62007年第3METALLURGICAL POWER總第121大型空分高壓電動機(jī)起動裝置的比較薛仲剛,潘玉鵬,劉金霞山東省冶金設(shè)計院山東萊亮27104)摘要】主要論述了空分裝置配套大型電動機(jī)的軟起動介紹了當(dāng)前國內(nèi)國際正在應(yīng)用和新推出的幾種中壓軟起動裝置并對它們的性能作了比較以期對相關(guān)設(shè)備的設(shè)計選型和運行維護(hù)有所幫助?！娟P(guān)鍵詞】軟起動變頻;晶閘管;磁控;液阻;性能比較【中圖分類號】TM34【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】100667642003-00604Discussion on Startup Device of High-Voltage Motor for Large Air CompressorXUE Zhong-gang, PAN Yu-peng, LIU Jin-xiaShandong Instinte of Metallurgy Designing, Laiwu, Shandong 271104, China)Abstract】Thdiscuseed. The currentlhome and abroad were presented and their properties were compared, so as to give a refer-1概述2大型交流電機(jī)軟起動必要性的分析近年來由于鋼鐵石化行業(yè)飛速發(fā)展空分設(shè)備21電動機(jī)直接起動的分析的等級不斷提高,其所配套的壓縮機(jī)電機(jī)容量也越大功率交流電機(jī)直接起動會產(chǎn)生一系列電氣和來越大,如萊鋼近兩年新上的4臺22000m}h制機(jī)械問題。氧機(jī)配套空壓機(jī)電機(jī)均為10000kW,萊鋼冶金電氣方面:起動時可達(dá)5~7倍的額定電流造廠區(qū)容量超過4500kW的大型電動機(jī)已達(dá)26臺,成電動機(jī)繞組因電流引起過溫從而加速絕緣老化導(dǎo)致6-10千伏級中壓電網(wǎng)供電負(fù)荷與容量之間的造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動大當(dāng)電壓≤085時,影響矛盾加劇,加大了對于中壓軟啟動裝置的需求。因其他設(shè)備的正常使用。此如何科學(xué)、合理地選擇大型高壓電動機(jī)的起動裝機(jī)械方面過大的起動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊對被置,已成為現(xiàn)實面臨的一大課題。拖勁的設(shè)備造成大的沖擊力縮短使用壽命影響精對于高壓電動機(jī)在電網(wǎng)容量和工藝條件允許的確度如使聯(lián)軸器損壞、增速器齒輪箱損壞等;造成情況下可以直接啟動,如果電動機(jī)的啟動對電網(wǎng)或機(jī)械傳動部件的非正常磨損及沖擊加速老化縮短壓縮機(jī)沖擊較大,造成電網(wǎng)壓降過大(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壽命。最大允許值為15%),或者工藝條件不允許的情況22有級降壓起動的分析下就不能直接起動。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步及電有級降壓起動主要是指電抗器和自耦變壓器起力半導(dǎo)體器件在高電壓大電流等方面水平的提高,動方式:中壓變頻軟起動裝置、中壓晶閘管固態(tài)軟起動裝置(1)電動機(jī)在改變其端電壓時的轉(zhuǎn)矩特性,轉(zhuǎn)在國外相繼出現(xiàn)如美國 Benshaw公司于1988年推矩與電壓的平方成正比出的世界上第一臺中壓晶閘管固態(tài)軟起動器。2002年以來,幾種國產(chǎn)中壓軟起動裝置新產(chǎn)品也應(yīng)運而串電抗器后起動電流成正比減小起動轉(zhuǎn)矩則生這就是中壓磁控軟起動裝置開關(guān)變壓器軟起動成平方關(guān)系地減小,因此電抗器阻值的選擇必須依裝置和中壓晶閘管固態(tài)軟起動裝置。據(jù)電機(jī)起動的阻力矩的情況,只有起動轉(zhuǎn)矩大于阻冶金動力總第121期METALLURGICAL POWER力矩電機(jī)才能順利起動。這就要求串入電抗器后電設(shè)備的沖擊,控制靈活,重復(fù)精度高,具有完善的電機(jī)的端電壓不能太小,一般選擇不低于07Un,其起機(jī)保護(hù)。動電流也在直接全壓起動電流的07倍左右。為了固態(tài)軟起動器的輸出響應(yīng)非常快輸出電壓對移減小起動電流總希望電抗值大一些,但這樣又容易相控制信號的平均響應(yīng)時間只有33ms它可以有三造成起動失敗為了保證起動的成功率電抗值就要種起動方式最常用的是采用電壓斜坡控制使軟起小一些但這樣起動電流又偏大,所以電抗器適合于動器輸出電壓隨時間線性上升直到全電壓輸出。在電網(wǎng)容量較大和負(fù)載(起動時)比較穩(wěn)定的情況。采用電流反饋的情況下可以保證起動電流恒定。(2)與電抗器降壓起動相比在獲得同樣起動轉(zhuǎn)由于目前電力電子制造業(yè)能夠提供SCR的耐壓矩的情況下,自耦變壓器降壓起動需電網(wǎng)提供的起動有限需要用幾個SCR串聯(lián),要求SCR器件有很好的電流較小對電網(wǎng)電壓的影響也小,適合于阻力矩比致性,SCR的導(dǎo)通和關(guān)斷有很好的靜態(tài)和動態(tài)的同較大的情況以及電網(wǎng)短路容量較小的情況其性能步性。國內(nèi)的產(chǎn)品還剛起步不久,應(yīng)用在2000kW優(yōu)于串電抗器起動自耦變壓減壓起動的主要缺點是以上的大型電動機(jī)的業(yè)績還不是很多,目前國外的在開關(guān)切換的過程中仍然有較大的轉(zhuǎn)矩突變存在 Benshaw、 Rockwell, Motortronlcs等公司已經(jīng)做到了對電網(wǎng)及設(shè)備的二次沖擊,且切換開關(guān)較多。20000kW以上,但其產(chǎn)品價格還比較貴。3大型中壓交流電機(jī)軟起動的主要方式該裝置本身功耗很小,可以連續(xù)起動,可以一拖多目前中壓電動機(jī)軟起動裝置主要有:變頻軟起機(jī)。對于有多臺壓縮機(jī)的場合還是比較經(jīng)濟(jì)的,可動晶閘管固態(tài)軟起動開關(guān)變壓器軟起動磁控軟優(yōu)先考慮。起動液體電阻它們的性能價格功能差異很大除變頻軟起動、晶閘管固態(tài)軟起動、開關(guān)變壓器軟起動外,其他都屬于降壓軟起動。31中壓變頻軟起動裝置變頻器主要是用在交流電動機(jī)調(diào)整上,具有明顯的節(jié)能效果,特大型電動機(jī)(10000kW以上)以前多選用變頻器來作軟起動裝置。用變頻器做軟起動裝置其性能是非常理想的它的電壓和頻率都能連續(xù)可調(diào),保持電動機(jī)有較小的轉(zhuǎn)差率可以做到起動電流接近電動機(jī)額定電流,(a)直接形式(b)開關(guān)變壓器形式起動力矩大起動過程中保持08-09的功率因數(shù)圖1晶管中壓電機(jī)軟起動單線圖具有很好的起動性能,但是采用變頻器起動需要采在圖1(b)中,開關(guān)變壓器式中壓電機(jī)軟起動用同步切換技術(shù)即在電動機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后要使裝置是用開關(guān)變壓器來隔離高壓和低壓,其低壓繞變頻器輸出電壓的頻率、相位和幅值與電網(wǎng)電壓完組與晶閘管和控制系統(tǒng)相連,通過改變其低壓繞組全相同,然后才能將電動機(jī)接到電網(wǎng)的真空接觸器上的電壓來改變高壓繞組上的電壓,從而達(dá)到改變合閘再將變頻器輸出至電機(jī)的真空接觸器斷開同電動機(jī)端電壓的目的以實現(xiàn)電動機(jī)的軟起動其特步切換一方面技術(shù)比較復(fù)雜另一方面成本較高。點是開關(guān)變壓器低壓側(cè)電壓低,不需采用可控硅的目前采用的中壓變頻器軟起動裝置主要從國外串聯(lián)技術(shù)在起動過程中開關(guān)變壓器始終處于開和進(jìn)口隨著變頻技術(shù)的進(jìn)步及價格的降低,變頻器作關(guān)兩種工作狀態(tài)其損耗很小。該產(chǎn)品已由哈爾濱帕為軟起動裝置的應(yīng)用會越來越多,相信最終將取代特爾科技公司研制成功并投入使用實際運行比較其他軟起動方式。理想,其價格約為進(jìn)口產(chǎn)品30%左右。32中壓晶閘管固態(tài)軟起動裝置33中壓磁控軟起動裝置中壓電動機(jī)采用固態(tài)軟起動器的接線見圖1。磁控中壓電動機(jī)軟起動裝置的原理接線圖如圖品閘管固態(tài)軟起動是用微電腦控制晶閘管導(dǎo)通2所示。角以調(diào)節(jié)輸出電壓電流。這種裝置的起動性能能磁控軟起動裝置是從電抗器起動衍生出來的達(dá)到全方位的軟起動即電壓電流都能從零起連續(xù)磁控軟起動的主要特點是用可控制的飽和電抗器取可調(diào),能完全免除對電網(wǎng)的沖擊和對電動機(jī)及機(jī)械代電抗器在磁控軟起動裝置里SCR三相橋式整流冶金動力200年第3期METALLURGICAL POWER總第121期電路通過調(diào)節(jié)飽和電抗器控制繞組中直流的大小改把大量的能量消耗在水電阻上,然后逐漸向電動機(jī)變鐵芯的飽和度從而改變電抗值的大小來控制電轉(zhuǎn)移能量使電動機(jī)升速。起動期間串聯(lián)電阻的功動機(jī)的起動電流耗很大在該裝置里飽和電抗器有兩個作用,即功率的液阻的連續(xù)調(diào)節(jié)靠的是極板間距,拖動極板的放大作用和高低壓隔離作用。磁控軟起動裝置的控是伺服電機(jī)這類裝置可按開環(huán)或閉環(huán)方式工作按制核心是PLC,它接受電流反饋信號,輸出觸發(fā)脈開環(huán)方式工作時,伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速是恒定的;按閉環(huán)方?jīng)_,實現(xiàn)電流閉環(huán)控制式工作時,伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速按偏差自動調(diào)節(jié)。磁控制軟起動的優(yōu)勢:熱變電阻器極板不動,電阻的調(diào)節(jié)依靠電解液(1)成本低,壽命長;的負(fù)溫度特性,不需要伺服控制系統(tǒng)。該裝置只能按(2)可靠性高耐受惡劣環(huán)境的能力強(qiáng)維護(hù)工開環(huán)工作,無法實現(xiàn)閉環(huán)控制。作量小;(3)空間利用率高(裝置的電控部分和飽和電抗器以前裝在一個柜子里,全部設(shè)備均在主配電室內(nèi));Q(4)總諧波畸變率較小;(5)可控性好,參數(shù)設(shè)定方便;(6)能重復(fù)起動重復(fù)精度高,可以一拖多機(jī)。但它尚有如下弱點:(1)起動電流的調(diào)節(jié)范圍偏小,一般在(254)L以內(nèi);(a)接電動機(jī)進(jìn)線側(cè)(b)接電動機(jī)星點側(cè)(2)有01秒量級的慣性,這使磁控軟起動的圖3液阻中壓電機(jī)軟起動單線圖快速性比晶閘管軟起動慢一個數(shù)量級;液體電阻的優(yōu)點(3)輔助電源容量較大(1)不產(chǎn)生高次諧波(4)軟起動過程中裝置會發(fā)出一些噪聲。(2)因電流相位相對于電網(wǎng)電壓的滯后角較磁控中壓軟起動裝置在2002年已由天津先導(dǎo)小,同樣電流引起的電壓降比純電感性的軟起動裝機(jī)電公司研制成功并投入使用,實際運行穩(wěn)定可靠,置小;武漢克銳爾公司2005年也有類似產(chǎn)品投放市場,目(3)裝置的成本低。前已投運單機(jī)最高功率為6000kW但液體電阻的工作原理和結(jié)構(gòu)決定它有如下的致命弱點:(1)難于實現(xiàn)軟起動仿真。液體電阻器的仿真存在很大的難度。難度在于很難獲知數(shù)學(xué)模型受許多因素的影響,如環(huán)境溫度、電液介質(zhì)極板、空間等,因此起動電流的控制精度較差變化范圍較大,QF2一次起動成功率較低。(2)在起動過程中隨著熱量的積累溫度上升,電阻變化較大這就使得它在二次起動之間必須充分冷卻。因此不宜連續(xù)起動對熱變電阻尤為明顯。(a)接電動機(jī)進(jìn)線側(cè)(b)接電動機(jī)星點側(cè)(3)即使采用電流閉環(huán)控制,因響應(yīng)速度慢,如圖2磁控中壓電機(jī)軟起動單線圖要做轉(zhuǎn)矩控制會更困難。34液阻軟起動(4)由于電解液受熱會揮發(fā)需要不斷補(bǔ)充并液阻軟起動裝置的原理接線圖如圖3所示。且電極會電解掉需要定期更換。電解液揮發(fā)所帶來液體電阻由水和電解質(zhì)組成,利用極板的移動的鹽霧會腐蝕周圍的電氣設(shè)備。因此非但它本身的或通電后水溫的變化來達(dá)到調(diào)節(jié)電阻的變化。前者壽命不長,而且也會影響其他電氣設(shè)備的壽命簡稱“液阻”,后者簡稱“熱變電阻”。起動時,二者(5)由于液阻箱體積大,占用空間就大,勢必增30年第3期冶金動力METALLURGICAL POWER加額外投資。從使用的情況來看其最根本的問題還難以解決這(6)電解液的魚溫度特性也決定了該裝置受環(huán)種起動器只能是現(xiàn)階段的一個過渡產(chǎn)品,已有被固境溫度影響較大,尤其是在我國北方地區(qū),冬季和夏態(tài)軟起動器代替的趨勢。季環(huán)境溫差可達(dá)50℃,冬天就必須設(shè)取暖設(shè)施增4各種軟起動的性能比較加了投資,也增加了運行成本。各種軟起動的主要性能和工作特點如下:另外,液阻的調(diào)節(jié)需通過傳動機(jī)構(gòu)降低了可靠(1)自耦變壓器有級降壓軟起動在降壓的同時性。而熱變電阻盡管不需伺服機(jī)構(gòu)但是以犧牲可控可以使電網(wǎng)電流得到與<1的降壓比成反比的放大性為代價。由于熱變電阻是根據(jù)溫度變化進(jìn)行開環(huán)(2)晶閘管:用微電腦通過晶閘管實現(xiàn)軟起動,調(diào)節(jié)使得每次起動時的性能不可能一致連續(xù)起動調(diào)節(jié)快速性好閉環(huán)控制,帶電機(jī)保護(hù)操作菜單化。時的電流越來越大,導(dǎo)致繼電器保護(hù)整定動作這就(3)磁控:蛹PLC通過磁飽和和實現(xiàn)軟起動,是重復(fù)性問題,重復(fù)性指的是不同軟起動過程的一調(diào)節(jié)快速性好,閉環(huán)控制,操作菜單化。致性,是軟起動的重要指標(biāo)之一。而熱變電阻對環(huán)境(4)液阻:離子導(dǎo)體由極板間距控制電阻,可閉溫度的變化網(wǎng)壓的波動毫無辦法。環(huán)控制。在國外早期有液阻軟起動產(chǎn)品,不過都是串聯(lián)(5)熱電電阻:離子導(dǎo)電,靠電解質(zhì)電導(dǎo)率的負(fù)在繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路里現(xiàn)在已不再使用。前幾年開溫度特性改變阻值始,國內(nèi)較多廠家已經(jīng)將水電阻應(yīng)用到中壓電機(jī)的(6)變頻:本質(zhì)上不同于降壓軟起動。限流不犧起動上,在技術(shù)上進(jìn)行了創(chuàng)新并有相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品牲轉(zhuǎn)矩。帶電機(jī)保護(hù)操作菜單化投入使用,容量也已經(jīng)做到了15800kW。但是,以上軟起動的性能比較見表1。褒1各種軟起動的性能比較軟起動控制方式軟停止高次諧波重復(fù)性連續(xù)啟動使用壽命起動功耗維護(hù)工作量外形尺寸環(huán)境耐受設(shè)備費用其他配套投資自朝變壓器開環(huán)難小穩(wěn)定可以長小較小較強(qiáng)較高晶閘管電流閉環(huán)易較大穩(wěn)定可以長小小較強(qiáng)較高磁控電流閉環(huán)較易較小穩(wěn)定可以長較小小小小大大較小液阻開環(huán)、閉環(huán)較難較差不推薦短大低低高高熱變電阻開環(huán)不能無差不可以短大大較弱變頻易可消除穩(wěn)定可以.長較小較小較弱低低高小較高眾所周知,起動裝置對于大型電動機(jī)能否正常件有限的情況下,才考慮采用何種軟起動方式。由于運行至關(guān)重要而市場上的生產(chǎn)廠家眾多,產(chǎn)品的形各地環(huán)境不同,比如在北方,就不宜使用液體類產(chǎn)式性能也不盡相同通過前面對各種中壓起動裝置品,宜采用固態(tài)軟起動。在經(jīng)濟(jì)性方面除了自身裝的起動方式和優(yōu)缺點的論述,希望對合理地選擇適置的費用外,還應(yīng)綜合考慮其使用年限、安裝成本合本行業(yè)的起動裝置能有所幫助。運行成本、配套設(shè)施部分費用。總之應(yīng)根據(jù)具體情起動方式的選擇原則首先要確保設(shè)備簡單、安況,進(jìn)行綜合比較得出最理想的結(jié)果。全、可靠操作維護(hù)方便起動一次成功。就空分行業(yè)收稿日期:2006-11-30而言大型電動機(jī)主要用于壓縮機(jī)拖動其工作方式作者簡介;薛仲剛(192-),男,195年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)電力系為不頻繁起動供電電源相對獨立在電網(wǎng)和機(jī)械允魏及其自動化專業(yè),工程師,現(xiàn)從事電氣工程設(shè)計工作許的情況下可以采用諸如電抗器等形式。在電網(wǎng)條(上接第2頁)尚屬最新電能質(zhì)量控制技術(shù),全球范降低設(shè)備對電壓叫陷的敏感度。圍內(nèi)的應(yīng)用最近幾年剛剛開始,且裝置價格較高約參考文獻(xiàn)在2500~3000元№VA左右投資大。以三鋼高線(肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制北京:中國電力出版社廠為例,要裝設(shè)3700kA大容量的DvR,至少需孫樹勤電壓波動與電壓閃變北京中國電力出版社投資925萬元以上不經(jīng)濟(jì)。因此在目前情況下解收稿日期:2006-11-28作者簡介:王大居(1971-)男,199年畢業(yè)于橘州大學(xué)電氣系電力決電壓凹陷最有效、最經(jīng)濟(jì)的的辦法還是積極采取系統(tǒng)及其自動化專業(yè),工程師現(xiàn)從事高壓配電及自動控制工作。組織措施、技術(shù)措施減少公用電網(wǎng)發(fā)生短路故障和