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和平高压软启动器
发布时间:2007-05-15 浏览次数:1418

  概念软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法,控制三相反并联闸管的导通角,使被控电机的输入电压按不同的要求而变化,就可实现不同的功能。目前世界最知名的软启动器是索肯和平软启动器,索肯和平软启动器被评为中国驰名商标,索肯和平(上海)电气在国内首先使用高压固态软启动器。

  尤其以HPMV系列中高压固态软启动器尤为著名,hapn为中国驰名商标。成功应用于三峡溪洛渡水电站、北京奥运工程、上海世博会、广州白云机场、柳钢集团、大庆石油、上海地铁等国家大型工程项目。
<编辑本段>
高压电机起动方法之比较
当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段,大型企业和大型装备越来越多,大型电机(5000kW~60000kW)的应用越来越多,大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。

  社会发展是有阶段性的。在不同阶段,人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪80~90年代,我国的经济实力尚较薄弱,当时的小水泥和小钢铁发展很快,1000kW~4000kW电机的应用增长很快,与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现,它经济实用,解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期,我国经济实力已有较大的发展,生产手段和生产工具亦有了较大发展,电机容量也有了很大增长,人们开始不满足液态起动装置的低性能,于是晶闸管串联式(固态)软起动装置的应用开始增加,继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式(磁控)起动装置,变频装置用于电机软起动的情况也越来越多,当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品,液态起动装置则应用在小型(5000kW以下)电机上较多。另外,两种老式起动方法(自耦变压器和变压器-电动机组)也常常出现在20000kW以下电机的起动上。

  大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备,直接影响企业的生产状况,因此人们应该对其起动给予特别的关注,合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术,许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别,往往会造成不恰当的选择,有时甚至不得不做出第二次选择,给企业造成不应有的损失。因此,如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。为此我们在这方面做抛砖之尝试,如有不完善和不妥之处,望不吝添金加玉。

  一、电动机直接全压起动的危害性及软起动好处

  ⒈ 引起电网电压波动,影响同电网其它设备的运行

  交流电动机在全压直接起动时,起动电流会达到额定电流的4~7倍,当电机的容量相对较大时,该起动电流会引起电网电压的急剧下降,影响同电网其它设备的正常运行。

  软起动时,起动电流一般为额定电流的2~3倍,电网电压波动率一般在10%以内,对其它设备的影响非常小。

  ⒉ 对电网的影响

  对电网的影响主要表现在两个方面:

  ①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击,常常会引发功率振荡,使电网失去稳定。

  ②起动电流中含有大量的高次谐波,会与电网电路参数引起高频谐振,造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。

  软起动时起动电流大幅度降低,以上影响可完全免除。

  ⒊ 伤害电机绝缘,降低电机寿命

  ①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘,使绝缘加速老化、寿命降低。

  ②大电流产生的机械力使导线相互摩擦,降低绝缘寿命。

  ③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压,有时会达到外加电压的5倍以上,这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。

  软起动时,最大电流降低一半左右,瞬间发热量仅为直起的1/4左右,绝缘寿命会大大延长;软起时电机端电压可以从零起调,可完全免除过电压伤害。

  ⒋ 电动力对电机的伤害

  大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力,会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。

  软起动时,由于最大电流小,则冲击力大大减轻。

  ⒌ 对机械设备的伤害

  全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍,这么大的力矩突然加在静止的机械设备上,会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。

  软起动的转矩不会超过额定转矩,上述弊端可以完全克服。

  当采用减压起动时,上述危害只有一定程度的降低;当采用软起动时,上述危害几乎完全消失;独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解,而其它方面的危害都照样存在。

  超大型电动机的价值都很高,在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失,对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的,可能在某一点就有个薄弱环节,出厂试验时它能通过,但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来,使其寿命缩短。如果我们采取软起动,则可以大大延长电机的使用寿命,这两种方案哪一个合算呢?这是显而易见的。

  二、开关变压器技术简介

  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
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

  型号说明  (1)起动器额定电流:60,110,200,320,400,600,800A

  (2)主电压

  标称值

  2.3kV

  3.3kV

  4.16kV

  6.0kV

  6.6kV

  10kV

  13.8kV 适用范围

  2.3kV+10%-15%

  3.3kV+10%-15%

  4.16kV+10%-15%

  6.0kV+10%-15%

  6.6kV+10%-15%

  10kV+10%-15%

  13.8kV+10%-15%

  (3)控制电压

  标称值

  110VAC

  220VAC

  110VDC

  220VDC

  适用范围

  100~120VAC

  200~240VAC

  100~120VDC

  200~240VDC

  (4)选项功能

  可以一次选

  择一个或一

  个以上功能

  如:1+3

  (通讯+模

  拟输出)

  代号

  1

  2

  3

  4

  5 功能简介

  RS485通讯接口MODBUS协议

  RS485通讯接口PROFIBUS协议

  模拟输出功能

  带电机差动保护器

  用于多电机驱动控制器

  注:

  * 使用一个小型低压电动机(3到10kw)代替原来的高压电动机,可以进行软起动器

  的全部功能测试。

高压软启动选型指导


  电机功率的最大额定值(KW) 软起动器规格型号

  2.3kV 3.3kV 4.16kV 6.0kV 6.6kV 10kV 13.8kV 主电流 主电压 控制电压 选项

  160 250 340 590 650 1110 1400 HPMV-DN 60 - x - x - x+x..

  315 460 650 1200 1350 2230 2800 HPMV-DN 110 - x - x - x+x..

  590 860 1200 2200 2500 3980 5000 HPMV-DN 200 - x - x - x+x..

  960 1350 2000 2700 3000 4780 6000 HPMV-DN 320 - x - x - x+x..

  1200 1750 2500 3600 4000 HPMV-DN 400 - x - x - x+x..

  1800 2550 3750 4500 HPMV-DN 600 - x - x - x+x..

  2400 3450 5000 HPMV-DN 800 - x - x - x+x..

  性能参数

  ● 主要技术指标

  负载类型:三相异步或同步电机

  工作电压:2.3-13.8KV

  功率范围:160-6000KW

  重载型115%负载连续运行,过载500% 1-10秒、850% 0.5-5秒数字微处理器控制、液晶显示,起动过载和运行过载两级保护,低压控制单元与高压部分采用光纤隔离,机械和电子安全联锁装置,MCC接线排(机电控制中心接线排)。辅助继电器:多路C型干式继电器5A 240V AC可编程继电器输出,运行过程中的各种数据统计。

  环境温度:0-50℃

  海拔高度:0-1000米

  相对湿度:5-95%

  ● 可调节参数

  电机的满载电流可调

  双斜坡调整—两个独立的设定值

  初始电压:10-50%的线电压

  电流限流:100-400%电机的额定电流

  加速时间:1-30秒(可延伸至90秒)

  软停时间:1-30秒(可延伸至90秒)

  四种水泵控制曲线

  速度闭环软起控制

  脉冲突跳起动:0.1-1.0秒(80%线电压)

  每小时起动次数锁定:1-4次

  ● 通讯接口及协议

  RS485-Modbus、RS485-Profibus

  ● 国际认证

  依据国内CCC认证、欧共体CE认证

  主要特色

  一、免维护

  可控硅是无触点的电子器件,不同于其他类型的产品需经常维护导电液体和部件等,把机械寿命变为电子元件使用寿命,连续运行数年也无需停机维护。

  二、安装使用简单

  HPMV-DN是一个完整的电机起动控制和保护系统,安装时只需连接电源线和电机线即可投入运行。在加高压运行前,允许使用低压对整个系统进行机械及电气测试。HPMV-DN具有自检测,自学习和自动设置起动参数的功能。

  三、备份特性

  柜内装有可直接起动电机的真空接触器,如果HPMV-DN控制系统出现故障,可利用真空接触器直接起动电机,以保证生产的连续性。

  四、保护与监控

  具有自检程序

  可控硅短路保护

  电子过载保护和报警

  短路保护 过压保护 欠压保护

  过载保护 欠载保护 缺相保护

  相序保护 过热保护 堵转保护

  频率保护 接地漏电保护 电流不平衡保护

  电机温度保护 功率因数监控 重复起动时间限制

  安装尺寸

  暂无

  注:1、所注尺寸均以 长×宽×高 和 长×宽 形式表达

  2、具体样式尺寸祥图见资料样本


  大型高压电动机价格昂贵,在各行业的生产运行中起核心作用,对它进行多方呵护是非常必要的。软起动装置虽然工作时间短,但其重要作用不可轻视,应该引起我们电气技术工作者的高度重视。从电机系统节能的角度看,使用软起动可以取消独立供电变压器,具有很大的节电效果。

  超大型高压电动机软起动装置属于重大技术装备类别。过去主要靠进口,价格昂贵,哈尔滨帕特尔科技公司生产的开关变压器式高压电机软起动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉,给我们提供了一个新的选择。

  业内专家和国家有关领导曾多次指出:“我国对有关技术装备的引进量太大,已经影响到国家的经济安全”。这个问题应该引起我们的重视,在国家大力提倡自主创新、建设创新型国家的今天,我们更应该振奋精神,自强、自重,为国家的崛起贡献我们的力量。

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