高压笼型电动机自励式磁控软起动技术.pdf

7 0 | 电气时代2 0 0 8 年第 1 期 技术交流电气节能 ELECTRIC ENERGY CONSERVATION 高 压电动机串电抗器起动，因电抗器制造 参数固定， 电抗值不能调整， 不能改变起 动转矩而存在以下缺点一是电抗器切 除时有较大的电流冲击和机械冲击， 不具备 “软起 动” 的特性；二是起动末期电动机出力不足导致起 动不成功或者不理想。 磁控软起动是由电抗器起动 演变而来的， 实质上是串阻抗在一定范围内可以任 意调整的磁控电抗器起动， 是高压电动机比较理想 的软起动方式。 自励式磁控电抗器技术 1 . 磁控电抗器 不可控电抗器原理如图1 所示， 在一定电源电 压时，其感抗值取决于 Z ＝ωL ＝ωN 2 μS / l 1 0 －8 1 显见， 电抗器几何尺寸s 、 L 和线圈参数N 一定 时，电抗值Z 仅与铁心的磁导率μ有关。磁控电抗 器原理如图2 所示， 它是一个附加直流线圈的电抗 器， 铁心的磁导率μ与直流电流I k的关系曲线如图 3 所示。 显见， 当直流线圈中直流电流有较小的变化 时， 交流线圈的感抗值就有较大的变化。 这种利用 直流电流的变化， 从而改变交流线圈感抗的元件称 为磁控饱和电抗器， 简称磁控电抗器。 传统磁控电抗器的技术局限 1 . 辅助电源 传统磁控电抗器的直流绕组一般是由3 8 0 V 三 相全控整流桥供电的， 需大功率低压电源为直流励 磁回路供电。 2 . 可控性低 传统的磁控电抗器利用一个直流线圈控制三相 交流线圈，是一个松散结构，阻抗的调整范围在 3 0 ～4 0 之间。 3 . 严重的谐波污染 只要存在磁饱和， 就必然有高次谐波。 传统的 磁控电抗器对此没作任何处理， 任其注入公共电网， 其电压畸变率高达 3 0 。 4 . 漏磁 大的交变电流通过感性线圈， 必然产生很大的 交变磁场， 传统磁控电抗器无磁屏蔽技术， 交变磁 场直接散发在空中， 造成了 “磁场满天飞” 的现象， 会干扰周围其他设备。 自励式磁控电抗器的技术创新 1 . 自励电源技术 自励式磁控电抗器控制 直流 绕组及晶闸管跨接方式 如图4 所示， 通过与高压交流线 圈的耦合， 晶闸管两端可自励 出一2 0 0 ～4 0 0 V 电压， 在电源 的正负半周晶闸管分时导通， 并改变晶闸管的导通角， 即可 高压笼型电动机 自励式磁控软起动技术 文/武汉科锐尔电气有限公司 危文刚 磁控电抗器起动电动机的方式不仅具备电抗器起动设备结构简单， 安全可靠的优 点，又克服了电抗器起动的一些缺点，是高压电动机比较理想的软起动方式。 图 1 不可控电抗器 原理示意图 铁心交流线圈 铁心 交流线圈 直流线圈 图 2 磁控电抗器 原理示意图 图 3 铁心导磁率与 直流电流关系曲线 μ I k O 图 4 控制线圈及 晶闸管跨接图 2 0 0 8 年第 1 期电气时代 | 7 1www. e a g e . c o m. c n 技术交流电气节能 ELECTRIC ENERGY CONSERVATION 在控制绕组线圈得到大小可以任意调节的电流， 使 自励式磁控电抗器不需要大容量的低压整流电源即 可保证其正常工作。 2 . 交直流线圈紧耦合控制技术 交流线圈和直流线圈分层绕在电抗器2 个内铁 心柱的内外层， 并使直流磁场在2 个内铁心柱内闭 合， 使整个铁心只有2 个内铁心柱饱和 局部饱和 ， 直流励磁效率大大提高，电抗调整率由原来的4 0 以下提高到 9 0 以上。 3 . 滤波技术 设计专门的滤波线圈，把三相滤波线圈角接， 使谐波分量 主要为奇次谐波 在角接的滤波线圈里 抵消，电压畸变率由原来的 3 0 下降到 3 以下。 4 . 磁屏蔽技术 电动机的起动电流通过电抗器中线圈， 会产生 大的交变磁场， 这种交变磁场散发到空气中， 会给 周围的设备带来很大的伤害， 我们在设计磁控电抗 器的铁心 见图5 时， 将四周铁轭的截面积设计得远 远大于中间的铁心柱， 确保交变磁场在外铁轭里闭 合，不散发到空中。 磁控控制器 磁控控制器是磁控软起动装置的控制器件， 包 含2 个部分，即人机界面和触发控制器。人机界面 具备人机对话功能， 可通过其设置电动机相关参数 和起动参数；并显示起动参数， 查阅历史曲线等。 通过人机界面设置的起动电流等参数将写入触发控 制器。 在电动机起动时， 从电动机主回路取样的闭 环电流信号和设置的电流值做比较， 并根据比较结 果给跨接在控制线圈的晶闸管发出导通角参数， 调 整控制绕组直流电流的大小， 来调整磁控电抗器阻 抗的大小， 从而调整电动机起动电流的大小， 使起 动电流锁定在设定值 误差为3 。 自励式磁控软起动限流范围的设计和选择 自励式磁控软起动利用可控性很好的自励式磁 控电抗器作为分压元件实现电动机的软起动， 在理 论和实践上都可以实现电动机从额定电流以下到全 压起动电流之间的恒电流起动控制。 但是磁控软起 动终究是一种降压软起动，是要牺牲起动转矩的。 在实际的工程应用中， 1 . 5 倍额定电流以下恒电流起 动电动机时， 是不能确保电磁转矩可以克服静阻转 矩而保证电动机成功起动的；而4 倍以上额定电流 起动电动机就失去了使用软起动的意义。 从实用性 和节约成本的角度考虑， 自励式磁控软起动限流范 围一般设计在1 . 5 ～4 倍额定电流之间 如图6 所示 ， 就是说通过人机界面的设置， 可以很方便地实现如图6 所示 的曲线①和曲线②之间任意选 择一条曲线作为电动机的实际 起动曲线 以克服静阻转矩电流 最小值为限 。 特殊工况需要更 大的限流范围，则可通过特殊 设计实现。 应用情况 自武汉科锐尔电气有限公司2 0 0 3 年第一套自励 式磁控软起动装置研制成功到现在， 已投放1 0 0 多套 该设备在全国各地运行， 功率从几百到一万多千瓦， 电压等级6 ～1 0 k V 。 天铁集团热力厂3 电动鼓风机 1 2 5 0 0 k W / 1 0 k V 笼型电动机自励式磁控软起动装置， 于2 0 0 6 年8 月3 1 日一次性投运成功。 天铁集团热力厂3 电动鼓风机电动机参数及起 动情况如下 额定功率1 2 5 0 0 k W ， 额定电压1 0 k V ， 额定电流8 2 1 A ， 起动电流2 1 6 0 A 2 . 6 3 I e ， 起动时 间3 7 s ， 电网压降9 . 6 。 截止发稿时间为止， 该设 备已起动电动机1 0 次以上， 通 过查阅历史曲线， 每次起动的 电流曲线都是一致的，如图 7 所示。 天铁集团热力厂1 2 5 0 0 k W 电动机自励式磁控软起动装置 的成功投运， 标志着自励式磁 控软起动在起动特大功率电动 机上的应用技术已经成熟。 自励式磁控电抗器控制 电压低 4 0 0 V 以下 ， 控制电流小 电动机起动电流的 0 . 5 倍 ， 被拖动电动机容量扩大到3 0 0 0 0 k W / 1 0 k V 以下是不存在技术障碍的。 EA 收稿日期2 0 0 7 . 0 7 . 3 0 图 7 天铁 1 2 5 0 0 k W电动机起动电流曲线 t / s 1 0 2 0 3 0 4 0 I q/ A 2 4 0 0 1 8 0 0 1 2 0 0 6 0 0 0 图 5 铁心结构图 图 6 自励式磁控软起动限流范围 I q 4 I e 1 . 5 I e I e ② ① t O