開關變壓器式軟起動裝置在電動軟起中的應用

周敏聰

（佛山市南海區水利投資建設有限公司，廣東 佛山 528000）

開關變壓器式軟起動裝置在電動軟起中的應用

周敏聰

（佛山市南海區水利投資建設有限公司，廣東 佛山 528000）

摘要：電機軟起動器是改善異步電機的起動，停止與運行性能的一種裝置。本文就探討一種開關變壓器式高壓電機軟起動裝置的應用，介紹其工作原理，闡述該裝置在泵站工程中的具體應用，結果表明，采用該裝置可有效降低了起動電流，解決了直接起動帶來的危害。

泵站；軟起動裝置；變壓器；仿真計算；應用

普通電機在空載全壓直接啟動時面臨兩種矛盾：一是起動電流大，而電網承受電流沖擊的能力有限；二是起動轉矩小，而負載又要求有足夠的轉矩。這導致起動設備復雜、帶負載能力差。隨后人們發明了高壓電機軟啟動裝置。軟啟動裝置雖能較理想地解決了以上矛盾，但是由于受可控硅件耐壓的限制一直難以解決，所以高壓電機軟啟動裝置在應用中很少。然而，開關變壓器式高壓軟啟動裝置能很好地解決了這一問題。該裝置是對可控硅串聯式軟起動裝置（俗稱固態軟起動裝置）的改進，它用開關變壓器（TK）的高壓繞組來代替可控硅串聯，而把可控硅放在開關變壓器的低壓側，這樣可控硅不用串聯，可靠性大大提高，同時又保持了可控硅串聯軟起動的優異性能，是性價比最高的軟起動裝置。

1.開關變壓器式軟起動裝置在電動軟起中的應用原理

開關變壓器式軟起動裝置在電動軟起中，運行柜為k1，電動機D與運行柜構成運行工作系統；起動柜為k2，開關變壓器TK與起動柜共同構成起動回路。起動電動機并將k2合上，同時將觸發信號加到可控硅SCR中就可進行相控調壓軟起動；軟起之后，再將k1合上并將k2斷開，此時開關變壓器的電動機就會開始正常運行。

如下內容為開關變壓器式軟起裝置在電動軟起中的實際應用原理：

當起動回路SCR中增加系統電壓時，電機D中與開關變壓器TK原邊中施加了電壓，但是因開關變壓器TK中的空載電流低于電機D的空載額定電流值，故在TK原邊需增加95%以上的電壓，新增加的電壓為u1，u2為開關變壓器TK副邊中增加的電壓，電壓通過正弦波波形表示。

當觸發電壓施加于起動回路SCR控制極時，起動回路SCR導通。假設從α角處導通起動回路SCR，則此時會降低u1，如圖1所示中實線就可表示u1電壓。外加電壓減去電機端電壓u1就是電壓uD，如圖2所示為D上的實際電壓波形。從圖示中可以看出，假如將控制角α前移，則會減小u2并增大uD。因此，按照上述思路對α由大到小連續調節，此時uD會由小到大連續變小，以此實現調壓軟起動。

圖1　開關變壓器軟起動裝置實際電壓

具體而言，開關變壓器式軟起動技術裝置具有諸多應用優點：

（1）在電機全壓直起電流0～100%的參數范圍內可對電機軟起動電流進行連續調節。

（2）可在期望范圍內連續調節電機。

（3）可采用恒值式、斜坡式及首脈沖等方式分別對起動電壓及電流進行科學調節。在軟起動過程中，為了有效限制起動電流的最大值，可利用分級恒流式軟起動方式進行軟起動。

（4）由于開關變壓器式軟起動電流較小，因此有效避免了其對公用電網及機械設備的強烈沖擊。

（5）開關變壓器式軟起動技術裝置構造簡單、性價比高、維護、使用與控制靈活、方便。

2.泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置的具體應用

隨著泵站工程不斷增多，開關變壓器式軟起動裝置在此類工程中的應用非常廣泛，本文重點選取了某渠泵站工程進行案例分析，該泵站裝機量與單機容量分別為5臺與800kW，而且該泵站工程電機的額定電壓為6kV，泵站工程相關的電路設備運行電路示意圖如圖3所示。

2.1 泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置運行仿真計算

當全壓起動泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置系統時，電機轉速與電流的實際變化運行規律如圖4所示。

從開關變壓器式軟起動裝置起動轉速與額定轉速的比值變化曲線圖中可以看出，全壓啟動開關變壓器式軟起動裝置時，起動電流大約是額定電流的5倍，因此這一大的運行電流會對開關變壓器式軟起動裝置造成嚴重損壞，而且會導致母線中的運行電壓降低，從而對相關設備的運行造成嚴重影響。所以，為了科學保證開關變壓器式軟起動裝置能夠正常運行，本泵站工程重點選擇某公司研制的DJRQ05型開關變壓器式軟起動裝置，采用程序控制系統進行科學控制運行，并使開關變壓器式軟起動裝置的起動電流是額定電流的1.5倍，如圖5所示為開關變壓器式軟起動裝置起動轉速與額定轉速的比值變化曲線：

從上述開關變壓器式軟起動裝置軟起動轉速與額定轉速的比值變化圖中可以看出，起動電機軟起動后，電流明顯降低，并將其科學控制在1.5倍額定電流范圍內，此時可確保電網、電機運行穩定安全。

2.2 泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置的現場應用

泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置的運行參數如下：

泵站工程中開關變壓器式軟起動方式：

首選恒流式輔之以首脈沖式及電流電壓斜坡式。

起動電流：

結合實際情況將起動電流調整為1.5倍額定電流。

電機保護功能：

電源電壓過高、過低及缺相分別為120%UN、80%UN及20%UN；

泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置軟起停時間：不限，程序調整。

開關變壓器式軟起動裝置起動情況：

①首先對柜上電進行科學控制，各開關的運行狀態采用PLC進行檢測：起動柜1QF斷開斷路器，隔離柜KM1、KM2、KM3斷開隔離開關。同時對電網電壓及PLC模塊等進行科學檢測，當相關設備檢測正常并發出允許起動信號后，亮起“允許”指示燈。

②當“允許”指示燈亮起時，合隔離柜KM2、KM3及起動柜1QF斷路器，此時起動回路中接入開關變壓器。與此同時，采樣單元與觸發單元共同進行工作。

③當PLC檢測過程中電流表指針下降時，合閘信號發出，合閘隔離柜KM1、KM2并延時分閘KM3，電機運行正常，結束軟起動。

④軟起動電機時，如有故障信號，將停止軟起動柜1QF斷路器；如情況緊急，只需將緊急按鈕按下，就可使整機停止工作。圖6為開關變壓器式軟起動裝置起動電流曲線。

圖3　泵站工程中開關變壓器式軟起動裝置電路設備運行示意圖

圖4　開關變壓器式軟起動裝置起動電流與額定電流比值規律變化示意圖

圖5　開關變壓器式軟起動裝置軟起動電流與額定電流的比值

圖6　開關變壓器式軟起動裝置起動電流曲線

結語

總而言之，軟起動技術是在電子技術、現代模糊控制技術及微處理技術基礎上，采用領先的科學技術及具有可靠、安全運行功能的電機控制設備進行變壓控制的一種新型技術方式。與傳統的電機起動技術裝置相比，開關變壓器式高壓電機軟起動裝置具有起動性能強、占地面積小、設備維護簡單、設備運行安全可靠等技術優點。因此，這一新型的技術裝置可以取代傳統的工藝設備。本文在工程實例分析過程中，通過研究實踐發現，能夠一次性成功起動開關變壓器式高壓電機軟起動技術裝置。在此起動過程中，技術人員可將起動電流控制在1.5倍額定電流范圍內，同時使母線電壓降低約6%。因此，經過科學評估，該技術設備的相關運行參數滿足實際設計要求，克服了傳統設備運行中的相關困難，值得廣泛應用與推廣。

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[2]劉斌.開關變壓器式軟起動裝置在齊魯氯堿廠的應用[J].齊魯石油化工，2014（1）：79-81+85.

[3]胡澤旸.開關變壓器式高壓電機軟啟動裝置的運用分析[J].建材與裝飾，2016（1）：208-209.

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