CN112838792A - 一种智能化软起动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化软起动装置，包括降压器、有载分接开关、降压控制柜、无功控制柜、无功发生器、控制单元，降压器的高压侧连接起动柜，降压器的高压侧中性点设有有载分接开关，有载分接开关通过降压控制柜连接成星形；无功发生器的高压端通过无功控制柜连接降压器的低压侧，无功发生器的低压端连接成星形；控制单元中存储有数据表，数据表中包括电机各转速点对应的关键数据，控制单元用于采集电机的数据以及电网的数据，与数据表比对后输出控制信号；有载分接开关用于根据控制信号调节降压器高压端的绕组匝数。

Description

一种智能化软起动装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种智能化软起动装置。

背景技术

因为所有的软起动设备对于空电机来说，均能一次起动，但当电机拖动负载机组后，各软起动设备均或多或少的需要起动几次来调整起动参数。由于TCS设备(降压补偿固态软起动装置)的一次回路采用成熟的降压器和无功发生器，均为不可控元件，一旦投入电网而拖动电机起动时，所有的起动效果均来自TCS设备内的PLC控制系统的自动控制。所以通常，只要提供了准确的电网、电机、负载参数，就可以做到TCS装置的精确选型，并能保证现场的一次顺利起动。

通常根据电网参数、电机参数、负载参数，来工程建模，采用计算机仿真，在不超过电机热极限曲线的条件下，满足对起动电流的要求(例如不超过1.5倍电机额定电流)，来确定降压器的二次侧抽头电压、无功发生器的容量和分组，并根据降压器和无功发生器的匹配选型来确定降压控制柜和无功控制柜内的各真空断路器等器件的选型。然而每个项目现场的电机功率和特性不同、负载不同，以及对起动电流的要求不同，这就为TCS装置的选型带来了多样性。

实际情况是往往现场工况复杂多变，可能不确定具体的电网、电机、负载情况，这就导致TCS设备在调试初期(或者是后期使用中)可能会出现几次反复带载开机起动的情况，以便找到最佳的起动参数匹配。

TCS装置的起动效果受电网、负载参数的影响比较大，还会受到现场安装工艺的影响。正因为用户现场复杂多变的不可控因素，降压器的二次侧一般设计为高、中、低三档抽头(例如10/7.9kV、10/7.6kV、10/7.3kV)。所以，需要设计一款TCS，来实现TCS可控的软起动需求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种智能化软起动装置，实现电机起动过程中的在线式调压模式，通过查表法判断电机情况并输出控制信号，对有载分接开关进行切换，从而调节降压器的二次侧输出电压，达到智能化控制。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种智能化软起动装置，其输入端通过起动柜接入电网，其输出端通过出线柜连接待起动电机，所述电机还通过运行柜接入电网，该装置包括降压器、有载分接开关、降压控制柜、无功控制柜、无功发生器、控制单元，所述降压器的高压侧连接所述起动柜，所述降压器的高压侧中性点设有有载分接开关，所述有载分接开关通过所述降压控制柜连接成星形；所述无功发生器的高压端通过所述无功控制柜连接所述降压器的低压侧，所述无功发生器的低压端连接成星形；所述起动柜、所述电机、所述出线柜、所述运行柜、所述降压器、所述有载分接开关、所述降压控制柜、所述无功控制柜分别与所述控制单元信号连接；

所述控制单元中存储有数据表，所述数据表中包括所述电机的各转速点对应的关键数据，所述控制单元用于采集所述电机的数据以及电网的数据，与所述数据表比对后输出控制信号；

所述有载分接开关用于根据所述控制信号调节所述降压器高压端的绕组匝数。

进一步，所述有载分接开关为三相Y型有载分接开关。

进一步，所述无功控制柜、所述降压控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关均带有电动执行机构，所述控制单元与所述电动执行机构分别信号连接。

进一步，所述控制单元通过所述电机的参数及电网的参数仿真得到所述数据表。

进一步，所述控制单元为PLC。

进一步，该装置还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制单元通信连接。

本发明的有益效果是：本发明的智能化软起动装置，通过对降压器高压侧中性点的有载分接开关的接入点进行调节，从而对降压器高压侧的绕组匝数进行调节，使降压器低压侧仅需设置一组抽头，即可实现电机起动过程中的在线式调压模式，通过查表法判断电机情况并输出控制信号，对有载分接开关进行切换，从而调节降压器的二次侧输出电压，达到智能化控制，保证机组的一次成功起动。

附图说明

图1为本发明实施例电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示的一种智能化软起动装置，为降压补偿固态软起动装置，其输入端通过起动柜接入电网，其输出端通过出线柜连接待起动电机，所述电机还通过运行柜接入电网。如图1所示，该装置包括降压器、有载分接开关K1、降压控制柜、无功控制柜、无功发生器、控制单元。所述降压器的高压侧连接所述起动柜，所述降压器的高压侧绕组为星型连接，在所述降压器的高压侧绕组上设有有载分接开关K1，所述有载分接开关K1通过所述降压控制柜连接成星形。所述有载分接开关K1为三相Y型有载分接开关，将所述降压器的高压侧绕组分为多个绕组档位，根据控制有载分接开关K1的接入点来调节降压器的高压侧绕组匝数，以调节降压器的输出电压。三相的所述无功发生器的高压端均通过所述无功控制柜连接所述降压器的低压侧，三相所述无功发生器的低压端连接成星形。所述起动柜、所述电机、所述出线柜、所述运行柜、所述降压器、所述有载分接开关K1、所述降压控制柜、所述无功控制柜分别与所述控制单元信号连接。所述无功控制柜、所述降压控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关均带有电动执行机构，所述控制单元与所述电动执行机构分别信号连接。控制单元输出控制信号，分别控制各个电动执行机构进行动作，实现对各个电动开关的合闸及分断的控制。

所述控制单元中存储有数据表，所述数据表中包括所述电机的各转速点对应的关键数据，所述控制单元用于采集所述电机的数据以及电网的数据，与所述数据表比对后输出控制信号。

所述有载分接开关K1用于根据所述控制信号调节所述降压器高压端的绕组匝数。

所述无功控制柜用于根据所述控制单元输出的控制信号控制所述无功发生器在电机起动时的投切，使无功发生器为电机起动提供无功补偿。

所述降压控制柜用于根据所述控制单元输出的控制信号控制降压器高压侧的中性点连接成星形。

所述起动柜用于根据所述控制单元输出的控制信号控制该降压补偿固态软起动装置接入电网。

所述出线柜用于根据所述控制单元输出的控制信号控制该降压补偿固态软起动装置连接需要起动的电机。

所述运行柜用于根据所述控制单元输出的控制信号控制电机接入电网。

在现有技术的降压补偿固态软起动装置中，无功发生器一般是分组投切的(这个可以算是半自动化控制，不能做到连续的无级投切)，而在起动过程中起关键作用的降压器是固定不可控的。如果能将降压器做成可调压方式的降压器，则可以解决自动化控制功能。于是本实施例将有载分接开关K1与降压器组合成中性点有载调压式降压器，并配合电动执行器来调节控制有载分接开关K1，实现起动过程中的在线式调压模式，达到智能化控制，保证机组的一次成功起动。

有载分接开关K1连接于降压器的高压侧中性点侧的目的有二个：①降压器的中性点侧电流不大，比其输入侧(例如高压侧绕组)和输出侧(例如低压侧绕组)的电流要小很多，这样有利于有载分接开关K1额定电流的选取；同时有载分接开关K1在调节的过程中，大电流所产生的电弧也明显减少；②降压器的中性点侧电压很低，几乎为零，这就使得有载分接开关K1绝缘耐压水平可以相对较低，有利于有载分接开关K1的选型和降成本考虑。

本实施例中，所述控制单元采用PLC。该装置还包括触摸屏，所述触摸屏与PLC通信连接。操作人员在触摸屏上或者与PLC通信连接的中控系统发出控制指令，PLC将控制指令转化为相应的控制信号，并发送到各个控制柜，实现对电机起动过程的控制。在这个过程中，还有信号采集单元实时采集电机以及电网交流母线的各项运行数据，将采集的数据传输到PLC中，作为发出控制信号的参考数据。

本实施例中，所述控制单元通过所述电机的参数及电网的参数仿真得到所述数据表。

以其中一个应用案例为例，在对降压补偿固态软起动装置进行选型时，我们采集必要的相关参数(例如电机转速、电机阻抗、电机的等效电阻、电机电流、电机电压、电网的母线电流、母线电压等)，运用计算机工程建模仿真，对电机起动过程中各阶段进行详细计算，各转速点对应的关键数据如下表所示：

表1

该表格中，母线电流倍数、母线电压、电机端电压都是指实测数据与10kV系统相对比得到的值。表格中母线电流倍数指测得的实时母线电流与电机额定电流的比值，表格中母线电压指测得的实时母线电压与母线额定电压的比值，表格中电机端电压指测得的实时电机电压与母线额定电压的比值，表格中转速指测得的电机转速与电机额定转速的比值。

通过仿真计算，该电机在起动时：网侧母线电流在1.38倍电机的额定电流以内，母线压降10％以内，电机端电压在68％以上，起动时间在49s以内。

将上表数据存储于PLC中的数据表中。

降压补偿固态软起动装置在现场安装完毕后，第一次带载起动。初期，PLC会检测10kV母线电压、母线电流、电机端电压、电机端电流、电机转速，并实时与数据表中相关参数比对，进行实时在线调压控制。通过切换有载分接开关K1在电路中的触点组，来调节降压器二次侧(即低压侧)向电机的输出电压。举例，如果初期(0转速附近)起动电流为1.52倍，母线电压94％，机端电压71％，说明用户电网很好，系统的短路容量较大，使得母线压降小，机端电压偏高(即降压器二次侧输出电压较高)，起动电流偏大，此时PLC就控制降压器高压侧中性点的有载分接开关K1切换触点实现降压，以达到机端电压68％的目的。只要满足机端电压按计算表中数据曲线参数，则整个起动过程可控可预期，并最终按仿真计算的结果来成功起动机组。

这种自动调压+查表法的起动方式，可以自适应整个机组系统的动态响应。有很多电机起动现场环境复杂，在起动机组前，总会有很多不确定的因素存在，本实施例的中性点有载调压式智能型降压补偿固态软起动装置可以很好的满足用户复杂的工况要求，并实现一次起动成功的目的。

本发明的智能化软起动装置，通过对降压器高压侧中性点的有载分接开关K1的接入点进行调节，从而对降压器高压侧的绕组匝数进行调节，使降压器低压侧仅需设置一组抽头，即可实现电机起动过程中的在线式调压模式，通过查表法判断电机情况并输出控制信号，对有载分接开关进行切换，从而调节降压器的二次侧输出电压，达到智能化控制，保证机组的一次成功起动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种智能化软起动装置，其输入端通过起动柜接入电网，其输出端通过出线柜连接待起动电机，所述电机还通过运行柜接入电网，其特征在于，包括降压器、有载分接开关、降压控制柜、无功控制柜、无功发生器、控制单元，所述降压器的高压侧连接所述起动柜，所述降压器的高压侧中性点设有有载分接开关，所述有载分接开关通过所述降压控制柜连接成星形；所述无功发生器的高压端通过所述无功控制柜连接所述降压器的低压侧，所述无功发生器的低压端连接成星形；所述起动柜、所述电机、所述出线柜、所述运行柜、所述降压器、所述有载分接开关、所述降压控制柜、所述无功控制柜分别与所述控制单元信号连接；

所述控制单元中存储有数据表，所述数据表中包括所述电机的各转速点对应的关键数据，所述控制单元用于采集所述电机的数据以及电网的数据，与所述数据表比对后输出控制信号；

所述有载分接开关用于根据所述控制信号调节所述降压器高压端的绕组匝数。

2.根据权利要求1所述一种智能化软起动装置，其特征在于，所述有载分接开关为三相Y型有载分接开关。

3.根据权利要求1所述一种智能化软起动装置，其特征在于，所述无功控制柜、所述降压控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关均带有电动执行机构，所述控制单元与所述电动执行机构分别信号连接。

4.根据权利要求1所述一种智能化软起动装置，其特征在于，所述控制单元通过所述电机的参数及电网的参数仿真得到所述数据表。

5.根据权利要求1所述一种智能化软起动装置，其特征在于，所述控制单元为PLC。

6.根据权利要求1所述一种智能化软起动装置，其特征在于，该装置还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制单元通信连接。

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