動開關、運行開關、控制器以及電動機；同步靜止補償模塊與電容補償模塊並聯構成無功補償迴路，並通過起動開關與電動機並聯，再接入電網；運行開關將無功補償迴路與電網相連；控制器通過檢測電動機及電網的電壓和電流值，計算出電動機起動過程中所需的無功補償功率，進而控制無功補償迴路對電動機、電網進行就地無功補償。本裝置可在大型電動機起動時就近提供無功，實現對電網無衝擊起動，增大電動機輸出轉矩，待電動機正常運行後，控制器根據電網工況，還可對電網進行分相或全相連續調節的無功補償，增加裝置的利用率，成本較低。
文檔編號H02J3/18GK202565210SQ20122020213
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者楊龍山, 王財勇, 李輝, 李恆 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化工程建設有限公司