交流笼形电机软起动全电路方案.docx

1、交流笼形电机软起动全电路方案第四章 交流笼型电动机软起动的电路方案4.1 交流笼型电动机软起动的单电机主电路万案4.1.1接触器一熔断器电路山软起动器组成的控制电动机起动的装置，除去主要电器设备一软起动器外，为了实 现与电网、电机之间的电联接可靠工作，仍需施加起保护协调与控制作用的低压电器如刀开 关、熔断器、刀熔开关、断路器、热继电器、快速熔断器等，实现功能不同，线路配置不同, 下面分别叙述。在软起动电路中值得推荐的是接触器一熔断器组；即所谓F-C电路。即使不使用软起动 的平滑起动，而用硕起动，F-C电路也是一很好方案。路器一接触器电器原理图。其中断路器即可采用 a 4-1接触器一熔断器方案带

2、热磁扣器的塑壳开关，也可采用单有电磁脱扣的塑壳断路器。断路器 接触器4. 1. 3 通过软起动器实现对电动机制动的控制通过软起动器实现电动机从零到预定转速的起动过程，还可通过软起动器实现电动机从额定转速到零速的制动。这种制动主电路图见图4-3图4-2断路器一接触器方案图4-3 (a)软起动实现制动图 图4_3 (b)带直流制动软起动器简单原理图在图4-3中的R图是用一只制动接触器完成电动机制动工作，图b)是用二只制动接触器完 成电动机制动工作。下面分别叙述它们的工作原理。1.通过软起动器实现电动机制动基本原理通过软起动器实现电动机制动实质是对电动机实现DC制动，DC制动属于动能制动， 它是将电

3、机首先脱离交流电源的供电，然后将定子绕组切换到一直流电源，就可实现动能制动(见图4-4)。山图4-4看岀，将直流电能接入电动机定子绕组后，它也会 在电动机中产生一磁场，它的基波值也会产生按正弦分布的 磁通密度，这时电动机转子仍然在旋转，在旋转着的转子中 就感应到这种交流电流，但是这一交流电流产生的磁场相对 定子而言是静止的，它不会对电动起加速作用，反而山于这 一交流电流的不旋转磁场与转子电流的相互作用对电动机产 生一减速作用力，产生制动转矩，达到电机制动U的。上述作用还可通过异步电动机的动能制动特性曲线直观地观察到（见图4-5）。图4-5是异步电动机在动能制动过渡特性曲线。图4-5的第I象限画

4、的是电动机固有特性，也即电机正常运转时的特性，而第II象限画的是该电机受到反方向制动力矩一M,电机 工作转换到停止位置的直流制动特性。例如当负载处于Me转矩下运行于转速点；若此时发出制动指令并转入直流制动，电机则沿通过汕点的水平虚线过渡到制动时（第二象限）曲线1、2或3的、或的任一个交点并沿此曲线，按箭头方向滑向座标原点，即制动力矩为转速为另的点。曲线1、2或3分别代表3种不同的制动电流或不同的制动转矩一M情况，其图4-5 电机直流制动（M）特性中曲1制动电流最大，曲线3制动电流最小。2.通过软起动器实现制动的主电路方案图4-6 (a)带制动的软起动其中K7制动接触器S1-紧急停止图4-6(b

5、) 带制动的软起动其中K13制动用控制继电器K1 闭合制动接触器K15开制动援触君从直流制动原理图4-4看，直流制动需外加一直流电源或通过外加一整流器将交流转换成制 动需要的直流。这里所讲的是通过图4-6线路可看出，可利用交流软起动器的电力电子功率 元件，改变其向电动机输送交流电能的通道，只允许脉冲直流通过T：及Ts注入流向电动机定 子绕组，并产生制动效果。在脉冲直流通过T及h相向定子输送直流电流时，匸相被K：接触 器断开，这样实际线路与图4-4的原理线路就一致了。由于转子电阻是固定的，通过调整注 入直流的大小，可以调整制动转矩的大小。对于图4-6 (b)所示的另一个线路是设置两只接触器也及K

6、其中心称之为“关闭” 制动接触器Kxs称之为“打开”制动接触器。它们的作用与图的K；接触器相一致，只是此时 用心代替了 K；的常闭节点，心代替了图4-5的常开节点。在控制方面无论是图4-6 (a)的 K：接触器和图4-6 (b)中的Kg心接触器均受到中间继电器K：和软起动器中予置的制动继电 器控制。在容量选择上心的容量大些，要大到15%。控制继电器凡3是带延时断开特性的开关。 4.1.4带旁路接触器电路带旁路接触器的软起动电路是H前软起动工业应用的主体，也即多数工业用户从经济 技术，运行角度经过思考后的首选方案，请看图4-7(a) 一拖一(b)远程控制一拖一图4-7带旁路接触器方案图4-7中有

7、两种接线，图4-7 (a)为一拖一方案只设一台接触器KM。但软起动上侧(网 侧仍带电)。图4-7 (b)是一拖一远程控制方案，设了两只接触器(KM1、KM2), KM1与KM2 之间互相联锁运行。这时当软起动转入旁路运行时，先将KM1打开一将KM2合闸，软起动器 的网侧就不会带电。4. 1. 5带旁接触器两个旋转方向运行电路图4-8两个方向运转带旁路方案图4-8是一个带旁路接触器的两方面运行电纲，共中K1为主接触器，K2为旁路接触器,K3反方向运行运转接触器。利用S3, S4操纵正向与反向运行，利用在软起动内部的逻辑信号，控制软起动完程后的旁路运行。其他的S2为停止，S5为急停操作开关。4.1

8、. 6 软起动线路中保护协调与配合。1.软起动线路中过电流特性表4一1脱相等级最小过电流而授时间（Tx） SX=8X=7X=6X二 5X二 4X=3X=2101.623461226120S69121935783079本规定仅为推荐性，旦表示脱扣等级的最小脱扣时间的X和TX相匹配，并应在产品标准 中规定。软起动器山于起动，运行或操作引起的最大工作电流，称作过载电流（简称过电流）。 通常根据IEC947-4-2要求将这一过流特性用下述表格表示，即用TX与X表示的过电流特性表中的TX为过流时间，X为过流倍数。“10”、10,表示脱扣等级。例如过电流倍数为 7倍，选用脱扣等级10级配合；那过电流脱扣最

9、小时间为2秒。这里的TX表示的是起动、 运行、操作时，控制过电流的持续时间累加值。当用其整定热过载电器时，其对应过载电器 冷态下承载x. Ie （额定电流X倍）的最小时间。如果过载时间万一超过10个循环电流（如提升，突跳起动）可能会超过x.Ie,但这 不是过载指定的范围，不在过载特性范圉内考虑。2.过载能力试验在标准中（IEC947-4.2）操作性能要求中，要求做到软起动装置应能实现导通状态， 变换电流承载预定水平的过电流，以及实现并保持在截止状态下的特性而无故障，并无任 何形式的损坏。对控制笼型电机而无旁路运行时，其相应的X值的TX值不应小于本节表4-1规定的值。对控制笼型电机而要旁路运行时

10、，应满足在这些作用类别所要求的长时间加速时间 要求。考虑到起动状态时软起动的最大热容量会完全耗尽，为此在起动状态结束后应立即 为软起动器提供适当的无载时间（例如釆用并联方式）其相当于X值的TX值不应小于表4 1规定值。当无限流起动功能或在额定电压状态下无限流起动，X.Ie二1（1連二电机预期运转 电流）或X = ILSP/Ie当电动机已在正常转速下运转，而其转子出现堵转时，则允许起动器比上述规定更短时 间实现截止状态。对额定值的验证按下表（表4-2）的规定。表4-2使用类别试验电流参数操作纸环 导通时间S操作循环截 止时间S操作循环 参数ItP/IeUr/Ucccoy不带旁路41. 10. 6

11、5Tx14403带旁路80. 333其中1卫一预期转子堵转电流Ie 额定电流Ue 额定电流Ur 工频恢复电压温度条件：初出分柜温CI,对每个试验不应低于40C加水温升试验时的最高柜体温升值，试验过程的周圉空气温度应在+10C40C范圉内。A、 除了导通时间的最后三个工频周期加上第一个导通的场外，Ur/Uc可以为任意值。B、 对应减压周期时的CCD中可以为任意值。C、频定仪用于与规定的过载电器一起使用的起动器Tx应取为共过载电器在热态下, 所允许承受的最大动作时间，热态是指进行温升试验时的热平衡状态。D、转换时间不应大于工频三个周期。3.用于保护电机的起动等级了解了根据IEC947-4-2标准对

12、过电流及其实验的若干规定，并将其技术要求,在软起 动器设计、生产付诸实践后，下面将进一步讨论。根据过电流的类别，将给出易于实用选型 的标准起动等级。这些起动等级的划分LI的是保护电动机，也有人称之为跳闸等级。A、 确定起动（跳闸）等级的依据确定起动（跳闸）等级的依据是IEC947-4-1,它适用于所有标准电机。这是IEC 对不同笼型电动机起动设备的一般要求，也是最低要求。B、 起动（跳闸）等级根据IEC947-4-1起动（跳闸）等级及时间见下表。对标准负载为10级，对重型 负载为20级。起动等级跳闸时间起动倍数7.2In起动倍数3In21.5秒9秒10A3. 7秒22秒107.砂45秒1511

13、. 1 秒67秒2014. 8 秒89秒2518. 5 秒112秒3022. 2 秒134秒例如:在1小时内可完成6秒钟起动38次或23秒的起动10次;6秒钟起动19次或6秒减速或制动19次;23秒钟起动5次或23秒减速或制动5次；超过以上值则认为负载为重型负载。4.断路器的配合由于软起动柜的进线，U前多数是选断路器。在用户使用时装于软起动柜的断路器已经选定。那么与之配合的用户配电网断路器如何选定，也即这两个断路器的保护配合协调 性如何设汁方能在负载短路时确保可靠保护。此外从配电系统设讣者选用天传电子公司软起动器，然后设计者从配电系统保护协调角度即给出配电断路器，也要同时给出软起动柜 的断路选

14、型，然后由制造厂生产软起动柜。无论上述两种设汁方式的任一种都需要了解和实施软起动柜与配电断路两级断路器的 上、下级保护协调与配合。因为乞今为止所有断路器配合均是以严格实验为依据，故只有较大公司，其产品生产类 型规格、型号范圉很多才能谈到这种配合的有效性。A、选择性的定义保护的选择在于协调断路器上下级之间的配合，使得最接近故障点的断路器断开故障电流，从而 不会影响旁路及上级断路器的正常运行。选择性可以把故障所产生的分断，限制在装置的一个有限的部 分并有利于工作的连续性。两台断路器之间的选择性可以是全部的或局部的。DI VX . XL ； D2 一选择性：在D2的下一级有故障时，只是D2断开图4-

15、9断路器配合选择性的优点低压装置设汁一开始就应把选择性作为一个主要因素来考虑。一个非选择性断路器之间的配合会带来不同严重程度的危害生产的连续性没有得到保证，生产中断，带来生产损失和生产工具损坏的危害，需要逐台把机器重新起动，结果是总电源损耗；使安全电动机停车（润滑泵，抽排烟机）选择性的訂的是为了避免多重跳闸，给电力运行带来便利，从而保证工作的连续性。更 有利的是，选择性可以与级联相结合，这就综合了工作连续性的优点和经济优化的优点。B选择性类型1电流选择性它是基于在电网中从电源到故障点之间流动的电流随着故障点的离开电源而逐 渐减小。两台连续的断路器D1 （上级）和D2 （下级）在它们的安装处分别

16、断开断路电 流ISCD1和ISCD2,且ISCDlISCD2o随着配电的逐级下降，各级断路器的短路电流 呈分级下降。电流选择性利用这个情况并基于串联断路器的保护曲线的电流偏移。它应用的 快速断路器（有时是限流断路器）具有电流阈值的分级，一般是磁脱扣器的阈值1RM。两台断路器D1 （上级）和D2 （下级）的选择性是全选择性，条件是在D2下级 的最大短路电流ISCD2 （WICUD2）小于磁脱扣阈值IRMDIo否则，选择性是局部的，选 择性的极限是1RMD1 （此值以上，D1和D2脱扣）。因此，上级和下级断路器的规格越是不同，选择性就越是大。鉴于ISCD2的偏离到达更小的值，在任何选择性情况下，限

17、流被加强。如果限 制选择得适当，选择性可能转变为全选择性。IrD2 V scD2 IscD2 I图4-门D2是限流断路器的情况2时间选择性它是要沿着电网给电流继电器以不定的定时时间。继电器离电源越近，定时时 间就越长，于是从上级到下一级的DI, D2, D3断路器被D3下方的故障所激励。D3定时保证装置比在D2处的保护装置动作得更快，后者比装在D1处的保护装 置动作得更快。断路器D3分断和故障电流消失以后，D1和D2的继电器不再被激励， 就恢复到它们的原来位置。此技术因而建立在保护曲线的时间偏移内。它导致上级带 有延迟器的断路器可以在短时间内承受很高的短路电流。这可以使得在下级断路器的磁脱扣时

18、间和上级断路器的不脱扣时间之间有个故 意的延迟。时间选择性是全部的，它用图示来确定。原理:图4-12时间选择性断路器的脱扣系统带有延迟器；在延时期间断路器承载短路电流的热效应和电动效应；D2的分断时间小于D1的非脱扣时间。如果：两台断路器D1 （上级和D2 （下级）被称为选择性的。两个连续的保护装置之间的动作时间差AT是选择性的间隔，应考虑到：断路器的分断时间TC,定时公差AT,断路器恢复到静止状态的时间AT应满足下列关系：ATTc+Tr+2ATo实际上，上级断路器D1是选择性的并拥有一个故意的延迟（例如电子脱扣器式的 MASTERPACT 或 COMPACT ）o儿个断路器可以通过一根控制线

19、一个一个地联接在一起。当发生短时或接地故障时，只有接收到下级断路器信号的控制单元按整定时间延时跳闸，其它断路器只瞬时跳闸。（跳闸时间01倍的短时整定值）这样，可以通过最近的断路器快速排除故障。安装的热应力降为最低。原理：每台断路器装一台可定时的继电器，一般整定为瞬时动作，当故障出现时，故障上级的每台断路器（因而山它检测故障）通过导线输送一个锁定指令给直接的上级断路器，使此断路器的继电器过渡到已定时位置。因此，只是直接故障的上级断路器不接受锁定指令并脱扣。对于下级断路器不能消除故障的情况来说，定时是一种安全性。DID2 X锁定次序引导线D3图4T3逻辑选择性3能量选择性此种选择性应用于COMPA

20、CT NS断路器的动分断技术中。对高的短路电流，此技术通过下面的组合动作起作用：灭弧室内电弧能量造成的压力；转动触头的自动分开;它可以限制大的故障电流并“加强”选择性。原理：当断路器D1和D2检测到大短路电流时，断路器同时打开触头，限制电流。在D2处相当大的电弧能量引起其脱扣。在D1处受到限制的电弧能量不足以使其脱扣，因而对大的短路电流值同时有选择性。用电流选择性，通常会碰到的选择性极限就不再存在！图4-14能量选择性4.2交流软起动与多电机主电路方案4. 2. 1多个电动机按序起动对于有些丄业负载，要求采用一台软起动设备对设备中若干台电动机按序起动时（见图4-15）o只要在控制及容量选择上稍

21、加注意，是可以实现的。如图4-13所示一台软起动器起动多台电动机在主回路接线方面是将软起动器阀 侧（即电机侧）分别引出若干个并联支线，然后分别通过接触器，再通过分别的热继电 器（起过载保护作用），直到负载电动机的接线端子。若考虑到起动过后的旁路接触器 分别与电网并接，还要单独设置其旁路接触器（如K2, K3）。对一台软起动器按序起动多台电动机的容量选择可考虑两种情况：其一是多台 电动机的容量相同，那么软起动器的容量按通常的方法汁算即可。其二多台电动机的容 量不相同时。软起动器的容量估算要依据多台电动机中容量大的确定，并同时考虑多 台电动机的分别起动间隔时间，这一间隔时间一定要与软起动说明书中的

22、起动次数/每 小时一致。如果多台电动机的各台起动没有间隔时间，即连续按序起动软起动器，因每 次起动引起的软起动器温升来不及冷却，会导致软起动器温升过高，报警装置动作，M至将软起动器烧坏。在这种情况下建议按照第二章介绍的办法将各台电动机的负载图都绘在一起， 并做为一台电动机考虑，并求出它们的有效平均电流，然后根据这一有效平均电流去选 择软起动器。在软起动器的控制上对数字式软起动器来说，是完全可以实现，只是要根据不 同电机和（或）不同负载通过计算机的程序做出不同设置，然后实施它。对于变极电机的起动，也可参考本节的叙述。4.2.2多台电机的并联起动多台电动机共用一台软起动器并联同时起动也是工业设备经

23、常出现的一种情况。它的接线框图见图4-16F2.图4T6 多电机并联起动当的主电路图列岀了有起动结束时进入旁路工作（如M2电机）工况，但需说明的是类 似M3电机匸况，多数是软起动器起动的最后一台电动机。图中的多台电动机软起动主电路接线，是在软起动器的阀侧引出一公用母排，然后将多台电动接在这公用母线上。多台电动机共用一台软起动器起动时，其起动容量的估算必需是根据所有电动 功率计算值之和。这时计算按笫三章给出的软起动器工程整定值时，是依据近似的转 矩一速度特性和近似转动惯量。4. 2.3变极电机软起动图4-17提供一种双速变极电机软起动方案，供用户参考。变极电机为两速电机。 其中K5, K6为变极

24、电机切换接触器。图4-17双速变极电机软起动4. 2. 4电动机软起动与变频调速装置并接工作有时用户需要软起动变频调速配合并接工作，图4-18介绍一种方案简图供参考。Kl, K2分别为两种设备的网侧进线接触器，K3, K4分别为两种设备阀侧出线接触器。 工作时各接触器之间要有联锁。图4T8与雯频器并联工作的软起动器4. 2. 5带有无功就地补偿电机的软起动带有无功就补偿电机的软起动，通常是可以实现的。4.3天传电子公司TCI智能低压开关设备4. 3. 1简述TCI智能低压开关设备适用于发电厂、变电所、石油化工、厂矿企业、高层建筑等低压配电系统的动力，配电和电动机软起动、电容补偿等的电能转换、分

25、配、控制用。在大单机容量的发电厂,大规模石化等行业的低压动力控制中心和电动机控制中 心等电力使用场合，能满足多种功率（至315RW）电动机的软起动，也能满足与计算机 接口的特殊要求。本开关柜是根据电力部门、广大电力用户及设计部门的要求，为满足不断发展的 电力市场对增容、与计算机接口、动力集中控制的需要，选用智能型断路器，电动机软 起动器，并根据用户要求，可配装可编程控制器、电动机综合保护器、数据检测器、数 据分析器、以及通信网络等构成智能开关设备，将配电和软起动电动机控制中心（HCC） 集中于一系统，本着安装方便、经济、合理、可靠的原则设讣的新型低压抽出式开关柜。 产品具有分断、接通能力高、动

26、热稳定性好，电动机起动电流小，电气方案灵活、组合 方便，系列性、实用性强，结构新颖、防护等级高等特点。可以代用MNS. GCS. GCK. GCL 等低压抽出式开关柜。本开关柜的电动机起动回路方案（5. 5kW315kW）均采用我公司生产的JR1系列 软起动器，该系列软起动器是采用电力电子技术、控制技术和微处理器技术而研制生产 的具有本世纪初先进水平的新型节能产品。是传统电动机起动装置理想的更新换代产 品。本开关柜符合IEC60439-1低压抽出式开关设备和控制设备GB7251. 1-1997低 压成套开关设备和控制设备笫1部分：型式试验和部分型式试验成套设备 JB/T9661-1999低压抽

27、出式成套开关设备GB14048. 6-98低压开关设备和控制设备接 触器和电动机起动器笫2部分：交流半导体电动机控制器和起动器、JB/TXXXX-2000 交流电动机电力电子软起动装置（报批稿）等标准。4.3.2产品型号及含义4. 3.3工作环境(1)周围空气温度不高于+40C,不低于-5C, 24h内平均温度不得高于+35C,超过时，需根据实际情况降容运行。(2)户内使用，安装地点的海拔高度不得超过2000m.(3)周围空气相对湿度在最高温度为+40C时不超过50%。在较低温度时允许有较大的相对湿度，如+20C时为90眾应考虑到山于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响。(4)装置安装时与垂直面

28、的倾斜度不超过5%,且整组柜相对平整(符合GBJ232-82 标准)。(5)允许的振动条件是：振动频率为10-150HZ；振动的动加速度不大于5m/sl(6)电能质量(输入交流电源)电源额定电压的偏差不超过+6%和-10%三相电压不平衡度不超过土1. 5%电源频率偏差不超过额定频率的土 1%波形畸变率不超过5%交流 660 (1000)交流 380 (660)交流 380、220、1104. 3. 4电气性能(1)额定绝缘电压(V)：(2)额定工作电压(V)：主电路辅助电路直流 220、110、48、24(3)50 (60)额定频率(Hz)：(4)额定电流：水平母线额定电流(A)： W4000

29、垂直母线额定电流(A)： 1000软起动器额定工作电流适配电机功率见下表(表一)额定电流(A)适配电机(kW)额定电流(A)适配电机(kW)452226013260303201607537370185904540020011055150220220110630315受控电动机额定功率(kW)：15 315电动机起动电流倍数：1.54. 5倍额定电流可调。软起动器使用类别：AC-53a, AC-53b额定短时耐受电流(kA.0. Is)30、 50、 80额定峰值耐受电流(kA.0. Is)63、 105、 176(10)电联结：软起动器主电路接线方式如下图4. 3.5主电路方案规格序号 ABCDEFGABCDEFG额定电流(A) 4受 电(电缆进线)规格厅:号 ABCDEFGABCDEFG00 1000 630额定电流(A) 4fl I 宽(mm)规格序号 ABC额定电流(A) 16案 方 路电 主号7 O08上电路方案图 线 单I rJ7 1 FrtJrL u 5/-途用换 切 源 电 双器 感 互 ,H 电AcDEFG4厂o630/k 宽 柜/IX 深 柜7r(O29IX