任建國(guó)

（新疆亞克斯資源開(kāi)發(fā)股份公司 哈密 839000）

隨著電力拖動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)裝備中大型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用愈來(lái)愈普遍，由于大型電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中容量相對(duì)比例太大，且普通感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)在全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5～7倍，全壓起動(dòng)將使所在電網(wǎng)系統(tǒng)壓降非常大，這會(huì)破壞同網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，產(chǎn)生系統(tǒng)故障跳閘。如果直接起動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)及整個(gè)機(jī)械裝置造成有害的沖擊。因此，必須采取有效措施，降低起動(dòng)電壓和電流。傳統(tǒng)的電抗器和自耦變壓器起動(dòng)方式是一種固定式降壓方式，但不能很好與設(shè)備的負(fù)載曲線匹配，所以達(dá)不到很好的限流效果，也不能根據(jù)負(fù)載狀況方便的調(diào)整起動(dòng)參數(shù),保證系統(tǒng)穩(wěn)定起動(dòng)。

CMV系列高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置具備優(yōu)異的控制性能。該裝置是基于第三代數(shù)字微處理器控制技術(shù)和現(xiàn)代電力電子控制技術(shù)設(shè)計(jì)的新型電氣高科技設(shè)備，是為高壓大型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)提供的專(zhuān)用設(shè)備，可為電動(dòng)機(jī)提供最佳的降壓限流式軟起動(dòng)方式。是先進(jìn)的、基于微處理控制的、通過(guò)光纖連接的中高壓軟起動(dòng)器，主要用于異步和同步電機(jī)的啟停。該裝置為適用不同的負(fù)載條件，達(dá)到更好的起動(dòng)效果，設(shè)計(jì)了多種控制功能,實(shí)現(xiàn)以起動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的最小電流來(lái)平穩(wěn)加速起動(dòng)，有效的降低起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)壓降，克服起動(dòng)時(shí)的電流沖擊和機(jī)械沖擊；需要軟停時(shí)，能向電動(dòng)機(jī)提供平緩漸減的可控電壓，使系統(tǒng)平穩(wěn)停車(chē)。

1 高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置的技術(shù)特點(diǎn)和配置

⑴可靠性高。半導(dǎo)體器件經(jīng)嚴(yán)格篩選老化后投入生產(chǎn)。檢測(cè)手段完善：靜態(tài)自檢、運(yùn)行中動(dòng)態(tài)檢測(cè)。采用先進(jìn)的晶閘管串并聯(lián)和動(dòng)靜態(tài)均壓技術(shù)，控制簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、整機(jī)應(yīng)用靈活、運(yùn)行可靠。

⑵免維護(hù)?？煽毓枋菬o(wú)觸點(diǎn)的電子器件，不同于其他類(lèi)型的產(chǎn)品需經(jīng)常維護(hù)液體和部件等，把機(jī)械壽命變?yōu)殡娮釉褂脡勖?，連續(xù)運(yùn)行數(shù)年也無(wú)需停機(jī)維護(hù)。

⑶安裝使用簡(jiǎn)單 CMV是一個(gè)完整的電機(jī)起動(dòng)控制和保護(hù)系統(tǒng)。在加高壓運(yùn)行前，允許使用低壓對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行電氣測(cè)試。

⑷采用高壓功率晶閘管，組件式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝維護(hù)。

⑸具有多重過(guò)電壓吸收、保護(hù)技術(shù)。

⑹內(nèi)置有直接起動(dòng)容量的真空接觸器，在檢修過(guò)程中或出現(xiàn)故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以采用直接起動(dòng)方式工作，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

⑺采用國(guó)外著名高抗干擾性的數(shù)字式觸發(fā)器與光纖隔離技術(shù)，使得裝置的高、低壓做到可靠的隔離。

⑻采用中文液晶顯示系統(tǒng)，操作界面人性化。

⑼RS-485通訊接口，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議?？膳c上位機(jī)或集中控制中心進(jìn)行通信。

⑽所有電路板均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的老化實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行三防處理,主板及所有控制板CPU全部選用原裝進(jìn)口產(chǎn)品。

⑾采用32位ARM核微控制器執(zhí)行中心控制，控制實(shí)時(shí)高效、顯示直觀、可靠性高、穩(wěn)定性好。

⑿電壓取樣采用電磁式電壓互感器，取樣線性好，抗干擾性強(qiáng)，無(wú)零漂。

⒀強(qiáng)弱電間隔離完善，系統(tǒng)強(qiáng)弱電間采用光纖隔離，避免了強(qiáng)弱電間的相互干擾，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的可靠性。

⒁功能齊全?？蛇x的多種停車(chē)方式：自由停車(chē)、軟停車(chē)、制動(dòng)剎車(chē)、軟停+制動(dòng)剎車(chē)。軟停車(chē)功能有效避免了因緊急停車(chē)而造成的水錘效應(yīng)；任意可選的多種軟起動(dòng)功能，包括限流軟起動(dòng)、電壓線性曲線起動(dòng)、電壓指數(shù)曲線起動(dòng)、電流線性曲線起動(dòng)，電流指數(shù)曲線起動(dòng)、帶突跳功能的軟起動(dòng)等；完善的保護(hù)功能：包括缺相、運(yùn)行中過(guò)流、相電流不平衡、過(guò)載、欠載、起動(dòng)超時(shí)、過(guò)壓、欠壓、相序、晶閘管過(guò)溫、零序等保護(hù)，具有開(kāi)機(jī)自檢程序；在人機(jī)界面上給出詳細(xì)的故障信息，利于操作人員維護(hù)處理；旁路功能：在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，將切換到旁路狀態(tài)，無(wú)擾切到工頻運(yùn)行，降低了整機(jī)的功耗，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

⒂可在線監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù) 在線監(jiān)測(cè)電機(jī)額定電流、平均電流、三相電流、輸出電壓、模擬輸出值、起動(dòng)倒計(jì)時(shí)時(shí)間、剎車(chē)倒計(jì)時(shí)時(shí)間；可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議進(jìn)行軟起動(dòng)裝置遠(yuǎn)程控制及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2 高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置的工作原理及結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理

通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流三相電源進(jìn)行斬波，控制輸出電壓的幅值。電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，該裝置按照設(shè)定的起動(dòng)曲線增加電機(jī)的端電壓使電機(jī)平滑加速。電機(jī)達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后，旁路接觸器接通。起動(dòng)完畢后，軟起動(dòng)裝置繼續(xù)監(jiān)控電機(jī)并提供故障保護(hù)。在軟停車(chē)階段，裝置平滑地降低電機(jī)的端電壓直到電機(jī)停機(jī)。系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2.2 晶閘管的選型

晶閘管是電機(jī)軟起動(dòng)裝置中的最關(guān)鍵功率器件，整機(jī)裝置是否工作可靠與正確選擇晶閘管額定電流、額定電壓等有很大的關(guān)系。對(duì)于6 kV、10 kV的高壓電機(jī)，由于電壓高，所以需要將晶閘管反并聯(lián)后再串起來(lái)。6 kV每相需要6只晶閘管(2只反并聯(lián)后3組串聯(lián))，10 kV每相需要10只晶閘管(2只反并聯(lián)后5組串聯(lián))。

晶閘管軟起動(dòng)裝置中，采用2個(gè)獨(dú)立晶閘管器件反并聯(lián)組成的交流相控調(diào)壓，正負(fù)半周各對(duì)應(yīng)1個(gè)晶閘管工作，因此對(duì)2個(gè)反并聯(lián)器件參數(shù)的一致性要求較高。盡量讓正、負(fù)半波對(duì)稱(chēng)，否則會(huì)有直流成分電流流過(guò)電機(jī)。由于電機(jī)繞組為電感性，因此高的直流分量會(huì)使得電機(jī)定子發(fā)熱嚴(yán)重，甚至?xí)龤щ姍C(jī)繞組，從而使電機(jī)報(bào)廢。

2.3 高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置主要組成

軟起動(dòng)裝置可劃分為功率回路、觸發(fā)系統(tǒng)、控制和保護(hù)系統(tǒng)、人機(jī)界面4個(gè)部分。

2.3.1 功率回路

主要由進(jìn)線接觸器、高壓可控硅串、并聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，其中高壓可控硅串、并聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以RC吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。

2.3.2 觸發(fā)系統(tǒng)

晶閘管觸發(fā)電路是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵部分，CMV系列觸發(fā)系統(tǒng)具有以下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

⑴采用中高壓側(cè)觸發(fā)能量耦合獲取單元技術(shù)，很好地解決了多管串聯(lián)的同步導(dǎo)通及多個(gè)串聯(lián)晶閘管之間及其與控制低壓側(cè)之間的隔離強(qiáng)度。

⑵晶閘管是一種電流控制型的雙極型半導(dǎo)體器件，它的門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元類(lèi)似于一個(gè)電流源，能向晶閘管的門(mén)極提供一個(gè)特別陡直的尖峰電流脈沖，以保證在任何時(shí)刻均能可靠觸發(fā)晶閘管。CMV系列觸發(fā)波形見(jiàn)圖2。

圖2 CMV系列觸發(fā)波形圖

⑶根據(jù)輸出電流和電壓反饋的閉環(huán)觸發(fā)控制方式，使得電機(jī)起動(dòng)平滑、保護(hù)完善。

⑷觸發(fā)電路采用光纖進(jìn)行觸發(fā)信號(hào)的傳輸、使得高低壓做到可靠隔離。

2.3.3 人機(jī)界面

人機(jī)界面由液晶顯示器和鍵盤(pán)組成，采用中文液晶顯示系統(tǒng)，操作界面人性化，用以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的參數(shù)設(shè)置、選擇起動(dòng)方式、顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等，為用戶(hù)提供簡(jiǎn)單易用的人機(jī)界面?？蛇x的觸摸屏顯示界面，使得操作更加靈活、便捷。

2.4 高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置預(yù)留系統(tǒng)信號(hào)接點(diǎn)

2.4.1 輸出信號(hào)接點(diǎn)

運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)：常開(kāi)觸點(diǎn);

停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)：常閉觸點(diǎn);

故障狀態(tài)信號(hào)：常開(kāi)觸點(diǎn),4～20 mA模擬輸出信號(hào)。

2.4.2 外部輸入信號(hào)接點(diǎn)

遠(yuǎn)程起動(dòng)信號(hào)輸入：無(wú)源常開(kāi)接點(diǎn)；遠(yuǎn)程停機(jī)信號(hào)輸入：無(wú)源常閉接點(diǎn)。

DCS起動(dòng)信號(hào)輸入：無(wú)源常開(kāi)接點(diǎn)；DCS停機(jī)信號(hào)輸入：無(wú)源常閉接點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)柜就緒信號(hào)輸入：無(wú)源常開(kāi)接點(diǎn)。

油站油壓信號(hào)、油溫信號(hào)、電機(jī)軸承溫度信號(hào)等。

2.5 高壓固態(tài)軟起動(dòng)裝置的操作/控制方式

⑴輸入方式：菜單化，中文液晶人機(jī)界面顯示；

⑵設(shè)有本地、遠(yuǎn)程（外部干接點(diǎn)）、DCS、通迅（485接口、Modbus）控制功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

高壓大功率軟起動(dòng)裝置可廣泛應(yīng)用于石油化工、電力工業(yè)、冶金鋼鐵、城市建設(shè)和礦山等行業(yè)的各種鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵、特種泵、水泵、軋機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、球磨機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械類(lèi)設(shè)備等領(lǐng)域的高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停車(chē)運(yùn)行。該裝置在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，利用先進(jìn)的可控硅移相調(diào)壓技術(shù)，閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出到電機(jī)的電壓和電流從而減小電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中由于過(guò)電流引起的電網(wǎng)波動(dòng)和機(jī)械沖擊，使電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。目前該裝置已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各行業(yè)并得到了用戶(hù)的普遍認(rèn)可。