CN101651440B - 具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，属于电力电子技术领域，其特征在于包括：每相一台电源变压器、多台补偿变压器和由若干电力电子器件晶闸管构成的电压极性变换电路；电源变压器原边绕组接供电交流电源，付边绕组通过电压极性变换电路向补偿变压器原边供电；补偿变压器付边绕组与交流电源串联向电动机供电。当前，具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置尚未见有报道。该具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置采用改变补偿变压器供电电压极性来改变电动机的端电压，从而实现软起动，软起动初期能将多余的电能回馈电网；电压极性变换电路采用高可靠性的晶闸管电路，因此具有节电、可靠性高的特点。

Description

具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置
技术领域
本发明涉及一种具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，它属于电力电子技术领域，可用于许多需要起动高电压大功率交流电动机特别是电网容量又较小的场合。
背景技术
当前高电压大功率电动机的起动方式主要有三种：①采用变频装置做软起动，变频装置起动电流小、冲击小，起动效果好。但其控制电路复杂、价格昂贵、可靠性较低。②采用变压器-电动机组直接起动，这种起动方法能减少对其它设备的影响，但起动冲击大，对设备及电机不利，而且这种机组的变压器容量约为电动机容量的二倍，变压器余量大、基本电费高、变压器自身损耗大。③采用开关变压器式高压电机软起动装置，该装置采用相控调压技术(由变压器的开关作用来实现)能全范围调节电机端电压，实现了真正的软起动，但它存在开关变压器容量大、自身存在起动压降使电机端电压较低，有时不得不借助于电容补偿来提高电网电压、占地面积大等缺点。
还有一些其它的电动机起动方法，往往都不适于大功率电机(比如20000KW以上)的起动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，以解决所面临的上述问题。所述具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，其特征在于包括：
每相一台电源变压器、多台补偿变压器和电压极性变换电路；电源变压器原边绕组接供电交流电源，付边绕组通过电压极性变换电路向补偿变压器原边供电；补偿变压器付边绕组与交流电源串联向电动机供电；电压极性变换电路采用高可靠性的晶闸管电路，电压极性变换控制电路采用可编程序控制器来实现，以提高整机的可靠性和抗高频干扰能力；当补偿变压器付边电压极性与供电交流电源电压极性相反时，该装置将部分电能回馈电网，电动机端电压较低，实现了节电软起动；当补偿变压器付边电压极性与供电交流电源电压极性相同时，该装置补偿了电网压降使电动机端电压较高，使大容量电动机能在较小的电网容量下可靠起动。
该具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置的自身容量与调压的范围相适应，因而可以降低装置的体积和造价，为其大量应用打开了方便之门。
为了实现电机的软起动，要求电机的端电压能够无级调节或小级差多级调节，本发明采用多台补偿变压器，其付边绕组串接后再与交流电源串联，这样可以实现多级调压软起动：在电机开始起动时，使各补偿变压器的次级绕组电压极性都与电源电压的极性相反，这时电机端电压为电源电压减去各补偿变压器付边电压，根据实际情况可以设计得使电机端电压为电源电压的50％上下，这样起动电流可以较小，做到无冲击或小冲击软起动；之后逐次切除补偿变压器，电压逐级上升，全部切除后再逐级同极性投入补偿变压器，使电机端电压逐级提高以补偿电网压降，可根据实际情况决定投入补偿变压器的数量。在反极性投入补偿变压器期间，部分电能被回馈电网，实现了节电软起动。
电压极性变换电路控制补偿变压器的投切，其投切采用晶闸管过零控制，因此该装置产生的谐波很少。
该装置特别适于因电网容量小而使大容量电动机不能起动的情况，由于该装置的增压作用而使电机端电压得到提高，实现顺利的软起动。
对于采用变压器-电动机组直接起动的情况，使用该装置可以使变压容量降低40％左右，以达到大幅度节约电费的效果。
附图说明
结合附图可以更加清楚地了解本发明的特点。
图1是具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置主电路单线图的一种简单形式(只有二台补偿变压器)。
图2是电源变压器采用自耦变压器的具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置主电路的一种形式(装有三台补偿变压器)。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1是具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置主电路的单线图，其中TY为电源变压器，它具有一个初级绕组和一个次级绕组，初级绕组的电压按供电电压Ui绕制，次级绕组根据晶闸管的耐压范围选择，它经电压极性变换电路向补偿变压器供电，该变压器同时起隔离高压和低压的作用，使电力电子器件工作在其耐压范围之内；TB1和TB2为二台补偿变压器，它们各具有一个初级绕组和一个次级绕组。初级绕组的电压按电源变压器TY次级电压绕制，其二端接晶闸管电压极性变换电路S01～S22的相应端(如图1所示)，次级绕组的电压按要求的补偿电压绕制(TB1按电源电压的10％，TB2按电源电压的20％)，TB1和TB2的次级绕组串联后一端接交流电源Ui，另一端接电动机。
S01和S02为二台补偿变压器初级绕组公共端的电压极性选择用双向晶闸管，当S01导通时(S02截止)补偿变压器反向连接；当S02导通时(S01截止)补偿变压器正向连接。S11和S12为补偿变压器TB1初级绕组另一端的电压极性选择用双向晶闸管，当S01导通时(S02截止)如果S11导通(S12截止)则补偿变压器TB1被切除；当S01导通时(S02截止)如果S12导通(S11截止)则补偿变压器TB1反向接入；当S02导通时(S01截止)如果S11导通(S12截止)则补偿变压器TB1被正向接入，当S02导通时(S01截止)如果S12导通(S11截止)则补偿变压器TB1被切除。S21和S22为补偿变压器TB2初级绕组另一端的电压极性选择用双向晶闸管，当S01导通时(S02截止)如果S21导通(S22截止)则补偿变压器TB2被切除；当S01导通时(S02截止)如果S22导通(S21截止)则补偿变压器TB2反向接入；当S02导通时(S01截止)如果S21导通(S22截止)则补偿变压器TB2被正向接入，当S02导通时(S01截止)如果S22导通(S21截止)则补偿变压器TB2被切除。
电压极性变换电路的控制由主控可编程序控制器PLC执行，PLC根据起动过程中电动机端电压的要求来决定晶闸管电压极性变换电路S01～S22的导通与截止组合。
电压极性变换电路的控制也可以由单片计算机控制系统来实现。
B相和C相的情况与A相相同。
过压、过流等保护功能均由PLC来执行。
电动机由静止开始起动时，为了限制起动电流要求有较低的端电压，这时应将所有补偿变压器反向接入，本例中二台补偿变压器能减去30％的电源电压，如果考虑到此时电网线路压降约15～20％，则电动机端电压约为55～50％的电源电压，起动电流能得到较好的控制，此时补偿变压器将30％的电源供给能量返回电网。经过一段时间的加速后切除补偿变压器TB1，则电动机端电压约为65～60％的电源电压，电动机进一步加速，此时补偿变压器将20％的电源供给能量返回电网。再经过一段时间的加速后切除补偿变压器TB2接入补偿变压器TB1，则电动机端电压约为75～70％的电源电压，电动机进一步加速，此时补偿变压器将10％的电源供给能量返回电网。再经过一段时间的加速后切除补偿变压器TB1，则电动机端电压约为85～80％的电源电压，电动机在电源电压下(去掉线路压降)进一步加速。再经过一段时间的加速后接入补偿变压器TB1，则电动机端电压约为95～90％的电源电压，电动机进一步加速。一般情况下此时电动机能够完成起动，但是如果电网线路压降太大，则可以继续提高电动机端电压。以上是以10％的级差调节的，对不同的电动机及负荷可以采取灵活的级差选择。
图2是电源变压器采用自耦变压器的具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置主电路的一种形式(装有三台补偿变压器)。该图与图1所示电路的差别是具有更好的节电效果和起动性能，具体的控制方法与图1电路相同。
上述描述的只是该发明的几种具体实施方式，各种举例说明不对发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的具体实施方式所做的修改或变形，都不背离发明的实质和范围。

Claims (2)

1.一种具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，其特征在于包括：
每相一台电源变压器、多台补偿变压器和电压极性变换电路；电源变压器原边绕组接供电交流电源，付边绕组通过电压极性变换电路向补偿变压器原边供电；补偿变压器付边绕组与交流电源串联向电动机供电；电压极性变换电路采用高可靠性的晶闸管电路，电压极性变换控制电路采用可编程序控制器来实现，以提高整机的可靠性和抗高频干扰能力；当补偿变压器付边电压极性与供电交流电源电压极性相反时，该装置将部分电能回馈电网，电动机端电压较低，实现了节电软起动；当补偿变压器付边电压极性与供电交流电源电压极性相同时，该装置补偿了电网压降使电动机端电压较高，使大容量电动机能在较小的电网容量下可靠起动。
2.根据权力要求1所述的具有回馈节电与增压功能的高电压大功率电动机起动装置，其特征在于：所述的电压极性变换控制电路也可以由单片计算机控制系统来实现。
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