CN202282754U - 用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其包括开关变压器；开关变压器的副边线圈对应设置有反并联的晶闸管；反并联晶闸管顺序且按设定导通角导通时，调整开关变压器原边线圈的电压。本实用新型高压交流异步电动机通过开关变压器原边线圈与第一高压接触器相连，开关变压器副边线圈各相设置反并联的晶闸管，通过控制晶闸管的导通，来调节开关变压器原边线圈电压，使得交流异步电动机的启动电压逐渐变大，交流异步电动机的转速逐渐接近额定转速，完成交流异步电动机的启动；开关变压器副边线圈的电压低，不需串联晶闸管，成品低压电机软启动器产品市场成熟，可靠性得以保证，结构紧凑，启动稳定，安全可靠。

Description

用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置

技术领域

本实用新型涉及一种高压交流异步电动机软启动装置，一种用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，属于交流异步电动机软启动的技术领域。

背景技术

交流异步电动机是当今传动工程中最常用的动力来源，但由于其启动特性，如果连接电源系统全压直接启动，启动电流会达到额定电流的5-8倍，甚至更高。在许多场合，这种过大的启动电流会对整个传动系统产生不良的影响。为了满足交流异步电动机自身启动条件、负载传动机械的工艺要求、保护其他用电设备正常工作的需要，必须在电动机启动过程中采取必要的措施来控制其启动过程，降低启动电流冲击和转矩冲击。

为了降低启动电流，必须使用启动辅助装置。传统的启动辅助装置有定子串电阻启动装置、定子串电抗器启动装置、转子串电阻启动（绕线转子电动机）装置、星三角启动器、磁控式启动器、自耦变压器启动器等等。但上述传统的启动辅助装置，要么启动电流和机械冲击仍过大，要么体积庞大笨重。随着电力电子技术和微机技术、现代控制技术的发展，出现了一些新型的启动装置，如变频调速器和晶闸管电动机软启动器。变频调速器由于其电气特性、复杂性和价格因素决定了其主要用于电动机调速领域，一般不单纯用于电动机启动控制。晶闸管电动机软启动也被称为可控硅电动机软启动，或者固态电子式软启动器，它是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护于一体的新颖电动机控制装置，它不仅有效地解决了电动机启动过程中电流冲击和转矩冲击问题，还可以根据应用条件的不同设置其工作状态，有很强的灵活性和适应性。

晶闸管软启动应用了交流调压调速的原理，利用晶闸管的可控导通特性，通过控制晶闸管的导通角α来改变实际施加在电动机定子上的电压有效值，从而减少电动机启动电流。低压（380V-1200V）电机软启动装置现在已有很多应用，它是由直接晶闸管形式为主，通过调节正反并联晶闸管导通角来调节电动机的端电压，使电动机端电压逐渐上升，达到软起动的作用，它限制了电动机的启动电流，减少了对电网的冲击，提高了电机及机械设备的寿命，减少了停工台时，提高了生产效率。

如图1所示：为目前常用的低压交流异步电动机的软启动原理图。所述软启动系统中包括如下环节：

1、三相晶闸管交流调压电路：三相电源线上设置两个反并联的晶闸管，作为执行机构，通过控制晶闸管的导通角大小起到最终调节输出到电机定子上的电压和电流的作用；2、电源同步检测环节：晶闸管必须在承受正向电压的同时给门极施加触发型号才可以被触发导通，为此，电路中每只晶闸管的触发相位必须以其刚刚承受正压电压时的相位点（即电源电压过零点）作为参照，这就必须对供电电源电压过零点进行检测，称为同步检测，并由此确定触发型号发出的时刻和电路中6只晶闸管的触发顺序；

3、触发角控制和调节环节：来自电源同步检测环节的同步信号和来自反馈量检测环节的信号都被送入触发角控制和调节环节，通过控制环节对信号进行处理和计算，最后输出晶闸管的触发控制和信号调节。软启动器的控制和调节环节通常由微计算机及其外围电路构成，软启动器的各种启动方式正是由微计算机内不同的程序算法来控制完成的；    

4、触发脉冲形成和隔离放大环节：根据从计算机接收到的触发控制信号，通过脉冲形成、整形、隔离、功放后施加于三相反并联晶闸管的门极，控制晶闸管的导通；

5、根据软启动器的功能不同，软启动器需要采样多种物理量，软启动器对于这些物理量的采集主要用于实现启动算法和各种保护，可以实现输出、输入电压和输出电流的采样，实现电压和电流的闭环调节。电压电流检测环节可以完成诸如过电流、缺相、过载、堵转等保护。电压检测环节可以完成诸如过电压、欠电压、缺相等保护。

高压电机的软启动装置由于受晶闸管器件耐压的限制一直解决不好，所以高压电动机软启动装置的应用也几近空白。近几年市场上出现了少数厂家生产的采用晶闸管串联技术的中高压电机软启动装置，这种电路拓扑结构是由低压软启动演变而来，由于单只晶闸管的耐压达不到要求水平，因此，晶闸管直接高压软启动的每个臂都是由多只晶闸管串联组成，称之为高压晶闸管阀。但这种方法对元器件特性参数的一致性要求很高，元器件的筛选率很低，且筛选仪器的价格很高，致使装置的价格较高。另外在使用一段时间后，元器件的参数还会发生变化，使元器件的均压性能降低，极易造成整串元器件的损坏，使这种装置的可靠性降低，一旦元器件损坏，用户很难修复，所以应用程度不高。

如图2所示：为采用多只晶闸管串联的高压软启动系统，KM1、KM2为高压接触器，SCR为（普通）晶闸管，M为高压电动机。KM1控制主电路的通断，KM2控制电力器件的旁路。就高压交流感应电机而言，在全部软启动装置的总容量上大约占了一半，其启动问题便是必须解决的问题而摆在我们面前。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，用用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，结构紧凑，启动稳定，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，包括开关变压器；所述开关变压器的副边线圈对应设置有反并联的晶闸管；所述反并联晶闸管顺序且按设定导通角导通时，调整开关变压器原边线圈的电压。

所述开关变压器的原边线圈与交流异步电动机串联，且交流异步电动机通过开关变压器的原边线圈与第一高压接触器相连，开关变压器的原边线圈还与用于旁路控制的第二高压接触器相连；反并联晶闸管导通时，使得开关变压器原边线圈的分压逐渐变小，交流异步电动机的启动电压逐渐变大，直至交流异步电动机的转速接近额定转速，第二高压接触器的触点闭合。

所述开关变压器的原边线圈包括第一原边线圈、第二原边线圈及第三原边线圈；开关变压器的副边线圈包括第一副边线圈、第二副边线圈及第三副边线圈；所述第一副边线圈与第一原边线圈相对应，第二副边线圈与第二原边线圈相对应，第三副边线圈与第三原边线圈相对应；第一副边线圈的两端设置有反并联的第一晶闸管及第四晶闸管，第二副边线圈的两端设置有反并联的第三晶闸管及第六晶闸管，第三副边线圈的两端设置有反并联的第五晶闸管及第二晶闸管；第一晶闸管的阴极端与第四晶闸管的阳极端相连，且第一晶闸管的阴极端与第二晶闸管的阴极端及第五晶闸管的阳极端相连；第五晶闸管的阴极端与第二晶闸管的阳极端相连后，并与第六晶闸管的阴极端及第三晶闸管的阳极端相连；第三晶闸管的阴极端与第六晶闸管的阳极端向，并与第一晶闸管的阳极端及第四晶闸管的阴极端相连。

所述第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管及第六晶闸管的控制导通角依次相差60度。

所述开关变压器副边线圈的反并联晶闸管的控制端均与触发脉冲形成和隔离放大模块相连，触发脉冲形成和隔离放大模块的输入端与微型计算机触发调节模块相连，微型计算机触发调节模块的输入端与用于检测流过交流异步电动机电流的电流检测模块及用于同步检测的同步检测电压检测模块相连。

所述微型计算机触发模块的输入端与控制输入模块及人机界面相连。所述开关变压器为高磁密变压器。

所述开关变压器副边线圈上由相应反并联的晶闸管构成的软启动器采用成品低压电机软启动器；所述成品低压电机软启动器及开关变压器与交流异步电动机的负载功率相匹配；所述成品低压软启动器及开关变压器均位于金属壳体内。所述金属壳体的材料包括钢板。

本实用新型的优点：高压交流异步电动机通过开关变压器原边线圈与第一高压接触器相连，开关变压器副边线圈各相设置反并联的晶闸管，通过控制晶闸管的导通，来调节开关变压器原边线圈电压，使得交流异步电动机的启动电压逐渐变大，交流异步电动机的转速逐渐接近额定转速，完成交流异步电动机的启动；由于开关变压器副边线圈的电压低，不需要串联晶闸管，降低成本，结构紧凑，启动稳定，安全可靠。

附图说明

图1为现有低压交流异步电动机软启动的结构示意图。

图2为现有高压交流异步电动机软启动的结构示意图。

图3为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图3所示：为了解决目前高压交流异步电动机软启动中存在的问题，所述高压交流异步电动机软启动装置中，包括开关变压器，所述开关变压器的副边线圈设置低压电机软启动器，所述低压电机软启动器采用成品低压电机软启动器；开关变压器采用高磁密开关变压器。所述成品低压电机软启动器与高磁密开关变压器均放置于金属壳体内，所述金属壳体的材料包括钢板。所述成品低压电机软启动器及高磁密开关变压器的设计参数与交流异步电动机的功率相一致。

交流异步电动机通过开关变压器与第一高压接触器KM1相连，第二高压接触器KM2用于控制旁路，当交流异步电动机启动完成后，第二高压接触器KM2的触点闭合。具体地，交流异步电动机通过开关变压器的原边线圈与第一高压接触器KM1相连，由于交流异步电动机采用三相电源启动供电，所述开关变压器的原边线圈包括第一原边线圈A1A2、第二原边线圈B1B2及第三原边线圈C1C2。开关变压器的副边线圈包括第一副边线圈a1a2、第二副边线圈b1b2及第三副边线圈c1c2；所述第一副边线圈a1a2与第一原边线圈A1A2相对应，第二副边线圈b1b2与第二原边线圈B1B2相对应，第三副边线圈c1c2与第三原边线圈C1C2相对应；第一副边线圈a1a2的两端设置有反并联的第一晶闸管VT1及第四晶闸管VT4，第二副边线圈b1b2的两端设置有反并联的第三晶闸管VT3及第六晶闸管VT6，第三副边线圈c1c2的两端设置有反并联的第五晶闸管VT5及第二晶闸管VT2；第一晶闸管VT1的阴极端与第四晶闸管VT4的阳极端相连，且第一晶闸管VT1的阴极端与第二晶闸管VT2的阴极端及第五晶闸管VT5的阳极端相连；第五晶闸管VT5的阴极端与第二晶闸管VT2的阳极端相连后，并与第六晶闸管VT6的阴极端及第三晶闸管VT3的阳极端相连；第三晶闸管VT3的阴极端与第六晶闸管VT6的阳极端向，并与第一晶闸管VT1的阳极端及第四晶闸管VT4的阴极端相连。

为了能够得到交流异步电动机的启动端电压与三相电源的电压变化相一致，且交流异步电动机的端电压能逐渐变大，所述第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第五晶闸管VT5及第六晶闸管VT6依次导通，且第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第五晶闸管VT5及第六晶闸管VT6间的导通角依次相差60度。因此，反并联于第一副边线圈a1a2的第一晶闸管VT1与第四晶闸管VT4的导通角相差180度，第二晶闸管V2与第五晶闸管VT5、第三晶闸管VT3与第六晶闸管VT6的导通角也相差180度；从而能够在交流异步电动机上得到与三相电源变化相一致的启动电压。通过控制第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第五晶闸管VT5及第六晶闸管VT6依次导通后，由开关变压器副边线圈与原边线圈的电压比例关系，当开关变压器副边线圈的电压变换后，能够得到开关变压器原边线圈的电压能逐渐变化，开关变压器的原边线圈与交流异步电动机串联后共同承担三相电压，由串联分压原理可知，当开关变压器原边线圈的电压逐渐从大到小变化时，交流异步电动机两端的电压会从小到大变化，交流异步电动机两端电压的变化能够使得交流异步电动机的转速逐渐增大，直至接近额定转速。由于采用开关变压器的原边线圈进行分压，从而避免了现有软启动系统中通过晶闸管控制电压变化同时承担电压的缺陷，提高了交流异步电动机软启动的可靠性。

为了能够控制第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第五晶闸管VT5及第六晶闸管VT6间的导通顺序及导通角，本实用新型的反并联晶闸管需要安装与图1中相应的控制系统。具体地，第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第五晶闸管VT5及第六晶闸管VT6的控制端与触发脉冲形成和隔离放大模块相连，触发脉冲形成和隔离放大模块的输入端与微型计算机触发调节模块，所述微型计算机触发调节模块与用于检测交流异步电动机启动电流的电流检测模块及用于检测同步的同步检测电压检测模块相连，微型计算机触发调节模块还与控制输入模块及人机界面相连，通过控制输入模块及人机界面能够调节相应的导通角，从而能调节控制交流异步电动机的启动过程。微型计算机触发调节模块包括PLC。

如图3所示：第一高压接触器KM1、第二高压接触器KM2和三相异步电动机M 是原系统，第一高压接触器KM1、开关变压器、位于开关变压器副边线圈的反并联晶闸管和可编程序控制器(PLC)构成软启动系统。当需要启动三相异步电动机时，首先合上第一高压接触器KM1，使开关变压器与三相异步电动机串联接在三相电源上，由PLC构成的微型计算机触发调节模块控制开关变压器副边线圈对应的晶闸管的导通与截止，使开关变压器原边线圈的电压由大到小变化，使得三相异步电动机的端电压则由小到大变化，三相异步电动机的转速逐渐上升，当接近额定转速时，合上第二高压接触器KM2，断开第一高压接触器KM1，软启动完毕，三相异步电动机以额定转速运转。

本实用新型中采用开关变压器式软启动装置同低压软启动器没有本质的区别，两者的不同点在于晶闸管在电路中的位置。对于开关变压器软启动，通过变压器的耦合，接在开关变压器副边线圈各相的晶闸管同样可以通过自己的通断改变主电路中三相电源各相的通断，因此可以得出开关变压器软启动装置与现有可控硅软启动装置工作原理完全相同的结论。因为开关变压器设计的副边线圈电压很低，晶闸管不需要串联，在软启动过程中与现有软启动装置中晶闸管的触发、工作状态、控制算法、软启动特性等方面两者是相同的，与现有软启动控制装置能较好兼容；同时避免晶闸管串联带来的一系列问题。晶闸管软启动的控制技术已十分成熟，我们只要根据系统设计参数进行一些简单的配置就可实现用低压晶闸管软启动控制器来实现开关变压器软启动的控制。开关变压器采用高磁密变压器，在启动过程中，开关变压器始终处于开和关两种状态。开关变压器的能量传输方向只能是原边线圈一侧到副边线圈一侧，开关变压器的副边线圈侧没有耗能元件，晶闸管的通态和断态均不消耗或很少消耗能量，是凭借晶闸管的通断来控制三相异步电动机启动电流的大小。对高磁密变压器与实用高压电机软起电流等关联性计算机仿真设计，并在开关变压器及装置外壳结构上针对软起高次谐波进行了降噪消音设计。由此技术构成的软起动装置具有很高的可靠性。

本实用新型高压软起动装置适用于煤矿井下高压10（6）KV，大功率（200～2500KW）风机、水泵、胶带输送机用异步电动机轻、重负载软起动，能够对起动电流实现无级的、精确的控制，减少起动过程中起动电流对电网的冲击，同时减少机械冲击，避免巨大的机械冲击对设备造成的损坏。

Claims (9)

1.一种用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，包括开关变压器；其特征是：所述开关变压器的副边线圈对应设置有反并联的晶闸管；所述反并联晶闸管顺序且按设定导通角导通时，调整开关变压器原边线圈的电压。

2.根据权利要求1所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述开关变压器的原边线圈与交流异步电动机串联，且交流异步电动机通过开关变压器的原边线圈与第一高压接触器（KM1）相连，开关变压器的原边线圈还与用于旁路控制的第二高压接触器（KM2）相连；反并联晶闸管导通时，使得开关变压器原边线圈的分压逐渐变小，交流异步电动机的启动电压逐渐变大，直至交流异步电动机的转速接近额定转速，第二高压接触器（KM2）的触点闭合。

3.根据权利要求1所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述开关变压器的原边线圈包括第一原边线圈（A1A2）、第二原边线圈（B1B2）及第三原边线圈（C1C2）；开关变压器的副边线圈包括第一副边线圈（a1a2）、第二副边线圈（b1b2）及第三副边线圈（c1c2）；所述第一副边线圈（a1a2）与第一原边线圈（A1A2）相对应，第二副边线圈（b1b2）与第二原边线圈（B1B2）相对应，第三副边线圈（c1c2）与第三原边线圈（C1C2）相对应；第一副边线圈（a1a2）的两端设置有反并联的第一晶闸管（VT1）及第四晶闸管（VT4），第二副边线圈（b1b2）的两端设置有反并联的第三晶闸管（VT3）及第六晶闸管（VT6），第三副边线圈（c1c2）的两端设置有反并联的第五晶闸管（VT5）及第二晶闸管（VT2）；第一晶闸管（VT1）的阴极端与第四晶闸管（VT4）的阳极端相连，且第一晶闸管（VT1）的阴极端与第二晶闸管（VT2）的阴极端及第五晶闸管（VT5）的阳极端相连；第五晶闸管（VT5）的阴极端与第二晶闸管（VT2）的阳极端相连后，并与第六晶闸管（VT6）的阴极端及第三晶闸管（VT3）的阳极端相连；第三晶闸管（VT3）的阴极端与第六晶闸管（VT6）的阳极端向，并与第一晶闸管（VT1）的阳极端及第四晶闸管（VT4）的阴极端相连。

4.根据权利要求3所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述第一晶闸管（VT1）、第二晶闸管（VT2）、第三晶闸管（VT3）、第四晶闸管（VT4）、第五晶闸管（VT5）及第六晶闸管（VT6）的控制导通角依次相差60度。

5.根据权利要求2所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述开关变压器副边线圈的反并联晶闸管的控制端均与触发脉冲形成和隔离放大模块相连，触发脉冲形成和隔离放大模块的输入端与微型计算机触发调节模块相连，微型计算机触发调节模块的输入端与用于检测流过交流异步电动机电流的电流检测模块及用于同步检测的同步检测电压检测模块相连。

6.根据权利要求5所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述微型计算机触发模块的输入端与控制输入模块及人机界面相连。

7.根据权利要求1所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述开关变压器为高磁密变压器。

8.根据权利要求2所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述开关变压器副边线圈上由相应反并联的晶闸管构成的软启动器采用成品低压电机软启动器；所述成品低压电机软启动器及开关变压器与交流异步电动机的负载功率相匹配；所述成品低压软启动器及开关变压器均位于金属壳体内。

9.根据权利要求8所述的用成品低压电机软启动器实现高压电机的软启动装置，其特征是：所述金属壳体的材料包括钢板。

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