CN103296938A - 有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置及使用方法 - Google Patents

有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，包括接触器KM1~KM3、自藕变压器QZB、电容器组C、按钮SB1~SB5、指示灯HL1~HL3；KM1控制串联降压电抗器启动时的投入，KM2控制串联降压电抗器启动后的切除，KM3控制并联补偿电容器组的投入及切除；使用方法：在电动机启动过程中，启动回路中串接自藕变压器或电抗器降压启动，并投入电容器组补偿电动机，电动机启动结束后，分别切除电抗器及电容器组。本发明可以大幅度降低电动机的启动电流，减轻有限容量电源的负担，确保电动机正常启动，可获得较高的功率因数、最小的线路损耗，是一种经济、实用的启动方法。针对地质、石油勘探、打井等野外作业，低压大功率电动机难以启动的难题，有广泛的推广价值。

Description

有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置及使用方法
技术领域
本发明涉及电动机阻抗变换领域，具体涉及一种异步电动机启动时的进一步降低启动电流的无功装置及补偿方法。
背景技术
随着国家现代工业的快速发展，低压大功率电动机在由柴油机发电机组独立供电系统中的应用越来越多，功率容量随之逐渐增大。在柴油机发电机组功率有限的条件下，尽管采用各种降压启动方式，启动低压大功率电动机仍然显得非常困难。围绕上述问题，国内外都在开展新技术、新方法的研究，但这些技术只针对大容量电网电源而使得在实际运用中有很大的局限性，尤其是面对电源容量有限的情况下低压大功率电动机的启动难题无所适存。低压大功率异步电动机额定电流动辄上千安培，尽管采用软启动等各种降压启动方法，电动机启动电流仍然达到额定电流的三倍左右，最大电流持续时间较长，电压降过大，往往电动机启动过程还没结束时，有限容量的电源已经不堪重负而造成电动机停机了，影响了用户大功率设备的正常使用。
发明内容
本发明的目的就是要消除上述现有技术的不足和缺点,提供一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置及使用方法。
为达到上述技术效果，本发明采用如下的技术方案：一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，包括接触器KM1~KM3、自藕变压器QZB、电容器组C、按钮SB1~SB5、指示灯HL1~HL3电器元件；KM1控制串联降压电抗器启动时的投入，KM2控制串联降压电抗器启动后的切除，KM3控制并联补偿电容器组的投入及切除；发电机输出断路器的下桩头U1、V1、W1连接接触器KM2的上桩头，KM2的下桩头U2、V2、W2连接接触器KM1的上桩头，KM1的下桩头U3、V3、W3连接自藕变压器QZB的原边桩头， 自藕变压器QZB的输出端（80%UE）桩头U3、V3、W3连接串接连接软启动器的输入端U4、V4、W4桩头以及接触器KM3的上桩头，软启动器的输出端联接电动机定子绕组桩头R、S、T，接触器KM3的下桩头U5、V5、W5连接补偿电容器组。
优选的，所述有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置的最大电流持续时间小于8秒。
优选的，所述自藕变压器可用电抗器降压操作替代。
一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置的使用方法包括以下步骤：按启动按钮SB1，接触器KM1闭合，自藕变压器原绕组加全电压；
电动机定子电压仅为抽头部分电压值，电动机降压启动；
待电动机转速接近稳定值时，按下无功补偿合闸按钮SB4，闭合接触器KM3,投入补偿电容器组，电动机继续启动，待软启动器启动时间；
按下合闸按钮SB2,断开接触器KM1，闭合接触器KM2，切除自藕变压器，电动机加全压启动；
电动机启动结束后按下无功补偿分闸按钮SB3, 断开接触器KM3，切除补偿电容器组C。
本发明的有益效果：
本发明在电动机启动过程中，通过在启动回路中串接自藕变压器或电抗器降压启动，并接适当的时机投入电容器组补偿电动机启动时的无功功率。电动机启动结束后，分别切除电抗器及电容器组。当电动机离电源较远时，可在启动完毕后，保留一部分电容器，以提高电网系统的功率因数，可以大幅度降低电动机的启动电流，大大减轻有限容量电源的负担，确保电动机的正常启动，可获得较高的功率因数、最小的线路损耗，是一种经济、实用的启动方法。尤其是针对地质、石油勘探、打井等野外作业，低压大功率电动机难以启动的难题，有广泛的推广价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
    
具体实施方式
如图1所示，一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，包括接触器KM1~KM3、自藕变压器QZB、电容器组C、按钮SB1~SB5、指示灯HL1~HL3电器元件；KM1控制串联降压电抗器启动时的投入，KM2控制串联降压电抗器启动后的切除，KM3控制并联补偿电容器组的投入及切除；发电机输出断路器的下桩头U1、V1、W1连接接触器KM2的上桩头，KM2的下桩头U2、V2、W2连接接触器KM1的上桩头，KM1的下桩头U3、V3、W3连接自藕变压器QZB的原边桩头， 自藕变压器QZB的输出端（80%UE）桩头U3、V3、W3连接串接连接软启动器的输入端U4、V4、W4桩头以及接触器KM3的上桩头，软启动器的输出端联接电动机定子绕组桩头R、S、T，接触器KM3的下桩头U5、V5、W5连接补偿电容器组C。
在电动机启动过程中，通过在启动回路中串接自藕变压器或电抗器降压启动，并在适当的时机投入电容器组补偿电动机启动时的无功功率。电动机启动结束后，分别切除电抗器及电容器组。当电动机离电源较远时，可在启动完毕后，保留一部分电容器，以提高电网系统的功率因数。
一台柴油机发电组（500 kW、 400V）提供异步电动机的电源启动异步电动机（500kW、 50Hz 、400V 、COSф=0.8 、1500r/min 、Ie=949A）。采用ABB PSTB1050软启动器启动，外加QZB-500自耦变压器。 
电动机容量S=500/0.8=625kVA
电动机启动时  COSф≈0.1   有功P =S×COSф   无功 Q=S×SINф
                                 =625×0.1           =625×0.99
                                 =62.5kW            =619kVAR
如果需要将电动机功率因数补偿到COSф=1，则补偿的无功功率为619kVAR.
选用BCMJ0.4-30-3 额定容量30 kVAR 额定电压 400V 额定电容 596??F的电容21只（21×30=630 kVAR）即可满足要求。
如果需要将电动机功率因数补偿到COSф=0.9，则补偿的无功功率为
Q=S×SINф0.1－S×SINф0.9
=619kVAR－247 kVAR
=372 kVAR，
选用13只BCMJ10.4-30-3电容器即可满足要求。
启动柴油发电机组，闭合发电机输出断路器QF。（此时不能接入补偿电容器组，否则软启动器输入端电压太高，影响软启动器正常工作，甚至引起过电压保护动作）。按启动按钮SB1，接触器KM1闭合，自藕变压器原绕组加全电压，而电动机定子电压仅为抽头部分电压值，电动机降压启动。待电动机转速接近稳定值、电流上升到500安培左右时，按下无功补偿合闸按钮SB4，闭合接触器KM3,投入补偿电容器组，电动机继续启动，待软启动器启动时间到，此时电动机启动电流已逐渐降至空载电流，只有50安培左右。按下合闸按钮SB2,断开接触器KM1，闭合接触器KM2，切除自藕变压器，电动机加全压启动。电动机启动结束后按下无功补偿分闸按钮SB3, 断开接触器KM3，切除补偿电容器组（此时已无补偿需要，如果继续补偿会造成软启动器输入端电压太高，影响软启动器正常工作，甚至引起过电压保护动作跳闸）。
电动机启动过程中，软启动器电源输入侧电流表PA4~PA6指示的最大电流仍然达到额定电流的三倍左右，但是断路器QF输出侧电流表PA1~PA3指示的最大电流只有额定电流的1.5倍(1300安培)左右，最大电流的持续时间在8S以内，有限容量的电源完全能够承受，启动过程中的无功补偿限流效果非常明显。
本发明在电动机启动过程中，通过在启动回路中串接自藕变压器或电抗器降压启动，并接适当的时机投入电容器组补偿电动机启动时的无功功率。电动机启动结束后，分别切除电抗器及电容器组。当电动机离电源较远时，可在启动完毕后，保留一部分电容器，以提高电网系统的功率因数。本发明可以大幅度降低电动机的启动电流，大大减轻有限容量电源的负担，确保电动机的正常启动，可获得较高的功率因数、最小的线路损耗，是一种经济、实用的启动方法。尤其是针对地质、石油勘探、打井等野外作业，低压大功率电动机难以启动的难题，有广泛的推广价值。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，其特征在于：所述装置包括接触器KM1~KM3、自藕变压器QZB、电容器组C、按钮SB1~SB5、指示灯HL1~HL3电器元件；KM1控制串联降压电抗器启动时的投入，KM2控制串联降压电抗器启动后的切除，KM3控制并联补偿电容器组的投入及切除；发电机输出断路器的下桩头U1、V1、W1连接接触器KM2的上桩头，KM2的下桩头U2、V2、W2连接接触器KM1的上桩头，KM1的下桩头U3、V3、W3连接自藕变压器QZB的原边桩头， 自藕变压器QZB的输出端80%UE，桩头U3、V3、W3连接串接连接软启动器的输入端U4、V4、W4桩头以及接触器KM3的上桩头，软启动器的输出端联接电动机定子绕组桩头R、S、T，接触器KM3的下桩头U5、V5、W5连接补偿电容器组。
2.根据权利要求1所述一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，其特征在于：所述有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置的最大电流持续时间小于8秒。
3.根据权利要求1所述一种有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置，其特征在于：所述自藕变压器可用电抗器降压操作替代。
4.一种如权利要求1至3任一有限容量电源启动大功率电动机的无功补偿装置的使用方法包括以下步骤：
按启动按钮SB1，接触器KM1闭合，自藕变压器原绕组加全电压，电动机定子电压仅为抽头部分电压值，电动机降压启动；
电动机转速接近稳定值时，按下无功补偿合闸按钮SB4，闭合接触器KM3,投入补偿电容器组；
电动机继续启动，待软启动器启动过程结束后，按下合闸按钮SB2,断开接触器KM1，闭合接触器KM2，切除自藕变压器，电动机加全压启动；
电动机启动结束后，按下无功补偿分闸按钮SB3, 断开接触器KM3，切除补偿电容器组C。
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