專利名稱：基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流電機(jī)的軟起動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于可變電抗器的分級 變頻重載軟起動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
交流電機(jī)的起動(dòng)一直是人們關(guān)注的課題。直接起動(dòng)其起動(dòng)電流為額定電流的5 7倍、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，甚至還會(huì)在高壓開關(guān)閉合時(shí)產(chǎn)生大的操作過電壓(可 達(dá)額定電壓的5倍以上)，在以往的實(shí)踐中證明，這些都可能會(huì)造成一系列的嚴(yán)重后果。目前國內(nèi)有相關(guān)軟起動(dòng)控制器的產(chǎn)品，如西普公司的STR、先導(dǎo)倍爾公司的 RQD-D7等，實(shí)現(xiàn)的功能有電壓斜坡起動(dòng)、恒電流起動(dòng)、軟停車、自由停車，過電流、三相不 平衡、過熱、缺相保護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測、軟起動(dòng)參數(shù)設(shè)置。也存在相關(guān)專利，如低壓電動(dòng)機(jī)智能軟 起動(dòng)補(bǔ)償控制裝置(ZL200720073919.9)、高壓軟起動(dòng)器晶閘管串聯(lián)裝置(C擬914486)等。 然而這些產(chǎn)品和專利存在的不足之處也比較明顯大部分軟起動(dòng)器僅適用于低壓電機(jī)起 動(dòng)，而高壓軟起動(dòng)器一般采用在主回路直接串連晶閘管的方案，晶閘管的耐壓要求高限制 了其適用范圍，再者軟啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)過低沒能動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償無功功率，功率因數(shù)得不到有 效的保證。為此，本申請者提出了 “一種電機(jī)的軟起動(dòng)裝置”(ZL200620096602. 2)，該裝置屬 磁控式軟起動(dòng)裝置，是將可變電抗器串接在主回路中，通過調(diào)節(jié)串接在電抗器二次側(cè)的晶 閘管的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)電抗器的阻抗，從而調(diào)節(jié)電抗器的分壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng)電流的 目的。這種方案不受晶閘管耐壓能力的限制，所以增加了磁控式軟起動(dòng)裝置的適用范圍，降 低了成本。然而，以上軟起動(dòng)裝置屬于傳統(tǒng)的降壓軟起動(dòng)，其一個(gè)很大的缺點(diǎn)是起動(dòng)電磁轉(zhuǎn) 矩的降落。電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和加在電機(jī)定子端電壓的平方成正比，減少電壓就會(huì)嚴(yán)重降 低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，重載、滿載起動(dòng)時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)而起動(dòng)失敗。因此，傳統(tǒng)的降壓軟起動(dòng)只 能適用于空載或輕載電機(jī)軟起動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，很多電機(jī)都是帶重載甚至是滿載起動(dòng)， 如傳送帶，起重機(jī)等。因此，本實(shí)用新型對先前的實(shí)用新型專利“一種電機(jī)的軟起動(dòng)裝置” (ZL200620096602. 2)進(jìn)行改進(jìn)，使其適用于重載電機(jī)的軟起動(dòng)，已經(jīng)迫在眉睫。為了解決限制起動(dòng)電流和提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的矛盾，本發(fā)明人經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐， 開發(fā)了 一種新的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)降壓軟起動(dòng)不能提供大轉(zhuǎn)矩、主回 路直接串晶間管分級變頻軟起動(dòng)又受耐壓能力和經(jīng)濟(jì)成本的限制，提出了一種基于可變電 抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，以解決三相交流電機(jī)在帶重載、滿載時(shí)無法正常起動(dòng)的 問題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是該裝置包括可變電抗器、三相反并聯(lián)晶間管、起動(dòng)接觸器和運(yùn)行接觸器。其中可變電抗器的主繞組串聯(lián)在起動(dòng)接觸器和交 流電機(jī)定子之間，可變電抗器的二次繞組接三相反并聯(lián)晶間管。起動(dòng)接觸器串聯(lián)在電源和 可變電抗器之間，起動(dòng)接觸器與可變電抗器串聯(lián)后與運(yùn)行接觸器并聯(lián)。該裝置還包括控制器以及電壓和電流傳感器，其中所述電壓和電流傳感器的輸 出端與控制器的模擬信號輸入端相連；起動(dòng)接觸器和運(yùn)行接觸器與控制器的控制信號輸出 端相連。該裝置包括脈沖變壓器，其輸入端與控制器的輸出端相連接，其輸出端接三相反 并聯(lián)晶閘管的控制信號輸入端。所述控制器可以采用單片機(jī)。所述三相反并聯(lián)晶閘管由三組反向并聯(lián)的晶閘管組成，分別串聯(lián)在可變電抗器的 二次繞組的兩端。本實(shí)用新型提供的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置的工作原理為電 機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，起動(dòng)接觸器和運(yùn)行接觸器都處于斷開狀態(tài)。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，先合上起動(dòng)接觸 器，對電機(jī)進(jìn)行分級變頻軟起動(dòng)。當(dāng)電機(jī)完成起動(dòng)過程后，則合上運(yùn)行接觸器，斷開起動(dòng)接 觸器，電機(jī)正常運(yùn)行。同理電機(jī)停車時(shí)，先合上起動(dòng)接觸器，斷開運(yùn)行接觸器，電機(jī)進(jìn)行軟停 車。當(dāng)電機(jī)完成軟停車過程后，斷開起動(dòng)接觸器，電機(jī)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.能夠在限制起動(dòng)電流的前提下提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于帶滿載甚至重載電機(jī) 的軟起動(dòng)。2.控制器可根據(jù)采集的電流和電壓數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的控制晶閘管的通斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)分級 變頻軟起動(dòng)智能化控制。3.可變電抗器諧波分量大部分由控制繞組吸收，起到了良好的濾波效果，進(jìn)而反 應(yīng)在電源的諧波較小，對電網(wǎng)供電有利，同時(shí)也將降低諧波污染。4.采用的交交變頻器的控制算法可以保證在每個(gè)分級頻率輸出最大轉(zhuǎn)矩，持續(xù) 時(shí)間任意設(shè)定，還可保持在各級頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻轉(zhuǎn)矩輸出不發(fā)生回落，以保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定上升。
圖1是本實(shí)用新型的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.交流電機(jī)；2.可變電抗器；3.三相反并聯(lián)晶閘管；4.電壓和電流傳 感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提供的可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，是一種對本申請者原 有“一種電機(jī)的軟起動(dòng)裝置”(ZL200620096602.2)的改進(jìn)型裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)三相交流 電機(jī)帶重載的軟起動(dòng)，例如能夠與圖1所示0. 4kV、IlkW三相電機(jī)配套使用。所述可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示主要由可變電 抗器2，起動(dòng)接觸器(KM1)，運(yùn)行接觸器(KM2)，三相反并聯(lián)晶閘管3，電壓和電流傳感器4，控 制器和脈沖變壓器組成。[0024]可變電抗器2包括主繞組201和二次繞組202，其中主繞組串聯(lián)在起動(dòng)接觸器 (KMl)和交流電機(jī)1定子之間，二次繞組接三相反并聯(lián)晶閘管3。這樣，通過三相反并聯(lián)晶 閘管控制主繞組的電流頻率，進(jìn)而控制交流電機(jī)1的電流頻率?？勺冸娍蛊?為三相可變 電抗器。所述三相反并聯(lián)晶閘管3可由三組反向并聯(lián)的晶閘管組成，分別串聯(lián)在可變電抗 器二次繞組的兩端，根據(jù)分級變頻的需要控制晶閘管的通斷，從而對交流電機(jī)1的定子電 壓分級調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)重載或恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載交流電機(jī)1的軟起動(dòng)。起動(dòng)接觸器(KMl)串聯(lián)在電源和可變電抗器2之間；起動(dòng)接觸器(KMl)與可變電 抗器2串聯(lián)后與運(yùn)行接觸器(KM2)并聯(lián)?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)，包括模擬信號輸入/輸出端，開關(guān)量信號輸入/輸出端。電壓和電流傳感器4的輸出端與所述單片機(jī)的模擬信號輸入端連接。起動(dòng)接觸器 KM1、運(yùn)行接觸器KM2的通/斷由所述單片機(jī)的開關(guān)量信號輸出端控制。本實(shí)用新型還設(shè)有脈沖變壓器，其輸入端與單片機(jī)的輸出端相連接，其輸出端接 三相反并聯(lián)晶閘管3的控制信號輸入端。這樣，通過控制器控制三相反并聯(lián)晶閘管3，以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的分級調(diào)頻軟起動(dòng)。本實(shí)用新型為了提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，限制起動(dòng)電流，采用了分級交交變頻的控制方法， 通過巧妙的控制三相反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)順序，在改變電壓的同時(shí)也改變交流電的頻率， 實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩的V/F控制軟起動(dòng)。本實(shí)用新型根據(jù)正弦波分頻的特點(diǎn)，在低頻段盡量采用正相序平衡的奇數(shù)次分 頻。綜合文獻(xiàn)結(jié)論，為了避免出現(xiàn)負(fù)的力矩使電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，離散變頻軟起動(dòng)只能采用3n+l 分頻。我們目前采用的頻率跳躍等級為10 —7 — 4 —2— 1，軟停車可按相反的順序進(jìn)行。通過試驗(yàn)以及MATLAB電流波形分析證明，這種可變電抗的分級變頻軟起動(dòng)器可 以做到帶重載的交流電機(jī)1的限流軟起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了真正的平滑升頻軟起動(dòng)，提高了起動(dòng)轉(zhuǎn) 矩。由于保留了原有的軟起動(dòng)器的硬件結(jié)構(gòu)，只是對晶閘管的觸發(fā)脈沖的控制方法進(jìn)行了 改進(jìn)，因此不會(huì)增加成本支出，而大大增加了起動(dòng)適用范圍，因而是一次突破。下面結(jié)合圖1敘述本實(shí)用新型的具體工作過程。本實(shí)用新型提供的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，主要由可變電抗 器2，起動(dòng)接觸器(KM1)，運(yùn)行接觸器(KM2)，三相反并聯(lián)晶閘管3，電壓和電流傳感器4，控 制器和脈沖變壓器組成?？勺冸娍蛊鞯闹骼@組串聯(lián)在起動(dòng)接觸器(KMl)和交流電機(jī)定子之 間，二次繞組接三相反并聯(lián)晶閘管。控制器根據(jù)電壓和電流傳感器實(shí)時(shí)采樣到的電流、電 壓數(shù)據(jù)，采用分級交交變頻的控制方法，通過控制三相反并聯(lián)晶間管的觸發(fā)順序來控制晶 閘管的通斷，在改變電壓大小的同時(shí)也改變交流電壓的頻率，讓電機(jī)的工作電壓頻率按照 10 — 7 — 4 — 2—1的最佳分頻比來變化，有效降低電機(jī)起動(dòng)電流的同時(shí)大大提高了電機(jī) 的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩的電機(jī)分級變頻軟起動(dòng)。
權(quán)利要求1.基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其特征在于該裝置包括可變電抗器(2)、三相反并聯(lián)晶閘管(3)、起動(dòng)接觸器和運(yùn)行接觸器，其中可變電抗器的主繞組串聯(lián)在 起動(dòng)接觸器和交流電機(jī)(1)定子之間，可變電抗器(2)的二次繞組接三相反并聯(lián)晶閘管(3); 起動(dòng)接觸器串聯(lián)在電源和可變電抗器(2)之間，起動(dòng)接觸器與可變電抗器(2)串聯(lián)后與運(yùn) 行接觸器并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其特征在于該 裝置包括控制器以及電壓和電流傳感器(4)，其中所述電壓和電流傳感器的輸出端與控 制器的模擬信號輸入端相連；起動(dòng)接觸器和運(yùn)行接觸器與控制器的控制信號輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其特征在于該 裝置包括脈沖變壓器，其輸入端與控制器的輸出端相連接，其輸出端接三相反并聯(lián)晶閘管(3)的控制信號輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其特征在 于控制器采用單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，其特征在于所 述三相反并聯(lián)晶閘管(3)由三組反向并聯(lián)的晶閘管組成，分別串聯(lián)在可變電抗器(2)的二 次繞組的兩端。
專利摘要本實(shí)用新型是基于可變電抗器的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，該裝置包括可變電抗器(2)、三相反并聯(lián)晶閘管(3)、起動(dòng)接觸器(KM1)和運(yùn)行接觸器(KM2)，其中可變電抗器(2)的主繞組串聯(lián)在起動(dòng)接觸器和交流電機(jī)(1)定子之間，可變電抗器(2)的二次繞組接三相反并聯(lián)晶閘管(3)；起動(dòng)接觸器串聯(lián)在電源和可變電抗器(2)之間，起動(dòng)接觸器與可變電抗器(2)串聯(lián)后與運(yùn)行接觸器并聯(lián)。本實(shí)用新型采用可變電抗器和晶閘管組成的分級變頻重載軟起動(dòng)裝置，在繼承了由可變電抗器組成的軟起動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不僅實(shí)現(xiàn)了由低壓控制高壓，而且解決了高低壓電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和重載軟起動(dòng)需要同時(shí)限流和提供高轉(zhuǎn)矩的技術(shù)難題。
文檔編號H02P1/30GK201860283SQ20102059040
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者常雨芳, 彭有亮, 羅愛軍, 肖義平, 肖純, 胡紅明, 袁佑新, 謝鳴, 譚思云, 陳剛, 陳靜 申請人:武漢理工大學(xué)