CN101860284B - 一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置 - Google Patents

一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置 Download PDF

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Abstract

一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，包括抽头变压器和高压补偿变压器，所述高压补偿变压器的次级串联在高压线路中；所述高压线路连接有高压电机；所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数；所述抽头变压器的输入电压为220V。本发明补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，用于替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染。

Description

一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置。
背景技术
现有大功率高压电机，在启动过程中通常采用以下两种方式限流。
1.使用电抗器启动大功率高压电机，通常在电源65％处启动，电抗器一般在3500V(电源高压为10kV时)启动，但整个启动过程中电抗器无法调节电压。
2.电子式高压软启动器启动。因为电子元件运行在高压下，电子元件的可靠性较差，且成本很高，因此和电子元件的可靠性成本都不尽人意。而且使用电子式高压软启动器的斩波取得启动电压，对电源也存在谐波污染。
因此，如何提供一种装置替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，用于替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，包括抽头变压器和高压补偿变压器，所述高压补偿变压器的次级串联在高压线路中；
由于所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数。本发明所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的每个第一双向可控硅均可以与每个第二双向可控硅同时导通，可以实现K*K种补偿方式。即K2种组合方式及相对应的输出电压，可以替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染。
本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置可以实现高压软启动，以及稳压和调压功能，实现平滑调节的电压补偿。
另外，由于所述抽头变压器的输入电压为220V，本发明中的电子元件都运行在低压220v中，因此成本大大低于现有电子式软启动器的成本(成本大概为电子式软启动器的1/5左右)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置结构图；
图2是本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的具体电路图。
图1中：G：高压负荷开关  C：真空接触器  D：双向可控硅  B：高压补偿变压器  ZB：自耦变压器  M：高压电机
具体实施方式
本发明提供一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，用于替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染。
为了更清楚地说明本发明的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置工作原理和工作过程，下面结合附图具体说明。
参见图1和图2，图1是本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置结构图；图2是本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的具体电路图。
本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，包括抽头变压器ZB(也称自耦变压器)和高压补偿变压器B，所述高压补偿变压器B的次级串联在高压线路中。高压线路具体可以为10kV。
所述高压线路连接有高压电机M。
所述抽头变压器ZB包括2K个抽头(其中K为大于或者等于2的正整数)，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述高压补偿变压器B的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述高压补偿变压器B的初级的输出端相连。
所述抽头变压器ZB的输入电压为220V。抽头变压器ZB具体可以连接在电源和零线(图2所示的N端)之间。
本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，由于所述抽头变压器ZB包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述高压补偿变压器B的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述高压补偿变压器B的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数。本发明所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的每个第一双向可控硅均可以与每个第二双向可控硅同时导通，可以实现K*K种补偿方式。即K2种组合方式及相对应的输出电压，可以替代现有的高压启动装置，实现大功率高压电机高压软启动，且无谐波污染。
因此，本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置可以实现高压软启动，以及稳压和调压功能，实现平滑调节的电压补偿。
另外，由于所述抽头变压器ZB采用三相Y形接法时的输入电压为220V，本发明中的电子元件都运行在低压220v中，因此成本大大低于现有电子式软启动器(大概为电子式软启动器的1/5左右)。
所述高压电机M与所述高压补偿变压器B之间还可以串联有用于控制主高压进入的真空接触器C。
所述高压线路中还串联有高压负荷开关G。
图1和图2所示的抽头变压器ZB包括8个抽头，即K＝4。第一双向可控硅包括D1、D2、D3、D4双向可控硅。第二双向可控硅包括D5、D6、D7、D8双向可控硅。
由于自耦变压器ZB抽头组合的电压级数有16级(4*4＝16)，那么高压电机M也就可以由16级电压逐步增加这个过程来实现高压电机的“软启动”。高压电机工作时可以将电压自动稳定在设定的数值上。当电源电压变化，电脑(控制器)可以通过采样，分析，命令相应的第一、第二双向可控硅开通来稳定住高压电机D上的电压值。如果高压电机D的功率达不到满载，电脑(控制器)经过采样，分析，命令相应的第一、第二双向可控硅开通，使加到高压电机D的电压降低到此时的功率为止，达到节能的目的。
参见表1，每级调节精度可以达到3.7％。(档位差370.6/高压线路电压10000＝3.7％)
表1.各抽头对应第一、第二双向可控硅导通时补偿电压值
  序号   组合  低压端电压(V)   补偿值(V)   档位差   调节精度
  1   D5-D4  13   283.4   0.02834
  2   D5-D3  26   566.8   283.4   0.02834
  3   D5-D2  39   850.2   283.4   0.02834
  4   D5-D1  52   1133.6   283.4   0.02834
  5   D6-D4  69   1504.2   370.6   0.03706
  6   D6-D3  82   1787.6   283.4   0.02834
  7   D6-D2  95   2071   283.4   0.02834
  8   D6-D1  108   2354.4   283.4   0.02834
  9   D7-D4  125   2725   370.6   0.03706
  10   D7-D3  138   3008.4   283.4   0.02834
  11   D7-D2  151   3291.8   283.4   0.02834
  12   D7-D1  164   3575.2   283.4   0.02834
  13   D8-D4  181   3945.8   370.6   0.03706
  14   D8-D3  194   4229.2   283.4   0.02834
  15   D8-D2  207   4512.6   283.4   0.02834
  16   D8-D1  220   4796   283.4   0.02834
所述抽头变压器采用三相Y形接法时的输入电压为220V，相应的补偿电压可以参见表1所示的补偿值和档位差。
所述抽头变压器采用三相△形接法时的输入电压为380V，但所有相应电压相对表1都要变动，具体可以通过计算获得。
所述高压补偿变压器的变比可以为21.8。高压补偿变压器的变比即高压补偿电压(参见表1中的最大补偿值4796V)与自耦变压器(抽头变压器)供给高压补偿变压器最大电压(220V)之比(4796V/220V＝21.8)。所述补偿变压器的变比的确定非常重要，决定了高压补偿变压器的补偿能力及分级的精细。
补偿变压器高压侧电压设计为电源电压52％启动处。10kV电源时补偿电压为4796V(5204V处就可以开始启动)。可调电压范围：5204V-10000V。高压补偿变压器4796V/220V，即变比21.8，补偿变压器功率是电机功率的48％。体积不到原启动电抗的体积一半。
为了便于本领域技术人员的理解，下面就几种系统进行比较。大功率高压电机限制启动电流常用的方法：
1.使用电抗器启动，通常在电源65％处启动，在整个启动过程中不可调节。
2.电子式高压软启动器启动。因为电子元件运行在高压下，可靠性和成本都不尽人意。而且是用斩波取得启动电压，对电源有谐波污染。
3.本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，用补偿变压器降压，无谐波污染，电压调节，可以从电源52％处开始调节到全压。完全可以代替目前所有的高压启动装置，本发明中的电子元件都运行在低压220v中，大大低于电子式软启动器成本。
本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的工作原理：先将负荷开关G合闸，再合上真空接触器C，高压电机M通过高压补偿变压器B高压侧得电。高压补偿变压器B的电压串联在总回路里，将与电源相减后加到高压电机D上。该电压大小直接影响高压电机M的启动时的电流。此时接在高压补偿变压器低压侧的自耦变压器ZB已经开始工作，可以按照电脑(控制器)的指令，控制相应的双向可控硅导通，将自耦变压器ZB被导通端的电压加入高压补偿变压器B低压端，以此来控制高压补偿变压器B高压端电压的大小。这个过程可以是动态的过程，可以通过电脑(控制器)自动实现。
本发明实施例所述实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置可以根据用户实际调节需要，选择不同抽头数的抽头变压器，K可以为2、3或者其它大于或者等于2的正整数，从而实现低成本、平滑调节的电压补偿。
由于当K＝4时，本发明实施例所述实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的每档电压最低为283.4V或370.6V，即所有输出电压的相邻级差仅283.4V及370.6V二种，这就可以实现高压电机的软启动和稳压、调压过程。
当K＝4时，结合图2所示的具体实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置电路图，得到表1所示的16种组合方式及相对应的输出电压。
当采样输入电压超过设定值时，微电脑(控制器)立即指令双向可控硅进行无触点过零切换到合适的抽头处，以保证输出电压稳定在标称电压的±3.7％(370.6V)之内。
本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置用高压补偿变压器所产生的电势来与高压线路进行迭加，从而改变输出电压值。
本实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，还可对使用广泛的高压电抗型启动柜进行改造。即将原柜内的电抗改成补偿变压器(仍在原位置有高压的地方)，加集成在一起的低压自耦变压器和可控硅控制回路，安装在电抗启动完，将其短路的真空断路器位置。本实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置按照上述方式应用到一台只能以一种电压启动的电抗型启动柜中，就可以升级为软启动稳压柜。而且所花费的费用很低(通常不超过电子软启动器的1/3)，而且功能超过电子式软启动器，具有电子式软启动器不具备的平时稳压，调压的功能。
由于本发明所述实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置具有高压调压功能，可以在微电脑(控制器)控制下，对高压电机D进行节能控制。在高压电机M负荷轻时降低高压电机M的电压；实现了动态实时跟踪。本发明所述实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置也可根据电机拖动工艺要求的电压曲线制定好控制程序执行。对化工、造纸、水泥、制冷等行业具有划时代意义，提供了智能化多功能的高压电机控制电源。
对所公开的本发明实施例所述补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述装置包括抽头变压器和高压补偿变压器，所述高压补偿变压器的次级串联在高压线路中；
所述高压线路连接有高压电机；
所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述高压补偿变压器的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数；
所述抽头变压器采用三相Y形接法时的输入电压为220V；
所述高压补偿变压器的输出精度为3.7％。
2.根据权利要求1所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述高压电机与所述高压补偿变压器之间串联有真空接触器。
3.根据权利要求1所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述高压线路中串联有高压负荷开关。
4.根据权利要求1所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述K＝4；
第一双向可控硅包括D1、D2、D3、D4双向可控硅；
第二双向可控硅包括D5、D6、D7、D8双向可控硅。
5.根据权利要求1所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述高压补偿变压器的变比为21.8。
6.根据权利要求4所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，第二双向可控硅的四个双向可控硅与第一双向可控硅的四个双向可控硅，在同一时刻只能分别导通一个双向可控硅。
7.根据权利要求4所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，当D5、D6、D7、D8双向可控硅中一个双向可控硅导通时，依次导通D1、D2、D3、D4双向可控硅中的四个双向可控硅，相邻两个补偿的电压值的档位差为370.6V或283.4V。
8.根据权利要求4所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述高压补偿变压器具有16种补偿电压的组合方式。
9.根据权利要求4所述的补偿变压器高压软启动、稳压、调压装置，其特征在于，所述高压补偿变压器的电压调节范围为5204V至10000V。
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