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英威騰CHH100變頻器在現場應用中與軟啟動裝置上的比較

發布時間：2013-03-15

摘要：本文介紹了英威騰CHH100高壓變頻器作為大型電機的軟啟動裝置的應用，實現了對多臺電機分別啟動。
關鍵詞：高壓變頻器軟啟動裝置同步切換
一、引言
近年來，高壓變頻調速技術已越來越多的應用在各行各業，以達到節約電能、改善電機系統壽命、進步產品質量的目的高壓變頻器在全世界的應用比低壓變頻器晚。但是高壓變頻器用作大型電機的啟動裝置更少。
交流電動機的啟動一直是人們關注的一個課題，尤其是高壓大容量交流電動機隨著其用量的急劇增加，軟啟動問題就變得更加突出。
眾所周知，普通鼠籠式電動機在空載全壓直接啟動時，啟動電流會達到額定電流的5—7倍。當電動機容量相對較大時，該啟動電流將引起電網電壓急劇下降，電壓頻率也會發生變化，這會破壞同電網其它設備的正常運行，甚至會引起電網失去穩定，造成更大的事故。
電動機全壓啟動時的大電流在定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力，會破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機故障，大電流還會產生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣，減少電機壽命。
電動機直接全壓啟動時的啟動轉矩約為額定轉矩的7-8倍，對于齒輪傳動設備來說，很大的沖擊力會使齒輪磨損加快甚至破碎；對于皮帶傳動設備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。
對于水泵類負荷來說，電動機全壓啟動時，水流會在很短的時間內達到全速，在遇到管路拐彎時，高速的水流沖擊到管壁上，產生很大的沖擊力，形成水錘效應，會破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。
以上各點都會使設備增加停工臺時，影響生產的正常進行，增加維修費用。
3-10KV電動機的容量都比較大，一般都在200KW以上。近些年來，許多行業的生產能力越來越大，其生產設備的驅動電機也越來越大，如在鋼鐵、化工行業，10000KW以上的電動機的使用已越來越多，以上問題也變得越來越嚴重，人們對其關注的程度也越來越高。
二、各種啟動/裝置方式對比

序號

類型

特點、優點、缺點應用范圍

直接

啟動

導致電氣設備壽命縮短，會在高壓開關關合時產生陡度很大的操作過電壓，使定子繞阻上電壓分布不均勻，對其絕緣造成極大的傷害。許多電機的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。

小容量發電廠：每1KVA發電機容量為0.1~0.12KW

變電所：經常啟動時，不大于變壓器容量的20%，偶爾啟動時，不大

于變壓器容量的30%

高壓線路：不超過電動機連接線路上的短路容量的3%

變壓器—電動機組：電動機容量不大于變壓器容量的80%

星/角

啟動

低壓電機才用，高壓電機不用此種方式啟動

電抗器

起動器

啟動電流成比例減小，啟動轉矩則成平方關系地減小。在全壓切換時轉矩有躍變，會產生機械沖擊。與直接全壓啟動相比，操作過電壓的幾率會小些。但由于高頻振蕩的隨機性，大幅值的操作過電壓還是有可能出現的。

自耦變壓

器降壓

啟動

啟動電流成比例減小，啟動轉矩成比例減小。

缺點是在開關切換的過程中，電動機有短時斷電的情況，這會造成大電流沖擊和轉矩突變。在電機斷電時，其定子電流消失，在轉子將產生一個感應電流來維持其磁通不變，這個磁通隨著轉子的轉動而旋轉，隨電流的衰減而減小，它在定子繞組中感應出電勢。再次接通電源，如果此時感應電勢的相位與外加電源的相位相反，將會產生一個很大的沖擊電流，而轉矩也會發生一個瞬變且可能是一個負的峰值，這對電機和拖動機械是極其不利的。

液阻軟起

動器

液變電阻式軟啟動裝置受環境溫度的影響比較大，主要是由于對汽化電阻的影響較大，因此啟動電流控制不準確，另外二者在啟動時會產生很大的能量損耗，使水溫迅速升高，所以對連續啟動次數是有限制的。

磁控軟

起動器

“磁控”即飽和電抗器，它是靠改變鐵芯的磁飽和度來改變其電抗值，從而改變其與電機的分壓。僅在于它能保持電流不下降，但能不能造成起動失敗（或起動時間過長或切換時沖擊過大）

可控硅串

聯軟起動

器

對元器件特性參數的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，而且篩選儀器的價格很高，這致使裝置的價格較高。另外在使用一段時間后，元器件的參數

還會發生變化，使元器件的均壓性能降低，極易造成整串元器件的損壞，使這種裝置的可靠性降低。

開關變壓

器式啟動

器

比可控硅串聯軟起動器啟動性能稍好，從本質上說還是屬于相控類型。

開關變壓器軟起動器把變壓器與晶閘管相結合，使變壓器在電路中起到一個開關的作用，利用變壓器次級短路和開路的性質來實現變壓器的開關作用。變壓器主電路接法也不同于常規變壓器應用電路，它把晶閘管放在開關變壓器的低壓側，高壓側繞組的末端接被控負荷(電動機)，開關變壓器是個中間控制設備。

高壓變頻

軟起動器

沖擊電流極小，諧波小，對電網電氣設備的影響小，不會對電機絕緣造成不良影響，使電動機長期高可靠性運行。適合于同步電機、異步鼠籠電機、異步繞線電機。

但是啟動完成后要切換到工頻，對變頻切換到工頻提出了要求。

從1）-9）的排序過程中，不難看出電機起動方式的進化進程，變頻器軟起動的優勢是明的。

三、一拖二同步無擾一次原理圖

圖1 原理圖

3.1 系統主要有三部分組成：
第一部分是電機1和電機2；
第二部分是無擾切換部分：KM4、L1 ；
第三部分是變頻及其旁路部分：KM1、KM2、KM3、KM5、KM6、KM7。
嚴格按照聯鎖要求設計，完全能夠保證變頻調速系統安全運行：KM5與KM6、KM7與KM3，KM2、KM3、KM5相互電氣互鎖；
3.2 M1無擾切換過程
變頻運行：QF1、KM1、KM2、KM6吸合，KM3、KM6、KM5、KM7斷開，電機M1變頻運行。
無擾切換過程：M1變頻運行至50HZ時，合KM4，延時斷開KM2，同時合KM5，延時斷開KM4、KM6，電機工頻運行。M2切換過程類似。
3.3 同步無擾切換注意事項及優點：
注意事項：
無擾切換前，變頻控制器在檢測電網電壓的幅值、頻率和相位后，控制高壓變頻器輸出電壓同頻、同相、幅值可控的電壓，然后才能進行軟切換。高壓變頻切換到工頻過程中，用鎖相環鎖定工頻電源的相位和頻率，控制高壓變頻器使電機在稍微高于額定電壓和頻率的狀態下，提供了更充裕的時間進行切換，這樣，就可以實現高壓變頻電源與工頻電源之間的軟切換。
無擾切換優點：
1) 有效的降低了直接切換對電網的沖擊過大引起上面配電開關跳閘；
2) 減少了因為直接切換過大的沖擊對電機絕緣及散熱的影響；
3) 避免了因為直接切換引起負載負荷突然加載給管網還有生產造成影響；
4) 實現了多臺電機的順序軟起，保護了電機。
四、結束語
英威騰變頻軟起改造的成功實施運行，體現出了變頻技術的廣泛應用前景，更體現了深圳市英威騰電氣股份有限公司在高壓變頻綜合改造上的技術解決能力，也驗證了國產高壓變頻器性能的成熟可靠性。在大型水泵、高爐風機等負載的啟動方面都有潛力。
參考文獻：
[1] 《CHH100系列高壓變頻器產品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 倚鵬《高壓大功率變頻器技術原理與應用》人民郵電出版社 2008-02出版

關于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控制、新能源領域的產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有12家控股子公司，分駐于全國的九大研發中心，擁有各類專利390多件，主要產品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機、伺服系統、PLC、HMI、電機和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現有員工1600多人，大型生產基地4個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。
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