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软启动器在水电厂泵控中的应用

发布时间:2012-05-16 来源:中国自动化网 类型:应用案例 人浏览
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关键字:

软启动器

导读:

1前言 在水电厂,随着生产设备的大型化,电动机(例如 压油泵、消防供水泵、排水泵等)容量越来越大。交流电动机以结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等特点,得到了广泛的应用。但是交流电动机在直接起动...

1前言
    在水电厂,随着生产设备的大型化,电动机(例如 压油泵、消防供水泵、排水泵等)容量越来越大。交流电动机以结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等特点,得到了广泛的应用。但是交流电动机在直接起动的过程中,将产生5~8倍于电动机额定电流的起动电流,对供电设备、电动机及所拖动的机械设各造成极大的损害。同时,起动转矩只有电动机额定转矩的0.4~l.2倍(电动机容量越大,起动转矩倍率越小),对起动转矩比较大的负载(如球磨机、抽油机等)为了能正常起动电动机,必须增加电动机容量,造成大马接小车。另外,当电动机功率较大时,造成很大的电压降,影响厂用电的安全运行,尤其是在事故情况下,可能造成事故扩大。所以,较大容量的电动机应采用降压起动。
    传统的降压起动方法有YI△转换和自耦变压器降压起动,起动控制过程靠时间继电器等控制,起动特性不理想、起动过程变换时产生较大的冲击电流、起动控制设备复杂、成本高。同时,起动转矩与起动电流的平方成正比,当电流降低50%时,起动转矩降低75%。而且在降压起动过程完成后的分档投切和加全压的瞬间,仍将产生数倍额定电流的尖峰电流,也会影响厂用电源的安全及电气、机械设备的使用寿命。而电力电子软起动器的诞生则解决了上述问题,它作为一种降压起动元件,既能改变电动机的起动特性,保护所拖动的机械设备,更能降低起动电流,保护电气设备,减小电动机起动对电源系统的冲击,是理想的电动机降压起动选择。


2磁控高压电动机软起动的工作原理及结构特点
    图1中,QS为高压隔离开关,QF为真空断路器,SR为磁饱和电抗器,M为电动机。高压大容量电动机多数是定子6出线的。
    磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。电抗器软起动器里的电抗值是固定的,在软起动过程中电动机电流会随着转速增高而减少,而且电抗值选择小了软起动冲击电流太大:选大了,软起动(尤其是其后半程)电动机电流太小,软起动“后劲”不足,过程拖长,另外,软起动结束时电抗器的短接还会引起“二次电流冲击”。磁控软起动克服了上述缺点。磁控软起动不同于电抗器软起动的主要特点是其等效电抗值可控。


    SR(SatuIable Reactor)在软起动中的作用:软起动在QS、QFl相继开始闭合后时,SR具有较大的电抗值,随后,通过反馈调节使其逐渐减小,及至完成后被QF2旁路。在软起动装置中,SR不是线性器件,它实质上是电力电子开关。所不同的是SR的通、断是通过其直流绕组励磁电流间接控制的。
SR用以限流的三对交流绕组(每相含2个,串连出2根线)串连在电动机的定子回路里,每个交流绕组缠绕1个口字形铁心。一相采用2个交流绕组的目的有2 个:①使电动机交流电流波形不含偶次谐波分量。②减弱交流绕组电流在直流绕组上感应出的谐波电势。谐波感应电势有可能会危及励磁回路的安全运行。SR励磁绕组仅1个,套住6个铁心,控制它们的饱和度。
    SR的控制是电力电子的。磁控软起动可以实现软停止,具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能。磁控软起动装置的控制中心是一个抗干扰能力强的 PLC,它具有PID调节、信号发生器、综合保护、远程通信功能。PLC接收来自电流互感器和电压互感器的信号,对偏差作PID运算,经过三相桥式晶闸管整流电路,实现对于直流励磁电流和铁心饱和度的控制。R的励磁绕组仅1个,套住6个铁心,直流励磁电流改变所有6个铁心的饱和度。
    高压磁饱和电抗器在原理和结构上与低压(380 V)磁饱和电抗器没有本质区别。但在直流控制绕组匝数数倍于交流绕组匝数的情况下,必须防范交流高电压对于直流控制绕组的电磁感应。所以,在耐压和防干扰方面,必须作了一些针对性的处理。图2为饱和电抗器俯视剖面图。

3磁控软起动装置/磁饱和电抗器SR的设计
    在磁控软起动装置的研制中,磁饱和电抗器SR的设计是其重点和难点之一。设计包括电路,磁路设计和SR结构设计,电路/磁路的设计任务是从软起动的现场条件和工艺要求出发,确定SR的铁心截面积和窗口面积,交、直流绕组导线匝数和截面积。SR结构设计的任务是从结构上落实电路/磁路设计,并使SR 满足耐压、尺寸、环境等要求。
    在SR电路/磁路设计时,以下几个参数至关紧要:最大铁心磁密BM,电流密度j,直/交流绕组的安匝比,需要在设计前按照实际情况选定。
    在设计中,需要明确SR的数学模型。将SR等效为一个可控开关和线性电感串联支路,在此基础上进行时域分析,是一种比较可行的设计方法。所以在设计中,需要对软起动开始时刻的电网、电抗器、电动机的电压、电流波形在既有的数学模型的基础上作出较精确的预测。
    磁控软起动装置的生产是按用户要求定制的。在设计前,对于软起动过程均通过离线仿真作出预测。通过电流闭环控制,确保软起动成功。开发的磁控软起动装置中的“微电子”就是采用西门子公司的S7型PLC作为其核心部件的。磁控软起动装置中的晶闸管运行电压为500V以下的低压,高、低压的隔离由SR 实现。SR在耐受恶劣环境方面(温度、湿度和海拔容限)的能力强。所以,它具有很高的可靠性。


4实际效果
    某水电厂主厂房和12号坝渗漏泵运行时压力约0.4 MPa,丰水期每天运行数次,每次约30 min,为自动控制运行。全压(380 v)起动时,起动冲击电流高达700 A以上,过大的起动转矩使起动过程太快,噪声很大。安装磁控软起动装置后,起动电流限制在2倍额定电流下,起动过程平稳,噪声大大减小,设备的振动大大减小。水泵自由停机时,明显地听到水击逆止阀的响声,逆止阀和底阀常损坏。安装了磁控软起动装置后.设置好电机的制动时间,停机时水泵缓慢平滑地减速至零,水击声消失,大大减小了回水冲动,逆止阀和底阀的使用寿命得以显著延长。虽然制动过程磁控软起动装置输出波形不好,由于起停不频繁,所以对设备的安全无不良影响。
5结论
    使用磁控软起动装置解决水泵起动和停机过程中存在的电气冲击、机械冲击和水击现象,有着效果好、价格低、现实容易等特点,在其它领域也有着广泛应用的前景。

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