高壓軟起動在壓縮機負載上的設(shè)計應(yīng)用

1． 引言 

交流異步電動機以其構(gòu)造簡單、極高的運行可靠性、極強的環(huán)境適應(yīng)能力和優(yōu)異的拖動性能在我國煤礦、石油、化工、鋼鐵、發(fā)電、供水(Water supply)、水泥（材料:粉狀水硬性無機膠凝材料)建材等領(lǐng)域(field)獲得了廣泛的應(yīng)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(tǒng)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(shè)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(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 主要影響體現(xiàn)(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(wǎng)電壓波動，影響同電網(wǎng)下其他設(shè)備的正常(normal)運行。 
（2）機械(machinery)方面的問題： 
過大的起動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機械沖擊，對被帶動的設(shè)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(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機，在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上，部分發(fā)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(chǎn)(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(tǒng)維護增加了工作量；其次電機在直接起動時電網(wǎng)跌落比較嚴重，在電網(wǎng)壓降達到85%時其他設(shè)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(lián)高壓軟起動的構(gòu)成及原理 
2.1 主回路構(gòu)成 
晶閘管串聯(lián)軟起動裝置(Apparatus)是結(jié)合了電力(electricity)電子(electronic)技術(shù)、光電技術(shù)控制（control)技術(shù)及微處理技術(shù)而設(shè)計全數(shù)字(Resources)智能(intelligence)化的起動設(shè)備。晶閘管串聯(lián)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(lián)閥組和旁路接觸器組成，其中高壓可控硅串聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。當進線端得電后，通過控制可控硅的導(dǎo)通角以實現(xiàn)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(tài)(status)，同時關(guān)閉晶閘管。
圖1 晶閘（zhá)管串聯(lián)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(lián)高壓軟起動裝置的控制電路(Circuits)一般由主控電路、觸發(fā)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(guī)模門陣列組成的數(shù)字(Resources)電路組成，它的主要功能(gōng néng)是產(chǎn)生觸發(fā)晶閘（zhá)管的脈沖指令，晶閘管的觸發(fā)命令通過數(shù)字信號(signal)處理器（DSP）來發(fā)出主控電路可以根據(jù)信號采集電路采集的電壓與電流信號來調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，從而達到調(diào)整電機電流的作用，實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控制（control)，即限流起動。昆山空壓機保養(yǎng)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(jīng)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(fā)出觸發(fā)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(jiān)視電機及軟起動裝置(Apparatus)本身的運行狀態(tài)，保護整個系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全(security)運行。 
2.2.2觸發(fā)系統(tǒng) 
觸發(fā)系統(tǒng)(system)是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵部分，必須具有抗噪聲干擾的能力，能夠及時準確的導(dǎo)通可控硅。昆山空壓機保養(yǎng)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(jīng)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(shù)問題： 
1．觸發(fā)脈沖能夠及時準確的觸發(fā)晶閘（zhá)管 
晶閘管是一種電流(Electron flow)控制型雙極型半導(dǎo)體（semiconductor）元件，它要求門極的驅(qū)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(fā)晶閘管。所以晶閘管的門極觸發(fā)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(lián)使用時，我們要求相互串聯(lián)的晶閘管盡可能（maybe)的一起導(dǎo)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(lián)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(fā)脈沖的幅值以及脈沖上升沿的陡度有關(guān)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(shè)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(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 也就是說門極觸發(fā)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(lǐng)域，絕大多數(shù)廠家都是采用強觸發(fā)方式方法來觸發(fā)晶閘管。即觸發(fā)脈沖IG的電流幅值大于或等于10IGT，脈沖上升沿時間tr≤1μs?？傊?。為了保證晶閘管閥串工作(gōng zuò)的可靠性，IG要遠遠大于IGT。