高壓軟起動在壓縮機負載上的設計應用

1． 引言 

交流異步電動機以其構造簡單、極高的運行可靠性、極強的環境適應能力和優異的拖動性能在我國煤礦、石油、化工、鋼鐵、發電、供水(Water supply)、水泥（材料:粉狀水硬性無機膠凝材料)建材等領域(field)獲得了廣泛的應用但是交流異步電動機致命的缺點是起動沖擊大，會對系統造成不利的影響。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 主要影響體現(tǐ xiàn)在兩個方面： 
（1）電氣方面的問題： 
起動時可達5-7倍的額定電流，造成電動機繞組因電流引起過溫，從而加速其絕緣老化，造成供電網電壓波動，影響同電網下其他設備的正常(normal)運行。 
（2）機械(machinery)方面的問題： 
過大的起動轉矩產生機械沖擊，對被帶動的設備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確(accurate)度如使連軸器損壞、皮帶撕裂等。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發生在旋轉葉片上，部分發生在固定的擴壓器或回流器擋板上。造成機械傳動部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命從而增加維護工作量。 
在首鋼冷軋廠制氮生產(Produce)線空壓機上就遇到了這樣的問題，由于電機功率比較大（10KV/3730KW和10KV/2250KW），首先在起動過程中對電機及壓縮(compression)機的機械沖擊比較大，給系統維護增加了工作量；其次電機在直接起動時電網跌落比較嚴重，在電網壓降達到85%時其他設備(shèbèi)就不能正常工作。鑒于以上原因決定使用PowerEasy型晶體閘（zhá)流管式軟起動裝置。 
2． 晶體閘流管串聯高壓軟起動的構成及原理 
2.1 主回路構成 
晶閘管串聯軟起動裝置(Apparatus)是結合了電力(electricity)電子(electronic)技術、光電技術控制（control)技術及微處理技術而設計全數字(Resources)智能(intelligence)化的起動設備。晶閘管串聯軟起動主回路接線圖如圖1所示，主要由高壓可控硅(silicon)串聯閥組和旁路接觸器組成，其中高壓可控硅串聯閥組是功率變換執行部件，由多只可控硅串并聯組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環境中的可靠性。當進線端得電后，通過控制可控硅的導通角以實現對交流三相交流電源進行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動過程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動裝置切換到旁路狀態(status)，同時關閉晶閘管。
圖1 晶閘（zhá)管串聯軟起動主回路接線圖
2.2 控制（control)電路 
如圖2所示，晶體閘流管串聯高壓軟起動裝置的控制電路(Circuits)一般由主控電路、觸發裝置、信號采集(collection)電路和人機界面組成。
圖2 軟起動控制框圖
2.2.1 主控電路 
主控電路的主要由DSP微處理器及CPLD大規模門陣列組成的數字(Resources)電路組成，它的主要功能(gōng néng)是產生觸發晶閘（zhá)管的脈沖指令，晶閘管的觸發命令通過數字信號(signal)處理器（DSP）來發出主控電路可以根據信號采集電路采集的電壓與電流信號來調整晶閘管的導通角，從而達到調整電機電流的作用，實現對電機的閉環控制（control)，即限流起動。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。在發出觸發脈沖的同時它又可以通過電壓電流溫度（temperature)等的反饋信號監視電機及軟起動裝置(Apparatus)本身的運行狀態，保護整個系統，確保系統的安全(security)運行。 
2.2.2觸發系統 
觸發系統(system)是系統穩定可靠的關鍵部分，必須具有抗噪聲干擾的能力，能夠及時準確的導通可控硅。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。在這里主要存在兩個技術問題： 
1．觸發脈沖能夠及時準確的觸發晶閘（zhá)管 
晶閘管是一種電流(Electron flow)控制型雙極型半導體（semiconductor）元件，它要求門極的驅動單元類似于一個電流源，能向晶閘管提供一個特別陡直的尖峰電流脈沖，來保證在任何時刻都能夠準確可靠的觸發晶閘管。所以晶閘管的門極觸發脈沖特性對晶閘管的正常工作有非常強烈的影響。 
在晶閘管串聯使用時，我們要求相互串聯的晶閘管盡可能（maybe)的一起導通，因為開通較慢的可能會承受過電壓而損壞元件(element)，這個時候就要求同組串聯的晶閘管開通時間差盡量的小。 
晶體閘流管的開通(kāi tōng)速度(speed)主要和門極觸發脈沖的幅值以及脈沖上升沿的陡度有關系。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 也就是說門極觸發脈沖的幅值越大，脈沖上升沿越陡，晶閘管開通的時間(time)就越短。所以在電機軟起動領域，絕大多數廠家都是采用強觸發方式方法來觸發晶閘管。即觸發脈沖IG的電流幅值大于或等于10IGT，脈沖上升沿時間tr≤1μs。總之。為了保證晶閘管閥串工作(gōng zuò)的可靠性，IG要遠遠大于IGT。