CN109889103B - 一种自适应降压软起动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄，本发明还提出了一种自适应降压软起动装置的控制方法。本发明提出的一种自适应降压软起动装置，结合了自耦变压器与固态软起动的优点，具有起动倍数较低、在线可调性好、成本较低的优点，解决现有的起动装置起动倍数偏高、在线可调性差、成本偏高的问题。

Description

一种自适应降压软起动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及起动装置的技术领域，具体涉及一种自适应降压软起动装置及其控制方法。

背景技术

电动机消耗的电能约占发电总量的60％～70％，而电动机中90％是交流电动机，因此对交流电动机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化国家资源的重要手段。交流电动机面临的主要问题是：a、启动问题；b、停机问题；c、综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。

交流电动机直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流。直接影响在该电网上电气设备的运行。全压起动的电动机容量越大，供电变压器容量越小，这种影响越显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30％，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、齿轮或齿轮箱损坏等。

因此，必须改善电动机的起动过程。目前常用的方法是采用起动装置。现有的起动装置主要有：电抗器起动、自耦变起动、水电阻起动、固态软起动、变频器起动。以上起动装置存在下述缺点：

1、起动倍数偏高，比如电抗器起动、水电阻起动、固态软起动；

2、在线可调性差，比如电抗器起动、水电阻起动、自耦变起动；

3、成本偏高、可靠性较低，比如固态软起动、变频器起动。

为此，提出一种自适应降压软起动装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自适应降压软起动装置，结合了自耦变压器与固态软起动的优点，具有起动倍数较低、在线可调性好、成本较低的优点，解决现有的起动装置起动倍数偏高、在线可调性差、成本偏高的问题。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。

作为优选，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k。

作为优选，所述的k的选值范围为：0.45≤k≤0.85。

作为优选，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的(1-k)倍。

本发明还提出一种自适应降压软起动装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、电动机起动前，自耦变压器T高压侧与电源之间串联的开关K₁、自耦变压器T低压侧与电动机之间串联的开关K₂、电源与电动机之间串联的开关K₃均处于断开状态；自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联的双向晶闸管组SCR和开关K₄分别处于截止和断开状态；

S2、起动时，先闭合开关K₄与开关K₂，然后对双向晶闸管组SCR发出全导通的移相触发脉冲信号，再闭合开关K₁，此时电动机开始起动，起动端电压为kU_n，起动电流为k²I_lr，其中U_n表示电动机铭牌上的额定电压，I_lr表示电动机铭牌上的堵转电流；

S3、电动机升速过程中，通过控制移相触发脉冲信号调节双向晶闸管组SCR的导通角度，使电动机端电压在kU_n～U_n之间调节，实现电动机的平滑升速；

S4、电动机升速结束后，先断开开关K₄并截止双向晶闸管组SCR，再闭合开关K₃，使得电动机通过无扰动闭式切换至旁路，起动结束；

S5、最后，断开开关K₂和开关K₁，将该自适应降压软起动装置与电源隔离。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种自适应降压软起动装置，结合了自耦变压器与固态软起动的优点，具有起动倍数较低、在线可调性好、成本较低的优点：

a、可以实现电压斜坡方式软起动，通过闭环控制，还可以实现限流方式软起动，而起动电流为常规固态软起动电流的k倍；

b、由于双向晶闸管组SCR串联在自耦变压器T的星点侧，一方面双向晶闸管组SCR的选型容量为常规固态软起动容量的(1-k)倍，有利于降低成本；另一方面也降低了SCR的短时耐受电流的要求；

c、由于电动机端电压可在任何速度点在线调节，一方面自耦变压器T可以选取更低的变比k，从而实现更低的起动电流，克服常规自耦变压器T因变比过低导致无法完成加速的问题；另一方面可以通过改变起动开始阶段的SCR导通角实现重载起动。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中一种自适应降压软起动装置的连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1、

如图1所示，本发明实施例提出一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k＝0.45，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的0.55倍，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。本发明实施例还提出该自适应降压软起动装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、电动机起动前，自耦变压器T高压侧与电源之间串联的开关K₁、自耦变压器T低压侧与电动机之间串联的开关K₂、电源与电动机之间串联的开关K₃均处于断开状态；自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联的双向晶闸管组SCR和开关K₄分别处于截止和断开状态；

S2、起动时，先闭合开关K₄与开关K₂，然后对双向晶闸管组SCR发出全导通的移相触发脉冲信号，再闭合开关K₁，此时电动机开始起动，起动端电压为0.45U_n，起动电流为0.2025I_lr，其中U_n表示电动机铭牌上的额定电压，I_lr表示电动机铭牌上的堵转电流；

S3、电动机升速过程中，通过控制移相触发脉冲信号调节双向晶闸管组SCR的导通角度，使电动机端电压在0.45U_n～U_n之间调节，实现电动机的平滑升速；

S4、电动机升速结束后，先断开开关K₄并截止双向晶闸管组SCR，再闭合开关K₃，使得电动机通过无扰动闭式切换至旁路，起动结束；

S5、最后，断开开关K₂和开关K₁，将该自适应降压软起动装置与电源隔离。

实施例2、

本发明实施例提出一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k＝0.55，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的0.45倍，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。本发明实施例的控制方法，步骤同实施例1，不同的是，S2步骤中起动时，电动机起动端电压为0.55U_n，起动电流为0.3025I_lr，S3步骤中电动机端电压在0.55U_n～U_n之间调节。

实施例3、

本发明实施例提出一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k＝0.65，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的0.35倍，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。本发明实施例的控制方法，步骤同实施例1，不同的是，S2步骤中起动时，电动机起动端电压为0.65U_n，起动电流为0.4225I_lr，S3步骤中电动机端电压在0.65U_n～U_n之间调节。

实施例4、

本发明实施例提出一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k＝0.75，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的0.25倍，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。本发明实施例的控制方法，步骤同实施例1，不同的是，S2步骤中起动时，电动机起动端电压为0.75U_n，起动电流为0.5625I_lr，S3步骤中电动机端电压在0.75U_n～U_n之间调节。

实施例5、

本发明实施例提出一种自适应降压软起动装置，包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k＝0.85，所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的0.15倍，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄。本发明实施例的控制方法，步骤同实施例1，不同的是，S2步骤中起动时，电动机起动端电压为0.85U_n，起动电流为0.7225I_lr，S3步骤中电动机端电压在0.85U_n～U_n之间调节。

在上述实施例中，对双向晶闸管组SCR发出的调节信号可通过现有技术中的移相触发电路进行发送。

本发明所提出的一种自适应降压软起动装置，可以实现电压斜坡方式软起动，通过闭环控制，还可以实现限流方式软起动，而起动电流为常规固态软起动电流的k倍。再者，由于双向晶闸管组SCR串联在自耦变压器T的星点侧，一方面双向晶闸管组SCR的选型容量为常规固态软起动容量的(1-k)倍，有利于降低成本；另一方面也降低了双向晶闸管组SCR的短时耐受电流的要求。此外，由于电动机端电压可在任何速度点在线调节，一方面自耦变压器T可以选取更低的变比k，从而实现更低的起动电流，克服常规自耦变压器T因变比过低导致无法完成加速的问题；另一方面可以通过改变起动开始阶段的双向晶闸管组SCR导通角实现重载起动。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种自适应降压软起动装置的控制方法，其特征在于：包括自耦变压器T和双向晶闸管组SCR，所述自耦变压器T的高压侧通过开关K₁连接电源，自耦变压器T的低压侧通过开关K₂连接电动机，所述电源与电动机之间串联有开关K₃，所述自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联所述的双向晶闸管组SCR和开关K₄，所述自耦变压器T的低压侧与高压侧变比为k，所述的k的选值范围为：0.45≤k≤0.85；

所述双向晶闸管组SCR的选型容量为常规型固态软起动器容量的(1-k)倍；

还包括如下步骤：

S1、电动机起动前，自耦变压器T高压侧与电源之间串联的开关K₁、自耦变压器T低压侧与电动机之间串联的开关K₂、电源与电动机之间串联的开关K₃均处于断开状态；自耦变压器T的公共绕组与其星点侧之间串联的双向晶闸管组SCR和开关K₄分别处于截止和断开状态；

S2、起动时，先闭合开关K₄与开关K₂，然后对双向晶闸管组SCR发出全导通的移相触发脉冲信号，再闭合开关K₁，此时电动机开始起动，起动端电压为kU_n，起动电流为k²I_lr，其中U_n表示电动机铭牌上的额定电压，I_lr表示电动机铭牌上的堵转电流；

S3、电动机升速过程中，通过控制移相触发脉冲信号调节双向晶闸管组SCR的导通角度，使电动机端电压在kU_n～U_n之间调节，实现电动机的平滑升速；

S4、电动机升速结束后，先断开开关K₄并截止双向晶闸管组SCR，再闭合开关K₃，使得电动机通过无扰动闭式切换至旁路，起动结束；

S5、最后，断开开关K₂和开关K₁，将该自适应降压软起动装置与电源隔离。

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