265烧结主抽风机软启动与励磁装置.docx
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265烧结主抽风机软启动与励磁装置
265㎡烧结主抽风机软启动与励磁装置
姓名：
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工种：
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**年**月**日
摘要
在现代工业控制领域中，交流电动机的起动控制一直是个非常重要的研究课题，而交流电动机软起动器以其起动平稳、起动冲击电流小、无触点、节能等优势，在电气传动中得到了广泛的应用，因此，软起动器的研究具有非常重要的意义。
本文针对目前国内软起动装置从早期的Y/△起动、串电抗器起动、自耦变压器起动开始分析，后结合265㎡烧结主抽风机高压固态软起动器介绍了现代化的软起动器方式，同时粗略介绍了励磁柜工作原理。
同时本文还简述了主抽风机软起动器的改进。
现主抽风机软起动为一拖二的起动方式，没有备用，一旦故障发生控制回路检测较为复杂，耗费时间较长。
考虑此情况，现再加一台同规格的软起动器。
实现一拖一，一旦故障发生可实现互为一拖二的起动方式。
关键词：
高压固态软起动器，触发，导通角
第一章绪论
§1-1引言
三相异步电动机因其结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，而在工农业、交通运输、国防工业等行业获得广泛的应用。
据统计，其用电量占全国总用电量的30%以上。
但电动机直接起动时，往往产生高于额定电流5~7倍的起动电流，造成网压骤降，影响网上其他设备的正常工作，同时强大的电磁力将冲击电机本身及其拖动负载。
对于泵类负载，突然停机会产生水锤效应，严重时将导致法兰盘损坏和管道破裂，另外，为了配合较大的起动电流，在配备电力变压器时，要求充分的储备容量，这将会给电力网带来极大的电能浪费。
因此，异步电动机的起动已成为当代电气行业的一个重要课题
。
§1-2传统起动的缺陷
为了解决这个问题，人们采用了各种降压起动技术。
比较传统和应用较普遍的有Y/△起动，串电抗器起动和自耦变压器起动。
下面对这几种降压起动作简单介绍：
（1）Y/△起动
Y/△起动是一种降压起动方法，起动时将异步电动机三相定子绕组接成星形，等起动完成后，再接成三角形，从而异步电机需要六个出线端。
其起动电路如图1.1所示，起动时，闭合刀开关1K，并将2K倒向“Y”位置，将三相定子绕组接成Y形联接，电机在低压条件下起动，等转速上升接近稳定时，再将2K倒向“Δ”位置，于是三相定子绕组接成Δ形联接，电机定子在额定电压下运行。
由于定子接成星形后，每相绕组的相电压为三角形连接（全压）时的13，所以Y/△起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的13。
因此，Y/△起动适合于电动机的轻载起动，并且局限于正常运转时为三角形接法的异步电动机。
（2）串电抗器起动
串电抗器起动是在电动机起动时，在定子绕组回路中串入电抗器，当转速达到一定程度后，短接电抗器使电动机运行于全压。
串电抗器起动的原理图如图1.2所示，起动时，使电源开关1K接通，再把2K倒向起动侧，电动机串入电抗器Lq降压起动，起动完成后，再将开关2K切换到运行侧，把全电压加到了定子绕组上，熔断器RD对正常运行时的过电流起保护作用。
由于在起动时电抗器上要产生电压降落，从而使加到定子绕组上的电压比直接起动时低，同时降低了电流值，但却要付出较大的代价：
起动转矩降低的更多。
因此，串电抗器起动只适合于轻载或空载起动。
阻抗起动还有另一个缺点，当串接电阻器时，由于电阻上有较大的有功功率损耗，对大中型异步电动机不经济。
图1.2异步电动机的串电抗器起动
（3）自耦变压器起动
三相异步电动机自耦变压器起动电路如图1.3所示。
三相自耦变压器BQ接成Y形联接，起动时，开关K投向“起动”位置，则BQ的三相线圈接入电源，其副边抽头接电动机定子绕组，使电动机降压起动，待转速上升接近稳定值时，将开关K倒向运行位置，则自耦变压器脱离电源，电机直接接在电源上，进入全压运行。
若自耦变压器的变比为K，则自耦变压器起动时起动电流为全压起动的1K2，同时起动转矩也下降到全压起动转矩的1K2。
因此，自耦变压器起动时，转矩的损失相对较小，可以拖动较大的负载起动。
但自耦变压器体积大、成本高，且不能带重载起动。
通过上述的分析可见，采用这些起动方式起动时降低了加在定子绕组的电压，起到了一定的限流作
用，但仍存在着以下问题：
①它们通常是靠接触器来切换电压以达到降压的目的。
②起动转矩不可调，起动中存在二次冲击电流，对负载产生冲击转矩，当电网电压下降时，可能造成电动机堵转。
③由于起动过程中，接触器是带载切换，因而易造成接触器触点的拉弧损坏。
第二章主抽风机高压固态软起
§2-1高压固态软起动介绍
高压固态软起动器又称中高压固态软起动器Medium、High-voltagesolid-statesoftstarter，是一种新型的中高压电机软起动器，主要适用于10KV以下的中高压交电动机，采用先进DSP控制技术、电力电子技术及它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。
运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能，和平HPMV-DN中高压固态软起动器最先采用此技术，在国内高压固态软起动器知名度最高。
高压交流电机软起动器具有体积小、功耗低、高可靠性、高灵敏度、无触点、免维护、无环境污染、安装方便等优点。
与其它传统的起动方法相比较，其特有的智能控制方式，既可以方便准确的设置起动转矩、起动电流、起动时间、停机时间等参数，又可以与微机、PLC等进行联网控制。
现已在机械制造、水泥生产、冶金、矿山、采油、化工、水处理、石化等行业泵、风机、抽油机、空气压缩机、球磨机、起重机、压缩机、破碎机、传送机、升降机、离心机、轧钢机等多种负载上得到广泛应用。
将逐步淘汰液态高压软起动器。
§2-2高压固态软起动结构
完整的HPMV系列的软起动器是一个标准的电机起动控制器，用来保护和控制中、高压交流电机。
软起动部分仅包括：
可控硅模块、触发电路、真空接触器、CPU主控板、主电源板、触发驱动板、TEMP/CT。
A、SCR电源器件：
在每相中是用一对相同参数的SCR反相平行的安装在一组的。
为了达到所有使用电网的峰值电压要求。
对SCR进行串联。
B、触发电路：
SCR是用一个持续的脉冲触发电路，这个电路是采用光纤和脉冲变压器进行隔离。
C、真空接触器：
短接隔离柜接触器为真空接触器。
D、CPU主控板：
CPU板上装有微处理器和通讯处理器，CPU决定各种操作功能，根据用户的设定程序和检测反馈信号来进行控制，CPU主板上装有EPROM、EEPROM和DRAM寄存器，以及模拟和数字接口。
E、主电源板：
也称为主触发板，它包括数字输入输出继电器和接口，并连接到TCB板上，它控制旁路隔离接触器的动作顺序和SCR的触发，这个板子上产生全部触发信号和接收来自光纤隔离的反馈信号，把模拟信号转换为CPU的数字信号，这些触发脉冲也是利用光纤对中高压环境进行隔离。
F、触发驱动板：
位于SCR模块组件上面，这些板子和主电源板通过光纤进行通讯联系，通过脉冲变压器把触发脉冲信号进行放大来触发SCR，在每个SCR模块中每一对SCR使用一个触发驱动电路板。
G、TEMP/CT：
温度控制板和电流互感器板子是装在SCR模块组件上，通过光纤把散热器温度和电流信号送到主电源板。
§2-3主抽风机软起动一拖二系统图及启动说明
2-3-1现有主抽风机软起动一拖二起动方式一次图
根据一次控制方案图及现场柜体的布置，1号和2号电动机的起动和运行都是互相独立进行的，但每次只起动一台电动机。
起动1号电动机的操作过程为；首先在1号短接运行柜上人工合上刀闸QS1，此时切换柜中断路器QF3自动合闸，通过断路器QF3的辅助触点控制高压固态软起动器自动供电源，软起动器上电自检正常后，送出一个备妥信号给中控供起动具备条件之一。
当所有起动条件正常后，按1号电动机起动按钮对应1号运行开关柜QF11合闸，3秒钟后软起动器开始起动，若起动过程中软起动器出现故障它会长时间报警（只有重新上电才会停止），其它故障运行开关柜QF11分闸。
当电动机起动完成后（起动电流回到电动机的额定电流左右）软起动器输出一个短接运行信号，1号短接运行柜中QF1合闸，由断路器QF1辅助触点控制的切换柜中断路器QF3自动分闸，软起动器自动断电，然后人工分开刀闸QS1，系统等待后面的起动选择。
在1号短接运行柜中QF1合闸的同时，同步电动机励磁柜也开始投励工作，电动机转入同步运行状态。
当1号电动机要停止运行时，按停止按钮运行开关柜QF11分闸，1号短接运行柜中QF1也自动分闸。
起动2号电动机的操作过程为；首先在2号短接运行柜上人工合上刀闸QS2，此时切换柜中断路器QF0自动合闸，通过断路器QF0的辅助触点控制高压固态软起动器自动供电源，软起动器上电自检正常后，送出一个备妥信号给中控供起动具备条件之一。
当所有起动条件正常后，按2号电动机起动按钮对应2号运行开关柜QF22合闸，3秒钟后软起动器开始起动，若起动过程中软起动器出现故障它会长时间报警（只有重新上电才会停止），其它故障运行开关柜QF22分闸。
当电动机起动完成后（起动电流回到电动机的额定电流左右）软起动器输出一个短接运行信号，2号短接运行柜中QF2合闸，由断路器QF2辅助触点控制的切换柜中断路器QF0自动分闸，软起动器自动断电，然后人工分开刀闸QS2，系统等待后面的起动选择。
在2号短接运行柜中QF2合闸的同时，2号同步电动机励磁柜也开始投励工作，电动机转入同步运行状态。
当2号电动机要停止运行时，按停止按钮运行开关柜QF22分闸，2号短接运行柜中QF2也自动分闸。
注；电动机在起动时严禁分合刀闸QS1和QS2。
2-3-2主抽风机软起动柜一托二起动方式二次原理图
下面以1#主抽风机启动为例介绍说明软起动工作过程：
1、切换
手动合1#主抽风机隔离刀闸QS1，QS1操作连杆触动合闸行程开关，行程开关闭合后，KA12线圈得电，此时控制回路101线带电。
101线得电后首先检查闭锁回路，得闭锁开关SQ1闭合后，KA7线圈得电，KA7给U113一个门锁开关量输入信号。
同时软起动器上电自检正常后，送出一个备妥信号给中控供起动具备条件之一。
2、允许起动
U06备托输出后，KA4线圈得电，HL6允许启动指示灯亮起。
允许起动输出。
3、起动
当按1号电动机起动按钮对应1号运行开关柜QF11合闸，119线得电，同时KA0线圈得电，KA0线圈得电后，辅点闭合KA1线圈得电，起动状态输出。
4、星点合闸
1#主抽风机以恒流方式起动，软起动工作为后电流互感器给主板信号输
入，检测电流。
1#主抽风机起动时间为55秒，55秒后软起动器电流降低到额定电流左右，KA9线圈得电，KA9辅助触点闭合，KA10线圈得电，动行合闸控制输出，此时星点柜真空断路器QF1合闸，电机以全压开始起动。
同时给励磁柜一全压起动信号，励磁柜开始工作。
5、故障分闸
此软起动器有多种完善的保护功能：
短路、过流、限流、过压、欠压、过负载、缺相、三相电流不平衡、过热、通信故障等各种故障状态报警及时处理保护保护软起动器及电机。
当U07故障输出时KA3线圈得电，故障分闸。
§2-4主抽风机软起动一拖一、互为一拖二系统图及启动说明
2-4-1主抽风机软起动一拖一、互为一拖二一次图
1.
2-4-2主抽风机软起动短接柜控制原理图
此柜在故障状态下自动合闸，实现一拖二的起动方式。
软起动器的选择由故障继电器KA6输入来决定。
PLC根据输入来判断软起动器的选择。
§2-5主抽风机软起动故障判断及处理
●报晶闸管短路故障
断开所有高压回路，打开软起动器柜门，用万用表电阻档可以测量晶闸管二端散热器上的电阻值，应为40K左右而且每组的电阻值在正常情况下15组是一样的。
若其中一组的电阻值不正常时应重点检查相关器件参数。
低压模以试验检测法，将15只专用2K电阻试验工具分别并接在每组晶闸管散热器的50K取样电阻上，然后取380V三相电源，每相上串一个200W的灯炮（共三只）接到软起动器的高压进线端。
连接时其相序一定要对好，即380V低压电源的A相对好高压进线端的A相。
将软起动器上的选择开关置于本柜上，当软起动器备妥输出灯正常亮后，按软起动器本柜上的起动按钮，起动器开始正常工作，15块触发板上（每相5块）发光二极管指示灯应全部正常发亮，每块触发板上有二个发光管，红色指示灯为信号取样正常输出，绿色指示灯为触发信号正常输入，否则此触发板或与之相连接的部分有故障，可观察光纤分配板上三个触发输出和三个光纤返回信号发光二极管指示灯是否全部发亮（若有不亮的指示灯应更换电路板）。
如此同时三相低压电源上串接的三只灯泡应随起动时间的变化会逐渐亮起来，而且三只灯泡的亮度一样。
当达到设定起动时间后起动器会因主回路无电流输入报起动超时故障，重新上电即可。
低压试验做完软起动器没有问题后，去掉所有试验用短接线，关好柜门，将所有开关恢复到外控工作状态，
●起动完成后短接运行信号送不出来
软起动器起动完成后观察中间继电器KA2和KA10是否动作了，若没有应检查电路板输出及端子连线。
若动作了应检查软起动柜到短接运行柜之间的控制连线及互锁。
●报起动检测故障
检查147号线与102之间在起动时有无220VAC电压，若没有应检查外围二次控制回路接线及继电器工作是否正常。
若有电压则要更换电路板，具体操作请参照下面介绍的操作方法。
当所有试验完毕后，切断全部电源，注意以下几点：
A、去掉所有晶闸管保护组件上的专用电阻短接线。
B、去掉软起动器进线和出线上的试验用连线，恢复高压一次回路接线，并压紧电缆接头，清除柜内杂物，然后关好柜门，方可进行加高压起机试验。
第三章主抽风机励磁原理
§3-1主电路及原理
其原理图如图1所示。
图3.1三相桥式全控整理电路原理图
习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。
此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。
从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
§3-1主电路原理说明
整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。
假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。
此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。
这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图2所示。
图3.2反电动势α=0o时波形
α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。
由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。
流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势Li，它的极性事阻止电流变化的。
当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。
电感的这种作用使得电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线。
为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60°，如图3.2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。
由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
表1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时晶闸管工作情况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中
导通的晶闸管
VT1
VT1
VT3
VT3
VT5
VT5
共阳极组中
导通的晶闸管
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
整流输出电压ud
ua-ub
=uab
ua-uc
=uac
ub-uc
=ubc
ub-ua
=uba
uc-ua
=uca
uc-ub
=ucb
图3.3 给出了α=30o时的波形。
从ωt1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与α＝0o时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律。
区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成 ud 的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。
晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。
图中同时给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。
图3.3α=30o时的波形
图纸
酒钢晶闸管高压固态一拖二方案.dwg
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