CN201860283U - 基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，该装置包括可变电抗器（2）、三相反并联晶闸管（3）、起动接触器（KM1）和运行接触器（KM2），其中：可变电抗器（2）的主绕组串联在起动接触器和交流电机（1）定子之间，可变电抗器（2）的二次绕组接三相反并联晶闸管（3）；起动接触器串联在电源和可变电抗器（2）之间，起动接触器与可变电抗器（2）串联后与运行接触器并联。本实用新型采用可变电抗器和晶闸管组成的分级变频重载软起动装置，在继承了由可变电抗器组成的软起动装置的优点的同时，不仅实现了由低压控制高压，而且解决了高低压电机恒转矩负载和重载软起动需要同时限流和提供高转矩的技术难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及交流电机的软起动技术领域，特别是一种基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置。
背景技术
交流电机的起动一直是人们关注的课题。直接起动其起动电流为额定电流的5～7倍、起动转矩约为额定转矩的2倍，甚至还会在高压开关闭合时产生大的操作过电压（可达额定电压的5倍以上），在以往的实践中证明，这些都可能会造成一系列的严重后果。
目前国内有相关软起动控制器的产品，如西普公司的STR、先导倍尔公司的RQD-D7等，实现的功能有：电压斜坡起动、恒电流起动、软停车、自由停车，过电流、三相不平衡、过热、缺相保护，实时监测、软起动参数设置。也存在相关专利，如：低压电动机智能软起动补偿控制装置（ZL200720073919.9）、高压软起动器晶闸管串联装置（CN2914486）等。然而这些产品和专利存在的不足之处也比较明显：大部分软起动器仅适用于低压电机起动，而高压软起动器一般采用在主回路直接串连晶闸管的方案，晶闸管的耐压要求高限制了其适用范围，再者软启动时功率因数过低没能动态的补偿无功功率，功率因数得不到有效的保证。
为此，本申请者提出了“一种电机的软起动装置”（ZL200620096602.2），该装置属磁控式软起动装置，是将可变电抗器串接在主回路中，通过调节串接在电抗器二次侧的晶闸管的导通角来调节电抗器的阻抗，从而调节电抗器的分压，达到调节电机的起动电流的目的。这种方案不受晶闸管耐压能力的限制，所以增加了磁控式软起动装置的适用范围，降低了成本。
然而，以上软起动装置属于传统的降压软起动，其一个很大的缺点是起动电磁转矩的降落。电机的起动转矩和加在电机定子端电压的平方成正比，减少电压就会严重降低起动转矩，重载、满载起动时会使电机堵转保护而起动失败。因此，传统的降压软起动只能适用于空载或轻载电机软起动。在实际应用中，很多电机都是带重载甚至是满载起动，如传送带，起重机等。因此，本实用新型对先前的实用新型专利“一种电机的软起动装置”（ZL200620096602.2）进行改进，使其适用于重载电机的软起动，已经迫在眉睫。
为了解决限制起动电流和提高起动转矩的矛盾，本发明人经过多年的运行实践，开发了一种新的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对传统降压软起动不能提供大转矩、主回路直接串晶闸管分级变频软起动又受耐压能力和经济成本的限制，提出了一种基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，以解决三相交流电机在带重载、满载时无法正常起动的问题。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：该装置包括可变电抗器、三相反并联晶闸管、起动接触器和运行接触器。其中：可变电抗器的主绕组串联在起动接触器和交流电机定子之间，可变电抗器的二次绕组接三相反并联晶闸管。起动接触器串联在电源和可变电抗器之间，起动接触器与可变电抗器串联后与运行接触器并联。
该装置还包括控制器以及电压和电流传感器，其中：所述电压和电流传感器的输出端与控制器的模拟信号输入端相连；起动接触器和运行接触器与控制器的控制信号输出端相连。
该装置包括脉冲变压器，其输入端与控制器的输出端相连接，其输出端接三相反并联晶闸管的控制信号输入端。
所述控制器可以采用单片机。
所述三相反并联晶闸管由三组反向并联的晶闸管组成，分别串联在可变电抗器的二次绕组的两端。
本实用新型提供的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置的工作原理为：电机在停止状态时，起动接触器和运行接触器都处于断开状态。电机起动时，先合上起动接触器，对电机进行分级变频软起动。当电机完成起动过程后，则合上运行接触器，断开起动接触器，电机正常运行。同理电机停车时，先合上起动接触器，断开运行接触器，电机进行软停车。当电机完成软停车过程后，断开起动接触器，电机进入停止状态。
本实用新型具有以下优点：
1．能够在限制起动电流的前提下提供大的起动转矩，适用于带满载甚至重载电机的软起动。
2．控制器可根据采集的电流和电压数据动态的控制晶闸管的通断，实现电机分级变频软起动智能化控制。
3．可变电抗器谐波分量大部分由控制绕组吸收，起到了良好的滤波效果，进而反应在电源的谐波较小，对电网供电有利，同时也将降低谐波污染。
4. 采用的交交变频器的控制算法可以保证在每个分级频率输出最大转矩，持续时间任意设定，还可保持在各级频率转换时刻转矩输出不发生回落，以保证转速稳定上升。
附图说明
图1是本实用新型的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置结构示意图。
图中：1.交流电机； 2.可变电抗器； 3.三相反并联晶闸管； 4.电压和电流传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。
本实用新型提供的可变电抗器的分级变频重载软起动装置，是一种对本申请者原有“一种电机的软起动装置”（ZL200620096602.2）的改进型装置。该装置可实现三相交流电机带重载的软起动，例如能够与图1所示0.4kV、11kW三相电机配套使用。
所述可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其结构如图1所示：主要由可变电抗器2，起动接触器（KM1），运行接触器（KM2），三相反并联晶闸管3，电压和电流传感器4，控制器和脉冲变压器组成。
可变电抗器2包括主绕组201和二次绕组202，其中：主绕组串联在起动接触器（KM1）和交流电机1定子之间，二次绕组接三相反并联晶闸管3。这样，通过三相反并联晶闸管控制主绕组的电流频率，进而控制交流电机1的电流频率。可变电抗器2为三相可变电抗器。
所述三相反并联晶闸管3可由三组反向并联的晶闸管组成，分别串联在可变电抗器二次绕组的两端，根据分级变频的需要控制晶闸管的通断，从而对交流电机1的定子电压分级调频，实现重载或恒转矩负载交流电机1的软起动。
起动接触器（KM1）串联在电源和可变电抗器2之间；起动接触器（KM1）与可变电抗器2串联后与运行接触器（KM2）并联。
控制器采用单片机，包括模拟信号输入/输出端，开关量信号输入/输出端。
电压和电流传感器4的输出端与所述单片机的模拟信号输入端连接。起动接触器KM1、运行接触器KM2的通/断由所述单片机的开关量信号输出端控制。
本实用新型还设有脉冲变压器，其输入端与单片机的输出端相连接，其输出端接三相反并联晶闸管3的控制信号输入端。这样，通过控制器控制三相反并联晶闸管3，以实现电机的分级调频软起动。
本实用新型为了提高起动转矩，限制起动电流，采用了分级交交变频的控制方法，通过巧妙的控制三相反并联晶闸管的触发顺序，在改变电压的同时也改变交流电的频率，实现了高转矩的V/F控制软起动。
本实用新型根据正弦波分频的特点，在低频段尽量采用正相序平衡的奇数次分频。综合文献结论，为了避免出现负的力矩使电机反向旋转，离散变频软起动只能采用3n+1分频。我们目前采用的频率跳跃等级为10→7→4→2→1，软停车可按相反的顺序进行。
通过试验以及MATLAB电流波形分析证明，这种可变电抗的分级变频软起动器可以做到带重载的交流电机1的限流软起动，实现了真正的平滑升频软起动，提高了起动转矩。由于保留了原有的软起动器的硬件结构，只是对晶闸管的触发脉冲的控制方法进行了改进，因此不会增加成本支出，而大大增加了起动适用范围，因而是一次突破。
下面结合图1叙述本实用新型的具体工作过程。
本实用新型提供的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，主要由可变电抗器2，起动接触器（KM1），运行接触器（KM2），三相反并联晶闸管3，电压和电流传感器4，控制器和脉冲变压器组成。可变电抗器的主绕组串联在起动接触器（KM1）和交流电机定子之间，二次绕组接三相反并联晶闸管。控制器根据电压和电流传感器实时采样到的电流、电压数据，采用分级交交变频的控制方法，通过控制三相反并联晶闸管的触发顺序来控制晶闸管的通断，在改变电压大小的同时也改变交流电压的频率，让电机的工作电压频率按照10→7→4→2→1的最佳分频比来变化，有效降低电机起动电流的同时大大提高了电机的起动转矩，从而实现高转矩的电机分级变频软起动。
Claims (5)
1.基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其特征在于该装置包括可变电抗器（2）、三相反并联晶闸管（3）、起动接触器和运行接触器，其中：可变电抗器的主绕组串联在起动接触器和交流电机（1）定子之间，可变电抗器（2）的二次绕组接三相反并联晶闸管（3）；起动接触器串联在电源和可变电抗器（2）之间，起动接触器与可变电抗器（2）串联后与运行接触器并联。
2.根据权利要求1所述的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其特征在于该装置包括控制器以及电压和电流传感器（4），其中：所述电压和电流传感器的输出端与控制器的模拟信号输入端相连；起动接触器和运行接触器与控制器的控制信号输出端相连。
3.根据权利要求2所述的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其特征在于该装置包括脉冲变压器，其输入端与控制器的输出端相连接，其输出端接三相反并联晶闸管（3）的控制信号输入端。
4.根据权利要求1或2所述的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其特征在于控制器采用单片机。
5.根据权利要求1所述的基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置，其特征在于所述三相反并联晶闸管（3）由三组反向并联的晶闸管组成，分别串联在可变电抗器（2）的二次绕组的两端。
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