CN103746612B - 磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法及装置，该装置包括该装置包括：三相磁阀式可控电抗器，其包括铁心柱，铁心柱上绕有三相磁阀式可控电抗器绕组和附加移相绕组，所述三相磁阀式可控电抗器绕组与所述附加移相绕组之间通过第四开关连接，且两个绕组形成外延三角形移相自耦变压器结构；三相磁阀式可控电抗器绕组连接有晶闸管。本发明在电动机起动的初始阶段，通过移相自耦降压进行软起动；当电动机开始起动，转速接近额定值，软起动方式由移相自耦降压转变为串联可控电抗器降压软起动方式，并由该起动方式过渡到全压运行。本发明能够大大降低电动机起动过程中电网侧的电流，且完全消除起动二次冲击电流。

Description

磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法及装置

技术领域

本发明涉及大功率电机的起动，具体地指一种磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法及装置。

背景技术

电力系统的主要负荷之一是三相异步电动机。在工业生产中，所用电机的功率很大，直接起动时，起动电流通常会达到额定电流的4～7倍，对电力系统造成冲击，导致电网电压跌落，影响供电系统安全运行及周围负载正常工作。

为了避免上述所述的危害，通常对大功率电机进行降压软起动，大功率电机降压软起动是指在功率超过数百千瓦的电动机起动过程中，电机端电压由额定电压的某一百分比（例如额定电压的65%）逐渐平滑、无级地上升至全压，转速由0上升到额定转速。因此，对大电机实施软起动具有十分重要的意义。

目前，电机降压软起动可以分为有级和无级两类，前者指电机电压从低到额定值的过渡是阶跃（分级）上升的，后者指的是电机电压从低到额定值的过渡是平滑、连续的。传统的降压软起动方式包括串固定电抗、串固定电阻、Y-Δ起动、自耦变压器起动、延边三角形起动等方法都是有级的，这些有级起动的方法在软起动过程中会形成二次电流冲击。无级类降压软起动包括串液阻软起动、晶闸管软起动和可变电抗器软起动，其中，液阻软起动虽然造价低廉，不产生高次谐波，但装置体积大，起动过程重复性差，维护工作量大，不宜放在易结冰或颠簸的现场；晶闸管软起动虽然结构紧凑，但可靠性低，高压产品造价高，晶闸管斩波在电机绕组端部形成电压突变，危害绕组绝缘，所产生的高次谐波严重，不仅污染电网，而且影响电机起动力矩。目前无级类降压软起动装置的起动电流均在3.0～4.0倍左右，以保证电机足够的起动力矩。当电网容量较小时，或电机功率很大时，3.0～4.0倍的起动电流仍然会对电网电能质量造成重大影响，不得不选用价格昂贵的变频软起动。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法及装置，本发明能够大大降低电动机起动过程中电网侧的电流，且完全消除起动二次冲击电流。

实现本发明目的采用的技术方案是一种磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法，包括：

在电动机起动的初始阶段，通过移相自耦降压进行软起动；

当电动机开始起动，转速接近额定值，起动电流降低到额定值的1.5倍以下，软起动方式由移相自耦降压转变为串可控电抗器降压软起动方式，并由该起动方式过渡到全压运行。

此外，本发明还提供实现上述磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法所用的装置，该装置包括：

三相磁阀式可控电抗器，其包括铁心柱；

三相磁阀式可控电抗器绕组，绕于所述铁心柱上，所述三相磁阀式可控电抗器绕组通过第一开关与电源母线连接；

附加移相绕组，绕于所述铁心柱上，所述三相磁阀式可控电抗器绕组与所述附加移相绕组之间通过第四开关连接，且两个绕组形成外延三角形移相自耦变压器结构；以及

晶闸管，与所述三相磁阀式可控电抗器绕组连接。

进一步地，上述的磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置还包括：

第三开关，连接所述三相磁阀式可控电抗器绕组与电动机；以及

更进一步地，上述的磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置还包括：

第二开关，连接所述电源母线与电动机。

在上述技术方案中，所述的磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法，还包括：

开关控制器，分别与所述第一、第二、第三和第四开关连接。

本发明具有以下优点：

1、在移相自耦降压进行软起动阶段，流过电机的起动电流为3.0～4.0倍，保证可靠起动，流过三相磁阀式可控电抗器绕组和电流电网的起动电流仅为1.0～2.0倍，解决了现有无级降压软起动技术中只能将流过电网的起动电流降低到3.0～4.0倍额定值的问题。

2、从移相自耦降压软起动阶段向串联磁阀式可控电抗软起动阶段切换时，电动机端电压相位和大小保持不变，完全消除二次冲击电流。

3、在串联可控电抗器的软起动阶段，通过逐步调节减小磁阀式可控电抗器的电感值，使得电机的端电压逐步升高并接近额定值，当电机端电压上升到与额定值接近时（例如到达额定电压的95%），将旁路开关K2闭合，软起动装置被切除，电机平稳过渡到全压（额定）电压运行。

4、在串联磁阀式可控电抗器软起动阶段，三角形接线绕组N2可以补偿和消除可控电抗器产生的三次谐波。

附图说明

图1为本发明磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置的结构示意图。

图2为移相自耦降压起动阶段等效电路。

图3为串联磁阀式可控电抗器起动阶段等效电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置包括三相磁阀式可控电抗器，三相磁阀式可控电抗器包括铁心柱，铁心柱上饶有三相磁阀式可控电抗器绕组N1与和附加移相绕组N2，三相磁阀式可控电抗器绕组N1与附加移相绕组N2形成外延三角形移相自耦变压器结构。

三相磁阀式可控电抗器绕组N1通过第一开关K1与电源电网连接；三相磁阀式可控电抗器绕组N1与附加移相绕组N2之间通过第四开关K4连接；三相磁阀式可控电抗器绕组N1与电动机的输入端通过第三开关K3连接；电动机的输入端通过第二开关K2与电源电网连接。本发明还包括开关控制器，还开关控制分别与第一、第二、第三和第四开关连接，用于控制上述的四个开关。本实施例中第一、第二、第三和第四开关为三相开关，如接触器或断路器。

三相磁阀式可控电抗器绕组N1还连接有晶闸管T1，晶闸管T1用来控制可控电抗器绕组的直流励磁电流，即本发明中，对控制晶闸管T1的导通角控制，改变可控电抗器绕组直流电流大小，从而调节铁心的磁饱和程度，改变电抗器的电抗值。

使用上述磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置进行软起动的过程如下：

电动机起动前，通过开关控制器将上述四个开关断开。

当电动机起动时，首先合上第一开关K1，第三开关K3和第四开关K4，此时晶闸管T1不导通，电动机通过三相磁阀式可控电抗器绕组N1与附加移相绕组N2构成的外延三角自耦变压器降压起动，此时只有一部分电动机起动电流流过电网。该过程电动机处于移相自耦降压软起阶段，通过三相磁阀式可控电抗器绕组N1与附加移相绕组N2构成的外延三角自耦变压器进行适当降压，使流过电动机的起动电流为3.0～4.0倍，保证可靠起动，此时，由于三相磁阀式可控电抗器绕组N1和附加移相绕组N2的电磁耦合关系，流过三相磁阀式可控电抗器绕组N1和电源电网的起动电流仅为1.0～2.0倍。

在电动机的起动过程中，磁阀可控电抗器工作在移相自耦变压器降压模式，利用变压器电磁变换原理，使得将电机端电压降低的同时，变压器高压侧流过电网的电流成比例小于降压侧电机电流，这样，电机起动电流较大，流过电网的电流较小。例如，堵转电流为6倍的电机，将电压降低55%，则电机起动电流为3.3倍，流过电网的电流为1.8倍左右。

该过程解决了现有无级降压软起动技术中只能将流过电网的起动电流降低到3.0～4.0倍额定值的技术问题。上述移相自耦降压起动阶段，本发明软起动装置的等效电路如图2所示。

当电动机转速接近额定值，电机电流降至1.5倍额定值以下时，断开开关K4，电机进入串联可控电抗器降压软起动阶段。通过控制晶闸管T1的导通角，使得电抗器绕组内流过直流电流，使电抗器铁心磁饱和，电抗值减小，电动机定子端电压逐步增加。当定子电压与电网电压差小于某设定值时（例如5%额定电压），合上开关K2，将本发明软起动装置旁路，过渡到电动机全压运行，同时，断开K1和K3，本发明软起动装置与电源电网和电动机隔离，此时电动机软起动过程完成。上述串联可控电抗器降压软起动阶段，本发明软起动装置的等效电路如图3所示，此时可控电抗器可以为自励式或他励式可控电抗器，通过控制晶闸管的导通角，使得电抗器绕组内流过直流电流，使电抗器铁心磁饱和，电抗值减小，电动机定子端电压逐步增加。

当本发明软起动装置在从移相自耦降压软起阶段向串联可控电抗器降压软起动阶段切换时，电机端电压相位和大小保持不变，完全消除二次冲击。

当电机接入普通自耦变压器降压起动时，电机端电压相位与电源电压相位相同；电机起动后，将电机与电抗器串联接入电网时，电机端电压比电源电压滞后某个角度。因此，在切换过程中，电机端电压发生突变。而本发明采用移相自耦降压方式，当电机接入移相自耦降压起动时，电机端电压滞后电源电压，滞后角度取决于移相变压器设计参数，控制此滞后角度与串电抗器时电机端电压相同，从而保证切换过程中电机端电压保持不变。

作为本发明的一种优选实施方式，还可以通过配置三相磁阀式可控电抗器绕组N1和附加移相绕组N2的匝数比可以控制外延三角形结构输出电压移相角度，使得此相角与K4断开时的电机端电压的相角相同，以达到消除二次冲击的目的。

本发明仅提供了主回路相应的器件及其连接结构，软起动器的控制系统与现有技术相同，本发明不做赘述。最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的实例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动方法，其特征在于：

在电动机起动的初始阶段，通过外延三角形移相自耦变压器进行所述移相自耦降压软起动；所述外延三角形移相自耦变压器包括：

三相磁阀式可控电抗器，其包括铁心柱；

三相磁阀式可控电抗器绕组，绕于所述铁心柱上；以及

附加移相绕组，绕于所述铁心柱上，且与所述三相磁阀式可控电抗器绕组形成外延三角形移相自耦变压器结构；三相磁阀式可控电抗器绕组通过第一开关与电源电网连接；三相磁阀式可控电抗器绕组与附加移相绕组之间通过第四开关连接；三相磁阀式可控电抗器绕组与电动机的输入端通过第三开关连接；电动机的输入端通过第二开关与电源电网连接；以及，

开关控制器，该开关控制分别与第一、第二、第三和第四开关连接，用于控制上述的四个开关；

三相磁阀式可控电抗器绕组还连接有晶闸管，晶闸管用来控制可控电抗器绕组的直流励磁电流，

使用上述磁阀式可控电抗器移相自耦降压软起动装置进行软起动的过程如下：

电动机起动前，通过开关控制器将上述四个开关断开；

当电动机起动时，首先合上第一开关，第三开关和第四开关，此时晶闸管不导通，电动机通过三相磁阀式可控电抗器绕组与附加移相绕组构成的外延三角自耦变压器降压起动，此时只有一部分电动机起动电流流过电网，该过程电动机处于移相自耦降压软起阶段，通过三相磁阀式可控电抗器绕组与附加移相绕组构成的外延三角自耦变压器进行适当降压，使流过电动机的起动电流为3.0～4.0倍；

当电动机开始起动，转速接近额定值，起动电流降低到1.5倍额定值时，软起动方式由移相自耦降压转变为串联可控电抗器降压软起动方式，并由该起动方式过渡到全压运行；所述串联可控电抗器降压软起动方式包括：断开所述三相磁阀式可控电抗器绕组与附加移相绕组；当电动机转速接近额定值，电机电流降至1.5倍额定值以下时，断开第四开关，电机进入串联可控电抗器降压软起动阶段；通过控制晶闸管T1的导通角，使得电抗器绕组内流过直流电流，使电抗器铁心磁饱和，电抗值减小，电动机定子端电压逐步增加，当定子电压与电网电压差小于某设定值时，合上第二开关，将软起动装置旁路，过渡到电动机全压运行，同时，断开第一开关和第三开关，软起动装置与电源电网和电动机隔离，此时电动机软起动过程完成。