本发明专利技术三相交流开关自耦变压器式中高压电动机软起动装置，属于电力电子技术领域。解决现有中高压（１～３５ｋＶ）电动机软起动设备受电力电子器件耐压限制需串并联及其它起动设备体积较大、调节性能差、自身压降大等缺陷。本发明专利技术包括自耦变压器（ＴＫ）、晶闸管（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２）或全控型电力电子器件、断路器（ＱＦ１、ＱＦ２）、控制器（ＰＬＣ或其它智能控制器）及触发系统。软起动开关ＱＦ１一端接电网一端接自耦变压器始端，三相自耦变压器中间抽头经晶闸管（可控硅）与末端构成闭合回路，自耦变压器末端接高压电动机（Ｍ），运行开关ＱＦ２一端接于电网一端接于高压电动机（Ｍ）。控制器（ＰＬＣ或其它智能控制器）及触发系统对晶闸管进行相位控制即可改变电动机（Ｍ）的端电压，从而实现软起动。本发明专利技术可平滑无级地调节高压电机的端电压、电流，减小电网电压波动，且结构简单、性能可靠、自身压降小、成本低、使用维护方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种开关自耦变压器式中高压电动机软起动装置。
技术介绍
目前中高压(1 35KV)大容量电动机软起动需采用降压起动或软起动方式，用以减小电 机起动时对电网及机械设备产生的冲击。当前常采用的电机起动方式有液体电阻降压起动方 式、可控硅串联软起动方式、高压变频器软起动方式等，以上各种方式各有弊端，采用液体 电阻降压起动方式存在体积大、维护工作量大、控制不准确、重复精度差、受环境影响大等 问题；采用可控硅串联软起动方式存在可靠性低、谐波含量高等缺点；采用变频软起动方式 虽较理想但存在价格昂贵、技术难度大、维护费用高、广泛推广较困难等缺陷。我公司于2001年专利技术了开关变压器式中高压电动机软起动及调速装置(ZL专利号 01259830.5)，它是对可控硅串联式中高压电动机软起动装置的改进，无需可控硅串联，具有 可靠性高、高次谐波对电源母线影响小、晶闸管触发系统无须隔离等优点，但也具有成本高 缺乏市场竞争力、短路压降较大的缺点
技术实现思路
及有益效果本专利技术在于克服现有起动装置的不足，提供一种可平滑无级宽范围调节大型电机起动电 流、电压的软起动装置，降低对电网及机械设备的冲击，且性能可靠、价格低廉、短路压降 较小、维护方便。本专利技术的技术方案是包含三相自耦变压器TK、晶闸管SCR (或全控型电力电子器件)及控制器(PLC或其它智能控制器)及触发系统等。其特征在于自耦变压器三相中间抽头经晶闸管SCR (或全控型电力电子器件)与末端构成闭合回路，自耦变压器末端接高压电动 机M，由控制器(PLC或其它智能控制器)及触发系统对晶闸管进行相位控制。当由它构成 软起动系统时，自耦变压器经起动开关QF1接电网，运行开关QF2—端接于电网一端接于高 压电动机M。相位控制即控制器(PLC或其它智能控制器)输出一个给定电压加于相位触发板，相位 触发板控制晶闸管在电源电压的每半个周波内部份时间(控制角)截止其它时间(导通角)3导通，改变给定电压即可改变晶闸管的导通时间。当晶闸管截止时，自耦变压器抽头(次级) 开路，自耦变压器呈空载状态，此时电源电压大部份加在自耦变压器上，电动机(M)端电 压很小(相当于电路断开)；当晶闸管导通时，自耦变压器抽头(次级)短路，自耦变压器呈 短路状态，此时自耦变压器上只呈现其短路阻抗电压，电动机(M)端电压很大(相当于电 路接通)。当逐渐加大晶闸管的导通角时，宏覌上的电动机(M)端电压逐渐加大，实现了电 动机(M)的软起动。在上述工作过程中，由于晶闸管的控制使自耦变压器只工作于开关两 种状态，因此我们称这种软起动方式为开关自耦变压器式高压电机软起动。当采用全控型电 力电子器件替换晶闸管时需对其进行脉冲宽度调制(PWM)控制。自耦变压器是-种特殊变压器，在结构上与普通变压器有很大不同，它的次级由初级抽 头而成，即初次级之间不存在电气隔离，因此次级所接晶闸管与其触发系统之间仍有很高的电位差(与电网电压相同，当电源电压高于3KV时，晶闸管的触发系统要由触发板、光电隔 离器件、取能器件组成)，这是本专利技术与开关变压器式中高压电动机软起动装置的重要差别， 这使人不容易想到开关自耦变压器方式；另外自耦变压器次级短路这种工作状态过去从未有 人用过，本专利技术打破了自耦变压器不能短路应用的传统习惯、冲破了人们惧怕短路的思想束 缚，具有开创性的意义。本专利技术的优点在于(l)电机软起动电流在电机全压直起电流的0 100%范围内连续可调。(2)电机电压在额定电压的0~100%范围内连续可调。(3)起动电压、电流的调节可以采用斜坡式、 恒值式、首脉冲等方式，在实际的软起动中，往往采用分级恒流式软起动，这样可以把起动 电流的最大值限制得最低。(4)因起动电流小，故减小了对机械设备及公共电网的冲击。(5)结 构简单、性能价格比高、维护简单、使用方便、控制灵活。 由于自耦变压器漏抗的滤波作 用，高次谐波对电源母线的影响较小，能满足国标要求。与开关变压器式中高压电动机软 起动装置相比，具有功率小、结构简单、短路压降小及成本低等优点。当负载的转动惯量很大或电动机的容量很大时，为了满足起动时间的要求，起动电流最 大值往往仍然较大，如果此时电网容量有限则会使电压波动率较大，为了减小电压波动率可 以采取在电源母线上加补偿电容的办法来减小进入电网母线的电流、减小电压波动率。附图说明图1是本专利技术的典型单线实例图图2是带有补偿电容的典型单线实例图 图3是表示出控制系统的单线实例图具体实施例方式图1的实例中，TK是自耦变压器，SCR1、 SCR2是晶闸管、QF1是软起动开关、QF2 是电动机M的运行开关；三相自耦变压器TK的1端经软起动开关QF1接于电网，TK的2 端与3端与正反并联的晶闸管构成闭合回路，同时3端接待起动电动机M。电机起动时运行 开关QF2断开，而QF1处于合闸状态，控制器(PLC或其它智能控制器)收到QF1合闸后 触发晶闸管，此时控制晶闸管的导通角向电机端平滑无级的逐步增加输出电压，电机开始起 动并加速。当电机转速接近额定转速或起动电流下降至额定电流的0.8倍时由控制系统发出 QF2合闸指令，当系统收到QF2合闸后延时断开QF1，此时电机并网运行起动结束。图2的实例中除以上描述系统接线方式以外在公共网侧增设无功补偿电容器C经QF3接 于电网，此种接线方式是为了给较大容量电机(或负载转动惯量大)起动时提供无功电流， 进一步的减小大容量电机起动时对公共电网的电流冲击，此电容的计算根据系统能承受的电 动机起动电流计算，起动时可逐级投入，起动结束后可酌情留一定容量的电容器补偿电机运 行时的无功电流。图3的实例中除以上描述系统接线方式以外给出了系统控制部分的框图，PLC或其它智 能控制器检测电路条件(开关量、模拟量)及作为系统闭环控制的电压传感器和电流传感器 的反馈量，经D/A变换输出作为触发单元的反馈和移相控制电压，触发单元输出脉冲经电光/ 光电转换，经放大输出至晶闸管(可控硅)的门极及阴极端，此种触发形式将高低压彻底隔 离开，电磁兼容性好、系统安全、运行稳定，电光/光电单元的供电电源是耦合取能电源，此 种方式具有隔离性能好、电磁兼容性强等优点。上述描述的只是该专利技术的几种具体实施方式，各种举例说明不对专利技术的实质内容构成限 制，所属
的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的具体实施方式所做的修改或变 形，都不背离专利技术的实质和范围。权利要求1.一种开关自耦变压器式中高压(1～35KV)电动机软起动装置，包括三相自耦变压器(TK)、正反并联的晶闸管(SCR1、SCR2)或全控型电力电子器件、控制器(PLC或其它智能控制器)及触发系统，其特征在于自耦变压器的中间抽头经晶闸管(SCR1、SCR2)或全控型电力电子器件与末端构成闭合回路，自耦变压器末端接高压电动机(M)，控制器及触发系统对晶闸管(SCR1、SCR2)或全控型电力电子器件进行相位控制或脉宽调制(PWM)控制即可调节电动机(M)的端电压，从而实现软起动。2. 根据权利要求l所述的开关自耦变压器式中高压电动机软起动装置，其特征在于 当由它构成软起动系统时还具有软起动开关(QF1)和运行开关(QF2)，软起动开关(QF1) 一端接电网一端接自耦变压器始端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关自耦变压器式中高压（１～３５ＫＶ）电动机软起动装置，包括三相自耦变压器（ＴＫ）、正反并联的晶闸管（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２）或全控型电力电子器件、控制器（ＰＬＣ或其它智能控制器）及触发系统，其特征在于自耦变压器的中间抽头经晶闸管（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２）或全控型电力电子器件与末端构成闭合回路，自耦变压器末端接高压电动机（Ｍ），控制器及触发系统对晶闸管（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２）或全控型电力电子器件进行相位控制或脉宽调制（ＰＷＭ）控制即可调节电动机（Ｍ）的端电压，从而实现软起动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，孙向瑞，潘政刚，
申请(专利权)人：哈尔滨帕特尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：93[]
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