CN101404472B - 三相整流桥组成的中低压和高压电机软起动器 - Google Patents

三相整流桥组成的中低压和高压电机软起动器 Download PDF

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Abstract

本发明为三相整流桥组成的中低压和高压电机软起动器涉及中、低、高压交流电动机的无冲击起动控制。它采用直流侧短路工作的晶闸管三相全控整流桥作交流调压器,将电机定子绕组接入整流桥交流回路中、通过相控可对中低压(220-380-660V)电机实现“一拖N”软起动;将隔离变压器低压线圈接入整流桥交流回路中、电机定子与高压线圈串联、通过相控可对高压(3-6-10KV)电机实现“一拖N”软起动。设置多组低压线圈并采用多套整流桥可组成高压“多重化”软起动器、从而解决大功率机电传动系统的可控启动问题。

Description

三相整流桥组成的中低压和高压电机软起动器
(—)技术领域
[0001] 本发明涉及到一种采用晶闸管三相全控整流桥作交流调压的可控启动设备,用于控制和驱动交流电动机使其实现平稳软起动,从而减小电流冲击、降低机械传动应力、延长机电设备寿命和抑制对电网影响。
(二)背景技术
[0002] 交流鼠笼型感应电动机结构简单、坚固耐用、电能转换效率高、维修方便、应用量大面广,但由于起动电流达5-7倍额定电流,造成对负载的冲击、电网电压的下降和电能的附加损耗,还影响其它电力用户正常运行。上世纪80年代晶闸管(SCR)固态软起动器问世以来,较满意的解决了交流电动机存在的起动问题。但由于现有的固态软起动器产品(包括国内外)均毫无例外地采用晶闸管(SCR)三相反并联交流调压电路、其“扩容”非常困难,所以这一代固态软起动器主要限于应用在中低压(220V-380V-660V)交流电动机。
[0003] 将近卅多年的时间,晶闸管固态软起动器主电路结构一直被三相反并联交流调压电路(几)所独占,这使人们产生了一种错觉:似乎采用三相反并联交流调压电路(几)组成软起动器是天经地义而无可非议的。发明人在1991年第一期《湖北工学院学报》中发表了一篇题为“相控整流电路通用公式的推导”论文,该文讨论了电网自然换流电路共同工作原理、数量关系、波形特点和各类相控电路的相互演变规律,在该文P59页图2(21-24)中作者揭示了晶闸管三相反并联交流调压电路和晶闸管三相全控桥式整流电路相互演变的规律,并指出了三相桥式可控整流电路演变成为三相反并联交流调压电路的过程。这说明采用三相全控桥式可控整流电路也可组成交流调压电路,即也可组成电机软起动器。
[0004] 由于历史原因,我国大容量异步电机的定子供电电压技术标准定得过高:凡功率大于450KW电机,早期定为3KV,后来定为6KV,最近几年又定为10KV。这样做的主要原因,也是为了减小起动电流。因为高压大功率电动机直接起动造成的恶果及影响比中低压电机更为严重,如我国传统产业中的风机、水泵(包括压缩机、输油泵和输气泵等)拖动系统中的高压异步电动机的“停机”操作常被受到“限制”、以免电机再起动时导致电网电压下降影响其它工艺设备正常运行,因而常常引起系统“放空回流”运行、白白浪费电能。
[0005]目前用于解决高压大容量电机起动问题的主要方法是在线绕型异步电动机转子侧串电阻、频敏电阻、液态变阻器等或在鼠笼型异步电机定子上串电感、磁控饱和电抗器(耗铁耗铜),也有在反并联电路上采用单个晶闸管器件的串并联组成高压固态软起动器的方法、但工艺技术复杂,成本高、其价格是液态起动器的5〜10倍,所以该法普遍受到产业界的冷落;而液态起动器由于受温度影响、多次重复起动特性差、结构又过于复杂、运输安装不方便…,有人予言它即将淘汰。所以国内外市场上至今尚无定型高压软起动器产品问世。
[0006] 2005年第3期《电力电子技术》杂志刊登的“基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器”一文,介绍了在饱和电抗器低压励磁线圈中采用晶闸管(SCR)反并联交流调压电路、而将电机高压定子绕组与限流变压器高压线圈串联组成高压软起动器的方法。该法巧妙地解决了低压电力半导体器件用于高压软起动器的耐压问题,实际上这是固态器件和电磁器件在高压大功率软起动器上的综合应用。但由于交流调压仍沿用晶闸管反并联电路,扩容仍受晶闸管“多并多串”和反并联电路固有拓扑电路缺点的限制。
[0007] 为满足高压电机拖动的生产工艺设备“起-停”操作要求,优化高压大电机的起动过程控制,开发成本低廉、价格适中的大功率机电传动系统可控启动设备事在必行
(三)发明内容
[0008] 图1是采用晶闸管反并联交流调压电路(以下用JL表示)组成的中低压电机软起动器“一拖I”单线主电路图。图中3〜/A-B-C—三相交流电源;K—配电电器;几一反并联交流调压器;KM—旁路开关;M—是丫 / A联结中低压交流电机,a、b、c—电动机定子绕组引线;CF—触发器;Uk-移相调控系统。该软起动器的连接顺序是:交流电源—配电电器一调压器一电动机,交流电源在前、电机在后、调压器居中。旁路开关与调压器并联。它存在下列缺点:
[0009] 1、调压谐波易侵入电网:调压器与交流电网直接连接、使调压器这一谐波源与交流电网靠近,因而晶闸管的di/dt和du/dt产生的噪扰可以在电网中传播;
[0010] 2、起动完毕调压器未隔离:该电路利用旁路开关在电机起动完毕后使调压器“断流退出”并给电机施加全压。将调压器旁路最好的方式是使调压器与电机和电网形成电气“隔离”。在此须注意:该图中的调压器在旁路开关闭合后虽已断流并仃止工作,但它仍然连接在电路中、并未与电机和电网形成电气“隔离”。调压器与电网形成“死”连接会受到电路瞬时过电压的袭击;调压器与电机形成“死”连接对实施“一拖N”会带来麻烦。
[0011] 3、“一拖N”使用开关太多:图2是采用晶闸管反并联交流调压器组成的中低压软起动器“一拖3”单线主电路图。“一拖N”方案的实施意味着共用一套调压器分时起动多台(N台)电机,它是软起动器一种典型运行方式,也是软起动产品应具有的一项基本技术性能。在N= 1、即图1中,该软起动电路仅用了 2个开关;而在N = 3、即图2中,该软起动电路却用了 10个开关:其中K1、K2、K3——电机定子回路的断路开关;KM1、KM2、KM3——实施“一拖3”起动方案必须配备的旁路开关;1K—调压电路专用断路开关;2K、3K、4K——调压器与电机形成电气“隔离”的电磁开关。即在采用同一套调压电路的前堤下为实施“一拖N”、每增加一台电机则需增加3台开关。开关的增加意味软起动器整机结构复杂、接线烦锁,实际应用时给用户造成了困难、还增加了软起动器成本。
[0012] 4、反并联拓扑结构自身缺点难以克服:图3是三相三线(无中线)反并联交流调压电路拓扑结构图(以下用几表示)。图中3〜/A-B-C、几、CF、Uk与图1相同,而n——电源侧公共点;R'—三相交流负载;n’一负载侧中性点。这就是现有软起动器的主电路原理图。通过下面的简单分析可知,反并联电路存在下列不足:
[0013] ①六个晶闸管形成三个单相两两反并联的拓扑结构,晶闸管的“换流”是分别在同一相“反并联对”两个晶闸管(1-4、3-6、2-5)中进行的,“换流”时电流要改换方向,实现安全换流较困难;
[0014] ②工作时会在负载上施加相当复杂的缺角正弦电压波形,即使电路的电感很小、也会产生相当高的反电势,会引起交流电源波形发生畸变并产生高频电磁辐射;
[0015] ③电路在移相调控过程中三相工作不一定对称、有可能出现三相不平衡导电情况,负载中虽不存在3次谐波电流、但除含有5、7、11、13…次谐波外,还含有3倍次谐波,谐
波含量高;
[0016] ④该电路各相晶闸管两两反并联,导致晶闸管元件耐压低,输出电流小,致使三相大功率交流调压模块难以制造,这也是现有固态软起动器仅限于应用在中低压(220V-380V-660V)交流电动机的主要原因。
[0017] 本发明的目的在于寻找一种能克服上述缺点的、应用成熟而移相调控又兼容的相控变流器作交流调压器以兼用于组成中低压电机和高压电机两种软起动产品。
[0018] 纵观电力电子学的发展历程可知:晶闸管三相全控桥式整流电路(以下用ZL表示)是半导体变流技术中一种最基本的电能变换电路,它曾为电力电子学的发展立下了汗马功劳。在经典传统应用电路中它主要用于实现交/直(AC/DC)可控整流或交/交(AC/AC)周波电能变换。图4是晶闸管三相全控桥式整流电路的拓扑结构图(以下用ZL表示),图中A-B-C——交流电源;1、2、3、4、5、6——全控桥电路的六个晶闸管;A1、B1、C1——整流桥交流侧输入端;P、N——整流桥直流侧输出端;R——直流负载;CF——触发器;Uk-移相调控系统。它与图3电路一样、也由六个晶闸管组成,移相调控程序兼容。同样由六个SCR组成、但由于桥电路具有明显不同的拓扑结构,其工作机理及其电能变换模式显示出很多独有特色:
[0019] 1、桥电路中六个晶闸管的“换流”分别在共阴极组三个(1 — 3 — 5)或共阳极组三个(4 — 6 — 2)晶闸管中进行,“换流”时电流不反向,换流安全、简单、可靠;
[0020] 2、二相桥电路是相控整流最早获得工业应用的一种电路,控制技术成熟;
[0021] 3、桥电路在 移相调控过程中运行平稳、三相线电流对称、均衡;线电流波形含谐波成份少:它不但无偶次和三次谐波、就是3X 50HZ = 150HZ的所有奇数倍谐波也均消失了,只含有5、7、11、13…次谐波。所以交流电网中谐波含量也是最低的、对电网的影响也较小。、
[0022] 4、桥电路动态特性优良、相控“死区”时间短(3.3ms)、对移相调控信号Uk反应快;
[0023] 5、桥电路的拓扑结构特点决定:在桥电路三个交流输入端中、同相上下桥臂(如1-4、3-6、5-2)是串联的、故电路耐压高,而在直流输出端的共阴极组三个桥臂(1、3、5)和共阳极组三个桥臂(4、6、2)又分别并联,所以输出电流大。
[0024] 6、更重要的是在现代电力电子设备中三相桥电路已成为一种最基本的“功率变换单元”。作为“电路单元”使用时,在需要扩容时、无需对每个SCR器件进行串并连接、只需在交流侧应用多相交流电源、而在直流侧应用多套桥电路的串级和并级联结就可组成大功率变流器。在大功率整流电路中该“扩容”技术被称为“多重化”联结技术。
[0025] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0026] 用三相全控整流桥作交流调压器时,保留原有移相调控系统不变、将其直流侧短接、然后将中低压电机定子三相绕组分别接入交流侧三相交流回路中、以便组成中低压电机软起动器;采用三相高压隔离变压器、将其低压侧的三相低压线圈接入直流侧短接的三相整流桥交流回路中,然后将高压电机的三相定子绕组与隔离变压器高压侧的三相高压线圈串联即可组成“单重化”高压电机软起动器;在隔离变压器的低压侧设置多组电压相位差为60° /W的三相低压线圈(W为低压线圈组数)、采用多套整流桥并将各组三相低压线圈接入各自的三相整流桥交流回路中、然后将各套整流桥的直流侧顺极性串联短接并由同一控制信号Uk进行移相调控,最后将高压电机的三相定子绕组与隔离变压器高压侧的三相高压线圈串联即可组成“多重化”大功率高压电机软起动器。
[0027] 上述技术方案说明:采用整流桥可以组成交流调压器,也可组成中低压电机(220-380-660V电机)软起动器和高压电机(3-6-10KV电机)软起动器。
[0028] 图5是采用直流侧短接的整流桥作交流调压器组成的中低压电机软起动器(以下简称本发明软起动器)“一拖I”三相电气原理图。图中3〜/A-B-C、ZL、CF、Uk、Al、Bl、Cl和P、N与图4相同,M—中低压鼠笼型异步电动机(其中a、b、c是电机定子绕组首端引线,a’、b’、c’是末端引线)。该软起动电路是按交流电源一电机一调压电路次序连接的,交流电源在前、电机居中、调压电路在后。将图5与图1比较后可知:其调压电路位置与电机位置进行了互换,即晶闸管交流调压电路连接在交流电源与电机之后,这使调压电路这一谐波源远离电网且谐波侵入电网又受到电机定子电感线圈的抑制,可以减小调压电路晶闸管的di/dt和du/dt产生的噪扰在电网中的传播;另外,电机和调压器是直接相连的、对电机可实现0〜220V的软起动或轻载节能降压调节。
[0029] 图6和图7是本发明中低压电机软起动器带全压开关“一拖I”单线和三相一电气原理图。图中3〜/A-B-C、M、ZL、CF、Uk、Al、Bl、Cl和P、N与图5相同,KM——全压开关;。该电路中的全压开关具有三对“工作”常开主接点和三对“备用”常开主接点并具有公共点U、V、W,全压开关连接在电机和调压电路之间,其接线特征是:三对“工作”常开主接点串联与整流桥交流输入端连接,而三对“备用”常开主接点跨接在电机未端(Y接电机)或跨接在电机首端(A接电机)。请参阅图13。全压开关的“通-断”“要求是:在电机起动时三对“备用”常开主接点先断开、三对“工作”常开主接点后闭合,起动完毕后三对“工作”常开主接点先断开、三对“备用”常开主接接点后闭合。
[0030] 图8是本发明中低压电机“ 一拖3 ”软起动器单线电气原理图,需在电机与调压电路之间接入N台全压开关(KM1〜KMn),全压开关连接的特点是:将第I〜N台电机(M1〜Mn)所属全压开关(KM1-KMn)各公共点叫、V1'W1〜Un、Vn、Wn)分别接在与所属电机定子绕组末端(an'、bn'、cn')连接,各“备用”常开主接点引线按“全压”运行时Y型联结或A型联结要求连接,各“工作”常开主接点引线则全部连接在同一套调压器交流侧输入端AUBUCl上。该电路的最大特点是在分时起动完三台电机后,能将调压器旁路并能使它与电机和电网形成电气“隔离”。
[0031] 采用直流侧短接的整流桥作交流调压器组成的中低压电机软起动器也存在缺点:它适用于〜220VY联结电机,对于〜380V电机在软起动完毕后必须按图7连接再进行一次Y — A转换,而后者的转换具有短时电流冲击,有待进一步改进。
[0032] 按上述技术方案,在组成“单重化”高压电机软起动器时要将交流调压器交流侧的三相负载由电机定子绕组改换为高压隔离变压器的三相低压线圈。
[0033] 图9是“单重化”高压电机“一拖I”软起动器三相主电路图。图中3〜/A’-B’-C’ 一三相交流高压电源;K’ 一高压配电断路器;wLo—具有一组三相低压线圈和一组三相高压线圈的高压隔离变压器,其中%、bp C1和ar、br、cr分别是三相低压线
圈首端和末端,a2、b2、C2和a2,、b2,、c2,分别是三相高压线圈的首端和末端;M’ -Y/ A联
结的三相高压异步电动机,a、b、c是定子绕组引线;KM’——高压旁路开关;ZL、Uk——与中低压电机软起动器一样的交流调压器及移相调控系统。该起动电路可用于功率为数百kw的高压电机。[0034] “单重化”高压电机固态软起动器由高压回路和低压回路组成,低压回路包括隔离变压器的低压线圈和整流桥;高压回路包括高压交流电源、高压断路器、高压旁路开关、隔离变压器的高压线圈和电机定子绕组。
[0035] “单重化”高压电机软起动器主电路电气连接特征是:低压回路中的三相低压线圈的首瑞a2、b2、c2连接在一起形成公共点n,而其末端a2,、b2,、c2,分别与调压器输入端ApB1'C1连接;高压回路按下列顺序串联:交流高压电源一高压断路器一隔离变压器高压线圈一高压交流电机。高压电源和断路器在前、高压线圈居中、电机在后,旁路开关主接点与高压线圈并联。
[0036] “单重化”高压电机固态软起动器的工作原理和工作过程如下:通过交流调压器的移相控制改变隔离变压器低压线圈中的电流、从而改变高压回路中高压线圈阻抗,调控与高压线圈串联的电机定子绕组中的电压,使高压电机获得软起动特性。在移相调控信号Uk = 0的情况下,调压器中的晶闸管阻断;合上断路器K’后,变压器低压线圈相当于开路,高压线圈仅流过空载励磁电流,这时交流电源电压绝大部份降落在隔离变压器的高压线圈上;在恒流起动模式PID软件程序控制下、Uk增大,电机起动且电压逐步从高压线圈转移到电机绕组上,电机逐步升压,转速渐渐提高;当到达电机全速(电机额定转速)或全压(〜220V或380V)时旁路开关KM’自动闭合、同时移相调控信号Uk回复到零、隔离变压器wLo及交流调压器ZL均退出工作并准备第二次启动。
[0037] 对于需要实现“一拖N”起动方案而又长期处于空载或轻载工作的高压电机,应先将电机Y联结中性点或A连接线解开、使电机呈现出六个引线(包括定子绕组三个首端a-b-c引线和三个末端a’ -b’ -c’引线),然后在图9基础上按图10进行接线——即保留低压回路连接不变、而将高压回路各组成部份的串联顺序改变为:交流高压电源一高压断路器一高压交流电机一全压开关一隔离变压器高压线圈。高压电源和断路器在前、电机居中、高压线圈在后并接成Y型。全压开关主接点接线与图7相同。
[0038] 图11是“单重化”高压电机固态软起动器轻载“一拖I”单线主电路图,该起动电路既不用旁路开关也不用 全压开关,可对电机进行轻载降压节能控制、即功率因数控制。
[0039] 图12是“单重化”高压电机“一拖3”软起动器单线电路图。在电机和隔离变压器之间必需接入三台全压开关、其接线可仿图8进行,每台接线相同:公共点U、V、W接于各电机末端;三对“工作”常开主接点均连接在高压线圈首端上;而三对“备用”常开主接点可垮接在电机末端将电机接成Y型或跨接在电机首端将电机接成A型,如图13所不。
[0040] 按上述技术方案,在组成“多重化”大功率高压电机软起动器时要在隔离变压器的低压侧设置电压相位差为60° /m的多组(m组)三相交流低压线圈、采用多套(n套)整流桥、各整流桥直流侧顺极性串联短接并启用同一控制信号Uk进行移相调控,仿照大功率整流电路的组成原理将多组三相低压线圈与多套整流桥进行“多重(w重)化”联接。其中w
=m = rio
[0041] 图14和图15是“二重化”大功率高压电机软起动器单线和三相主电路图。图中3〜/^’-8’-(:’、1(’、1’、做’、队与图9相同。wLo——具有两组三相低压线圈(I组和II组)的隔离变压器;ZU、CF1—第一套整流桥及触发器;ZL2、CF1—第二套整流桥及触发器。该电路可用于功率为数千kw高压电机。
[0042] “二重化”高压电机软起动器主电路连接的特征是:第I组三相低压线圈接成Y联结并接入第一套交流调压器交流侧输入端;第II组三相低压线圈接成Λ联结并接入第二套交流调压器交流侧输入端;两套交流调压器直流侧输出端顺极性短接串联并使用同一移相调控信号Uk。
[0043] 当高压电机功率达数万kw时、为了减小对电网的干扰、尤其是减小整流高次谐波对电网的影响,应当采用“三重化”、“四重化”…的联结进行扩容。图16是“多重化”大功率高压电机软起动器示意图。设隔离变压器具有m组三相低压线圈,则需采用η套交流调压器、且n = m,则可组成w重软起动器、且w = m = η。若巳知多重化的“重数”为W、则多组低压线圈电压应形成的相位差为60° /W、必在高压线圈中合成脉波数为360° Xw/60°
的电流,二者关系如下:
[0044]
Figure CN101404472BD00101
[0045] 图17同时绘出了基于直流侧短路整流桥作交流调压器的中低压电机软起动器和“多重化”大功率高压电机软起动器单线电路图。两者的不同点是:在中低压软起动器中,作为调压器交流负载的是电机定子三相绕组,而在高压软起动器中,作为调压器交流负载的是隔离变压器的三相低压线圈;在中低压电机软起动器中一套整流桥控制一台电机,而在高压电机软起动器中一台电机由多套整流桥控制。
[0046] 本发明专利中低压电机和“多重化”大功率高压电机软起动器中共有的交流调压器与现有中低压电机软起动器中交流调压器的主要区别是:
Figure CN101404472BD00102
Figure CN101404472BD00111
(四)附图说明
[0049] 摘要附图
[0050] 图1—现有中低压“一拖I”软起动器单线原理电路图
[0051] 图2—现有中低压“一拖3”软起动器单线原理电路图
[0052] 图3—晶闸管三相反并联(负载丫联结)交流调压电路拓扑结构图
[0053] 图4—晶闸管三相全控桥式整流电路拓扑结构图
[0054] 图5—本发明组成的中低压电机轻载降压调节三相电气原理图
[0055] 图6—本发明组成的中低压“一拖I”软起动器单线电气原理图(电机Y联结)
[0056] 图7—本发明组成的中低压“一拖I”软起动器三相电气原理图(电机A联结)
[0057] 图8—本发明组成的中低压“一拖3”软起动器单线电气原理图
[0058] 图9— “单重化”大功率高压软起动器“一拖I”三相电路图(带旁路开关) [0059] 图10— “单重化”大功率高压软起动器“一拖I”三相电路图(带全压开关)
[0060] 图11— “单重化”大功率高压电机轻载节电单线调压电路图
[0061] 图12— “单重化”大功率高压电机“一拖3”软起动器单线电路图
[0062] 图13—全压开关三对“备用”常开主接点Y-联结和A联结示意图
[0063] 图14— “二重化”大功率高压电机软起动器单线电路图
[0064] 图15——“二重化”大功率高压电机软起动器三相电路图
[0065] 图16——“多重化”大功率高压电机软起动器示意图
[0066] 图17—基于整流桥作交流调压的高中低压电机软起动器
[0067] 图18—交流调压单元“黑盒”主要组成内部结构及引线图
[0068] 图19—高/低压软起动器标准化联合生产实施过程展示图
[0069] 图20— “黑盒”直流调压电阻性负载调试电路图
[0070] 图21— “黑盒”交流调压电阻性负载调试电路图
(五)具体实施方式
[0071] 由于“直流侧短路工作的晶闸管三相全控整流桥”交流调压器及其移相调控软件是本上发明中低压和高压电机软起动器产品的通用部份,所以应将交流调压单元列为本产品开发的基础部件进行实施。本发明所指“调压单元”是指包括六个SCR元件、桥电路、触发器、阻-容吸收电路、安装在直流侧短路线上的一只霍尔电流传感器(短路线穿过传感器检测孔)、三根交流母线、两根直流母线、控制电路引线、开关电源及移相调控系统等的结合,它们组装在一个具有风冷或水冷通道的密闭盒中(以下简称“黑盒”)。“黑盒”面上还装有触摸开关/事故信号/液晶显示等。按所采用整流桥的不同种类、“黑盒”具有五种组成结构形式:
[0072] ①由六个普通晶闸管元件、触发器及移相调控系统组成;
[0073] ②由三个“二单元”晶闸管模块、触发器及移相调控系统组成;
[0074] ③由二个“三单元”晶闸管模块、触发器及移相调控系统组成;
[0075] ④由一个“六单元”晶闸管模块、触发器及移相调控系统组成;
[0076] ⑤由一只包含触发器在内的晶闸管智能控制模块及移相调控系统组成。
[0077] 组成“黑盒”的最好形式是⑤,因为它结构最简、体积最小、重量最轻。
[0078] 图18是采用国产MJYS-QKZL型智能控制整流模块(以下用ZLM表示)组成的“黑盒”内部结构及引线图。图中VBpC1— “黑盒”的三根交流输入母线;P-N— “黑盒”的二根直流母线;CF——包含在模块内的集成化数字触发器;①〜⑨——控制电路引线:其中①工作电源+12V、②〜③公共端、④直流移相控制信号Uk = O〜10V(来自微处理器并按“垂直控制”原理产生触发脉冲)、⑤+5v电源、⑥脉冲门(低电平“ον”开放/高电平“+5v”封锁)、⑦4〜20m信号、⑧模块过流保护信号、⑨模块过热保护信号;lem——电流传感器。
[0079] 采用“黑盒”组成“一拖I”中低压电机软起动器时仅需将电机三相定子绕组接入“黑盒”的三根交流母线(A、B1, C1)即可;采用“黑盒”组成“单重化”高压电机软起动器时仅需将“黑盒”的三根交流母线接入高压隔离变压器三相低压线圈即可;采用“黑盒”组成“多重化”高压电机软起动器时需取“w”套“黑盒”并与相应隔离变压器低压线圈进行“多重化”联结。上述“一拖I电路易于实现降压调速和功率因数调节。
[0080] 将图6、7、8虚线框所示部份的“黑盒”与全压开关组装在一起并与电动机定子绕组的“末端”相接、可对电机进行软起动。为了与现有软起动器加以区别,特将这一结合命名为“后接软起动器”。“后接”是指连接在电机的末端。“后接软起动器”特别适用于传统工业中直接起动的风机水泵进行节能改造,因为它可节省电机定子绕组首端前电路配电电器的投资(如断路开关及相应交流接触器等);还可对轻载电机进行降压调节并便于组成为功率因数控制器。
[0081] 另外,在实施本发明过程中,应将“黑盒”/低压软起动器/高压软起动器三者通过建立一个统一的额定电压技术标准,以便对其进行产业化开发与生产。“黑盒”的额定电压根据国产智能控制模块额定电压确定为450V ;低压电机软起动器的额定电压根据量大面广的中小型鼠笼型异步电动机额定电压确定为〜220V/380V ;高压隔离变压器高/低压侧额定电压根椐国内电力变压器常用变比确定为3-6-10KV/0.4KV ;高压电机定子额定电压根据我国国情确定为3-6-10KV电压。这样“黑盒”一低压软起动器一高压软起动器三个产品的额定电压就能相互匹配,即450V的调压模块与380V电机相匹配,450V调压模块与
0.4KV低压线圈相匹配,3-6-10KV高压电机与隔离变压器高压线圈额定电压相匹配,从而可以建立“黑盒”一低压软起动器一高压软起动器三个产品的联合生产线,对其进行产业化开发。
[0082] 图17展示了这种按统一技术标准进行标准化、系列化联合生产高/低压软起动器产品的过程:450V模块(部件)和移相调控软件(部件)相结合一组成交流调压单元(“黑盒”)一与380V电机结合一组成低压软起动器(产品I);交流调压单元(“黑盒”)一与隔离变压器低压线圈(部件)结合一380V低压调压器一与高压线圈(部件)结合一最后组装成3-6-10KV高压电机软起动器(产品2)。
[0083] 对“黑盒”调压性能的测试是监控产品质量的关键环节,可在其输入端引入三相四线制电源并在零线与交流侧或直流侧(P、N)之间接入〜220V白炽灯电阻性负载,即可通电调试硬件和软件。图20是“黑盒”直流调压电阻性负载调试电路图,图21是“黑盒”交流调压电阻性负载调试电路图。

Claims (26)

1.一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是晶闸管交流调压电路是一套三相全控整流桥(ZL),整流桥所属的触发器、阻-容吸收回路、电流检测传感器、三根交流母线、两根直流母线、移相调控系统、电力半导体器件冷却部件组装在一个“黑盒”内,三相全压开关兼具有三对“工作”常开主接点和三对“备用”常开主接点及其公共端(U、V、W),软起动电路的主要组成部份按下列顺序连接:交流电源一配电电器一交流电动机一全压开关一交流调压“黑盒”,配电电器接于电机定子绕组首端(a、b、c)以前电路,全压开关和调压“黑盒”串联结合组成的“后接固态软起动器”接于电机定子绕组末端(a’、b’、c’ )以后电路,实施“一拖N”方案时需接入N台全压开关。
2.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是调压“黑盒”内的整流桥是一套直流侧短接的三相全控整流桥(ZL)。
3.根据权利要求1或2所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是直流侧短接的三相全控整流桥是一只包含触发器在内的晶闸管智能控制整流模块(ZLM)。
4.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是在调压“黑盒”内装有一只其检测孔穿过整流桥直流侧短接线的霍尔电流传感元件。
5.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当N= I时、在电机与“黑盒”之间接入一台全压开关、全压开关的公共点与电机定子绕组末端(a’、b’、c’)连接、三对“工作”常开主接点引线与“黑盒”三根交流母线引线连接、三对“备用”常开主接点引线连接在一起形成Y联结电机软起动电路或跨接在电机定子绕组相应首端(a、b、c)形成电机的Y— A联结转换起动电路,电机起动时全压开关三对“备用”常开主接点先断开、三对“工作”常开主接点后闭合、电机起动完毕后三对“工作”常开主接点先断开、三对“备用”常开主接点后闭口 o
6.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当N > I时、在电机与“黑盒”之间需接入N台全压开关、N台全压开关的各相应的公共点分别与相应电机定子绕组末端连接,各相应的三对“工作”常开主接点引线分别连接在同一套“黑盒”交流母线引线(Al,BI, Cl)上,各相应三对“备用”常开主接点弓I线连接在一起形成N台Y联结电机软起动电路或跨接在电机定子绕组相应首端形成N台电机的Y— A联结转换起动电路。
7.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于“黑盒”的三根交流母线(Al,BI, Cl)直接接入电机定子绕组末端(a’、b’、c’ )时、可使现有直接起动的电动机实现“一拖I”软起动和轻载降压节能调节,“后接固态软起动器”的三根引线(U、V、W)接入电机定子绕组末端时、可使现有直接起动的电动机实现“一拖N”软起动。
8.—种主要由普通晶闸管交流调压电路、高压配电电器、高压隔离变压器、高压全压开关组成的“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是:晶闸管交流调压电路是一套三相全控整流桥(ZL),整流桥所属的触发器、阻-容吸收回路、电流检测传感器、三根交流母线、两根直流母线、移相调控系统、电力半导体器件冷却部件都组装在一个“黑盒”内,一台软起动器配有n套“黑盒”,高压隔离变压器具有m组三相低压线圈和一组三相高压线圈、各相低压线圈按形成电压相位差为60° h重化进行联结、其中w = m = n,调压“黑盒”位于低压回路中、电机位于高压回路中,三相高压全压开关兼具有三对“工作”常开主接点和三对“备用”常开主接点及其公共点(U’、v、r)、电机起动时全压开关三对“备用”常开主接点先断开、三对“工作”常开主接点后闭合、电机起动完毕后三对“工作”常开主接点先断开、三对“备用”常开主接点后闭合。
9.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于“黑盒”中整流桥是一套直流侧短接的三相全控整流桥(ZL)。
10.根据权利要求8或9所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于直流侧短接的三相全控整流桥是一只包含触发器在内的晶闸管智能控制整流模块(ZLM)。
11.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征是“黑盒”内装有一只其检测孔穿过整流桥直流侧短接线的霍尔电流传感元件。
12.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于:多套“黑盒”的直流母线是按顺极性短接进行连接的、启用一只电流传器器并由同一套移相调控系统(Uk)进行控制。
13.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当w = m = n = I时、隔离变压器三相低压线圈首端连接在一起形成低压回路中性点、其末端与“黑盒”的三相交流母线连接。
14.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当w = m = n = 2时、隔离变压器两组三相低压线圈分别连接成Y型和A联结后再与相应二套“黑盒”的三相交流母线连接。
15.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于高压回路是按下列顺序连接的:高压交流电源一高压配电电器一高压交流电动机一高压全压开关一高压隔离变压器的高压线圈、高压线圈末端连接在一起、形成三相高压回路中性点。
16.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当N = I时、在电机与隔离变压器之间接入一台全压开关、全压开关的公共点与电机定子绕组末端连接、三对“工作”常开主接点引线与高压隔离变压器高压线圈首端连接、三对“备用”常开主接点引线连接在一起形成Y联结软起动电路或分别跨接在电机三相定子绕组首端形成Y— A联结转换起动电路,在电机与“黑盒”之间不接全压开关、可实施“一拖I”软起动和轻载降压节能调节。
17.根据权利要求8所述“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于当N > I时、在电机与隔离变压器之间需接入N台全压开关、N台三相全压开关的各相应的公共点分别与相应高压电机三相定子绕组末端连接、各台开关的三对“工作”常开主接点引线分别与三相高压隔离变压器高压线圈首端连接、各相应的三对“备用”常开主接点引线连接在一起形成Y联结软起动电路或分别跨接在相应电机三相定子绕组首端形成Y — A联结转换起动电路。
18.—种主要由普通晶闸管交流调压电路、高压配电电器、高压隔离变压器、高压旁路开关组成的“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征是:晶闸管交流调压电路是一套三相全控整流桥(ZL),整流桥所属的触发器、阻-容吸收回路、电流检测传感器、三根交流母线、两根直流母线、移相调控系统、电力半导体器件冷却部件都组装在一个“黑盒”内,一台软起动器配有n套调压“黑盒”,高压隔离变压器具有m组三相低压线圈和一组三相高压线圈、各相低压线圈按形成电压相位差为60° h重化进行联结、其中w = m =n,调压“黑盒”位于低压线圈中、电机位于高压回路中,高压回路是按下列顺序连接的:高压交流电源一高压配电电器一高压隔离变压器的高压线圈一高压交流电动机,高压旁路开关与高压线圈并联。
19.根据权利要求18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征是:“黑盒”中的整流桥是一套直流侧短接的三相全控整流桥(ZL)。
20.根据权利要求19或18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征是直流侧短接三相全控整流桥是一只包含触发器在内的晶闸管智能控制整流模块(ZLM)。
21.根据权利要求18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征是:“黑盒”内装有一只其检测孔穿过整流桥直流侧短接线的霍尔电流传感元件。
22.根据权利要求18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征是:m套“黑盒”的直流母线是按顺极性短接进行连接的、所有“黑盒”启用一只电流传器并由同一套移相调控系统(Uk)进行控制。
23.根据权利要求18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征在于当w = m = n = I时、隔离变压器三相低压线圈首端连接在一起形成低压回路中性点、其末端与“黑盒”的三相交流母线连接。
24.根据权利要求18所述“多重化”大功率高压电机“一拖I”固态软起动器,其特征在于当w = m = n = 2时、隔离变压器两组三相低压线圈分别连接成Y型和A联结后再与相应二套“黑盒”的三相交流母线连接。
25.根据权利要求1所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、配电电器及全压开关组成的中低压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于全压开关是一种额定电压为380V和660V的三极电子式双电源切换开关。
26.根据权利要求10所述一种主要由普通晶闸管交流调压电路、高压配电电器、高压隔离变压器、高压全压开关组成的“多重化”大功率高压电机“一拖N”固态软起动器,其特征在于高压全压开关是由两台可自动进行“通-断”操作的电磁式或电子式3-6-10KV高压真空开关组合而成。
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