高压软起动在压缩机负载上的设计应用

1． 引言 

交流异步电动机以其构造简单、极高的运行可靠性、极强的环境适应能力和优异的拖动性能在我国煤矿、石油、化工、钢铁、发电、供水(Water supply)、水泥（材料:粉状水硬性无机胶凝材料)建材等领域(field)获得了广泛的应用但是交流异步电动机致命的缺点是起动冲击大，会对系统造成不利的影响。昆山空压机维修轴承跑外圈一般是因为配合的精度不够以及外圈定位方式设计不合理造成的。并非所有机头都按这个时间进行，如果保养好的可以延后，保养差的则需要提前。 主要影响体现(tǐ xiàn)在两个方面： 
（1）电气方面的问题： 
起动时可达5-7倍的额定电流，造成电动机绕组因电流引起过温，从而加速其绝缘老化，造成供电网电压波动，影响同电网下其他设备的正常(normal)运行。 
（2）机械(machinery)方面的问题： 
过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确(accurate)度如使连轴器损坏、皮带撕裂等。昆山空压机保养是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速，从而将速度能转化为压力。这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命从而增加维护工作量。 
在首钢冷轧厂制氮生产(Produce)线空压机上就遇到了这样的问题，由于电机功率比较大（10KV/3730KW和10KV/2250KW），首先在起动过程中对电机及压缩(compression)机的机械冲击比较大，给系统维护增加了工作量；其次电机在直接起动时电网跌落比较严重，在电网压降达到85%时其他设备(shèbèi)就不能正常工作。鉴于以上原因决定使用PowerEasy型晶体闸（zhá)流管式软起动装置。 
2． 晶体闸流管串联高压软起动的构成及原理 
2.1 主回路构成 
晶闸管串联软起动装置(Apparatus)是结合了电力(electricity)电子(electronic)技术、光电技术控制（control)技术及微处理技术而设计全数字(Resources)智能(intelligence)化的起动设备。晶闸管串联软起动主回路接线图如图1所示，主要由高压可控硅(silicon)串联阀组和旁路接触器组成，其中高压可控硅串联阀组是功率变换执行部件，由多只可控硅串并联组成，并辅以吸收、均压箝位电路，保证其在高压环境中的可靠性。当进线端得电后，通过控制可控硅的导通角以实现对交流三相交流电源进行斩波，控制输出电压的幅值。并在起动过程完成后将旁路接触器闭合，软起动装置切换到旁路状态(status)，同时关闭晶闸管。
图1 晶闸（zhá)管串联软起动主回路接线图
2.2 控制（control)电路 
如图2所示，晶体闸流管串联高压软起动装置的控制电路(Circuits)一般由主控电路、触发装置、信号采集(collection)电路和人机界面组成。
图2 软起动控制框图
2.2.1 主控电路 
主控电路的主要由DSP微处理器及CPLD大规模门阵列组成的数字(Resources)电路组成，它的主要功能(gōng néng)是产生触发晶闸（zhá)管的脉冲指令，晶闸管的触发命令通过数字信号(signal)处理器（DSP）来发出主控电路可以根据信号采集电路采集的电压与电流信号来调整晶闸管的导通角，从而达到调整电机电流的作用，实现对电机的闭环控制（control)，即限流起动。昆山空压机保养冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，另一路冷却水进水管道经过主电机上部的两组换热器冷却电机绕组，还有一路对油冷却器进行冷却。在发出触发脉冲的同时它又可以通过电压电流温度（temperature)等的反馈信号监视电机及软起动装置(Apparatus)本身的运行状态，保护整个系统，确保系统的安全(security)运行。 
2.2.2触发系统 
触发系统(system)是系统稳定可靠的关键部分，必须具有抗噪声干扰的能力，能够及时准确的导通可控硅。昆山空压机保养冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，另一路冷却水进水管道经过主电机上部的两组换热器冷却电机绕组，还有一路对油冷却器进行冷却。在这里主要存在两个技术问题： 
1．触发脉冲能够及时准确的触发晶闸（zhá)管 
晶闸管是一种电流(Electron flow)控制型双极型半导体（semiconductor）元件，它要求门极的驱动单元类似于一个电流源，能向晶闸管提供一个特别陡直的尖峰电流脉冲，来保证在任何时刻都能够准确可靠的触发晶闸管。所以晶闸管的门极触发脉冲特性对晶闸管的正常工作有非常强烈的影响。 
在晶闸管串联使用时，我们要求相互串联的晶闸管尽可能（maybe)的一起导通，因为开通较慢的可能会承受过电压而损坏元件(element)，这个时候就要求同组串联的晶闸管开通时间差尽量的小。 
晶体闸流管的开通(kāi tōng)速度(speed)主要和门极触发脉冲的幅值以及脉冲上升沿的陡度有关系。昆山空压机维修轴承跑外圈一般是因为配合的精度不够以及外圈定位方式设计不合理造成的。并非所有机头都按这个时间进行，如果保养好的可以延后，保养差的则需要提前。 也就是说门极触发脉冲的幅值越大，脉冲上升沿越陡，晶闸管开通的时间(time)就越短。所以在电机软起动领域，绝大多数厂家都是采用强触发方式方法来触发晶闸管。即触发脉冲IG的电流幅值大于或等于10IGT，脉冲上升沿时间tr≤1μs。总之。为了保证晶闸管阀串工作(gōng zuò)的可靠性，IG要远远大于IGT。