专利名称：软起动相变电抗电阻器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种起动器，特别涉及一种以相变电抗电阻器为核心装置的中 低压软起动器。
背景技术：
目前，在380V—10000V领域，功率在20KW—8000KW的所有电机，每台都 必须配备起动器，以减少起动瞬间，电机磁场建立前近似于短路的起动电流对 电网造成的巨大冲击，否则将造成严重事故。
转矩可变的为软起动，不可变的为起动。目前使用的技术有6种1、星三 角起动；2、自耦降压起动；3、频敏起动；4、可控硅软起动；5、磁控软起动； 6、液阻起动。
1、 星三角起动只改变电机本身的接线方式，利用延长或缩短自身绕组线圈 的方式，达到降低电压减少起动电流的目的，局限性大，转矩无法得到保证， 大功率电机不能釆用。
2、 自耦降压及频敏电阻起动，釆用电磁感应原理，利用电抗特性来减少起 动电流，目前大部分釆用这种方式，但频敏电阻一般仅应用于滑环电机上。阻 抗随转速自动减小。
3、 可控硅起动，釆用电子移相原理，利用可控硅的可关断特性，控制导通 角，在交流的正负半周选择角度和导通时间，降低加在电机上的有效电压以达 到减小电流的目的。可控硅软起动器釆用的材料是可控硅或可控硅模块，配电 子触发移相电路，过"0"关断电路，稳压电路，门电路，过流保护，欠压保护 断相保护，电路，加变压器结构，功率越大，线路越复杂，造价昂贵，故障率 高，起动频率小于6次/小时，工作温度小于85摄氏度。
4、 磁控软起动器，利用磁放大器原理，由于铁芯绕组独立，磁路互相影响， 大幅增加了矽钢片铜线绕组的重量，同时增加了单片机的程序控制，线路复杂， 重量很重，价格昂贵，起动频率每小时小于6次，优点是较可控硅软起动器耐 用一些，同样利用相变电抗电阻的优良特性，控制回路也可使用可控硅，作为 无触点开关，替代交流接触器，将可控硅作为无触点开关使用，其工作可靠性 要比作为软起动器使用提高很多，控制也非常简单。当然，也可釆用单片机的 程序控制，设计可多种多样，但主要工作原理大不相同，其整机性能可做的更
加优良。
5、液阻起动，利用液体电阻，阻值可变性，和电阻降压原理，由于大部分 原料使用水并加适量导电液，通电后容易蒸发，其降压过程和水电阻电焊差不 多，使用很少，且仅用于髙压电机。
归纳上述主流产品的五大缺点是
1、 起动电流大， 一般都在额定电流的2—3. 5倍。
2、 必须使用造价高的金属，自耦降压起动器、频敏起动器都是变压器结构， 需要大量的矽钢片，铜线绕组，体积大，成本高。
3、 过载能力差，起动频率低于9次/小时，不能频繁使用。
4、 最高工作温度必须小于85摄氏度，否则易烧毁。
5、 一种起动器只能在一种功率条件下使用，无法一机多用。
发明内容
本发明的目的是提供一种全新的软起动器核心装置一一软起动相变电抗电 阻器，由它构成软起动器的工作主体，与本发明相连的外接辅助线路与传统起 动器的结构相同。以相变电抗电阻器为核心装置的中低压软起动器与目前巿场 已有的起动器相比，具有如下优点
1、 主要电气指标优于自耦降压起动器和可控硅起动器。最大起动电流比自 耦降压起动器缩小1-1.5倍，比可控硅起动器缩小0.5-1倍，为额定电流的 1.2-1.5倍。并且起动转矩可变，可保护电机不受起动力矩的变化造成伤害，是 所有起动器中起动电流最小的产品。在保障电机起动转矩可变、起动性能良好 的前提下，对电网的冲击已降到最低，实现了很好的软起动。
2、 实现了一机多用，可减少一半的起动器系列。由于起动器都是一机一用， 比如CKW起动器只能用于45KW电机，不能用于30KW电机，否则将造成起动电 流过大，电机转矩过大，引起电机发热，损坏绝缘，影响寿命。由于力矩突变， 电机拖动的负荷设备也受到伤害。这种大马拉不了小车的现象，相变电抗电阻 器能够解决。因相变电抗电阻器具有热敏电阻、频敏电抗及临界开关特性(见 大连理工大学出具的检测报告)。
3、 所有起动器主电路的核心元件均采用大量金属，而本起动器的核心元件 采用非金属，可替代主电路可控硅、电抗器及可变饱和电抗器，实现软起动， 造价相对低廉。
4、 提高了工作温度，最高工作温度为150摄氏度，传统起动器最高工作温 度为70—80摄氏度。
5、 提高了使用频率，达到20次/小时，传统起动器使用频率为6-10次/小时。
6、 运行可靠，可广泛用于350KW以下的低压电机及400-8000KW中压电机。 单独使用时，可对不锈钢、铁铬铝、铸铁合金等大功率电阻增加独特的使用特 性。
为实现本发明的目的，本发明提供的软起动相变电抗电阻器包括陶瓷绝缘 容器、青铜接线端子、输入电极、电导介质、输出电极、铝散热片下片(成品)、 铝散热片上片(成品)、紧固螺丝杆、上下夹板、托轮。电源(1)由相变电抗 电阻输入电极(2)输入，通过装在容器中的电导介质(3)产生阻抗，电流随电 机功率和转矩动态变化，流经电导介质的电流由相变电抗电阻输出电极(4),输 出，接至电机输入端，带动电机(5)起动。
软起动相变电抗电阻器中电导介质的材料由活性炭、碳素、氯化镁、水、 氧化镁、粉煤灰等经化合、高温干燥制成，外配接线端子。
由于以相变电抗电阻器为核心装置的中低压软起动器，其工作效能(即产 生电抗所发挥的作用)全部由相变电抗电阻器这一核心装置实现，因此对相变 电抗电阻器的工作描述必须进一步以相变电抗电阻器为核心装置的中、低压软 起动器的工作状况来阐释。
以本发明为核心装置制作而成的低压软起动器包括配电箱、空气开关、交 流接触器、时间继电器、电压表、电流表、转换开关、按钮、相变电抗电阻、 电流互感器。主电路电源通过总空气开关，接入交流接触器输入端，同时另一 台空气开关将电压加至停止按钮、起动按钮、交流接触器线圈、时间继电器线 圈、电源电压表线圏，然后通过转换开关加至相变电阻电压表线圈，形成回路。 同时，导线穿过电流互感器，将感应电流送至电流表，显示三相电流。
以本发明为核心装置制作而成的中压软起动器包括相变电抗电阻柜、真空 开关柜(巿场现有)、控制柜(巿场现有)，其工作过程与上述以本发明为核 心装置制作而成的低压软起动器的工作过程相同。
图l是本发明的相变电抗电阻器结构图2是以本发明为核心设置的起动器的电路图。
具体实施方式一、相变电抗电阻器的制作流程、工作原理及过程(一) 软起动相变电抗电阻器核心材料(即电导介质)的配方(比例为重 量百分比)
1、活性炭11.5%;2、碳素30. 5%;3、氯化镁28. 5%; 4、水14. 5%; 5、氧化 钠10.25%; 6、粉煤灰4. 75°/。。
(二) 制作流程
1、 将各种原料按重量比放入搅拌机，搅拌均匀；
2、 将绝缘陶瓷容器输入端放入3只电极，对应的另一边也放入3只电极；
3、 将搅拌好的原料倒入容器内，用振动棒振动3分钟，盖上上盖，放置12
小时；
4、 送入高温干躁箱干躁2小时(干躁箱温度为260摄氏度)，取出冷却至 室温后，用高温树脂对上盖缝隙进行密封；
5、 清理电极表面，装好接线端子，用紧固螺丝紧固，即完工。
(三) 工作原理
由于相变电抗电阻中碳原子核对电子的束服力最小，核外层电子处于比较 活跃的状态，加电后在电势作用下，核外电子首先获得能量并脱离東服，向低 电位移动。在这一过程中，碳原子中的电子与镁、硅原子中的电子互相碰撞， 由于原子结构不同，电子溢出原子表面需要的电势也不相同，各原子溢出同等 数量的电子，其速度也不同。又由于相变电阻由上述多种物质组成，化合后， 分子间的结构非常紧密， 一部分分子结构被破坏形成新的分子结构，没有被破 坏的则形成屏障，这样各原子核对电子的束服能力不同，激发出的电子速度不 同，互相磁撞磨擦，温度提高，动能增加，在电势作用下，先溢出的电子和后 溢出的电子必须具有同等能量，才能跃迁到下一能量级，通过电源，对后溢出 的电子补充能量，使跃迁过程得以进行，最终形成电抗。产生电抗是以软起动 相变电抗电阻器为核心装置的中低压软起动器的技术核心。
(四) 参照图l,软起动相变电抗电阻器结构组成及工作过程
1、每台电阻器由2只相变电抗电阻器组成，共同使用一组散热片，散热片 尺寸为40*400*600mm*2片,每台电阻器使用10mm*280mm螺丝杆4根，作紧固 用，使用4个移动小托轮，以方便移动，托轮尺寸40mm*10mm。
每只相变电抗电阻结构及阻值
(1) 陶瓷绝缘容器160*210*300mm (尺寸)
(2) 电导介质16. 2KG
(3) 输入电极3只，尺寸12*12*230mm (碳质)
(4) 输出电极3只，尺寸12*12*230mm (碳质)
(5) 铜接线端子6只，尺寸0.5*13*60mm (自制)
(6) 单只相变电抗电阻，静态变化值(样机)
① 不并联正向电阻3. 2欧姆正负变化，反向电阻7. 0欧姆正负变化；
② 并联1组，正向电阻2.6欧姆正负变化，反向电阻6.0欧姆正负变化；
③ 并联3组，正向电阻1.8欧姆正负变化；反向电阻5.1欧姆正负变化。 测试采用DT—9208A数字万用表
二、参照图2，以本发明为核心装置的软起动器的工作过程及原理
(一) 技术构思
针对样品材料(电导介质)2002年黑龙江科技大学测试和2003年大连理工 大学的计算机测试报告，结合化合物电子跃迁的理论研究，参照半导体理论、 电介质理论、界面理论，对等效电阻率、有效电流、热功率密度在电子跃迁过 程中的变化，及相位角、电抗特性的变化进行深入研究。对热敏电阻、频敏可 变电抗，以及可控硅的关断特性对照研究，找出等效电阻率、有效电流在跃迁 过程中不稳定的因素，进行反复实验。在不影响电抗电阻的物理强度，保证抗 压、抗折、冻溶参数的要求下，力争使曲线符合理想起动器标准。
(二) 结构组成
1、配电箱；2、空气开关；3、交流接触器；4、时间继电器；5、电压表； 6、电流表；7、转换开关；8、按钮；9、相变电抗电阻；10、电流互感器。
(三) 连接关系
由常规电器组成控制回路，连接到软起动相变电抗电阻器，由相变电抗电 阻器通过不同的并联方式，控制不同功率的电动机，起动时用3只软起动相变 电抗电阻器起动一台电动机。
(四) 工作过程
1、 接通空气开关，电源经保护后接至两台交流接触器输入端，KM1、 KM2按 下起动按钮，KM1启动，KM1输出端分别接3只相变电抗电阻输入端，(起动前 按电机功率调整好电阻的并联状态)，输出端接三相电机。电机进入软启动状 态。
2、 KM1起动后，通过自身常开接点接通时间继电器工作，延时后时间继电 器常开接点闭合，带动KM2工作，此时电源通过KM2直接接到电机上，进入正 常工作，起动过程结束。(根据电机磁场建立时间，及负载对时间继电器进行
延时15秒一2分钟的调节)
3、 三相电源通过电流互感器CT， CT将感应电流送入三块电流表，分别检 测每相电流。
4、 接入电压表l以指示电流电压。
5、 接入电压表2通过转换开关并接在相变电阻两端，以分别显示起动时三 个电阻两边各自承担的电压降及变化，本相变电阻在起动45KW电机时承担了 300V的电压降，作用在电机上的有效电压只有80V，瞬间最大电流为135A，而 后回落，随着电机转速的上升，电流再次上升，电阻压降迅速减小，直至KM2 闭合，实现了软起动。阻抗随转速上升而减小。
(五)实测情况
2007年8月3日，在大连电机集团电机制造总厂，本发明对多台电机进行 了起动运行。实测同一相变电阻起动30KW电机，起动冲击电流为80A,起动 45KW电机起动冲击电流为135A，此数据明显优于绝大部分起动器产品。起动30KW 电机，相变电阻器两端压降为180V,作用于电机的瞬间电压为200V,起动45KW 电机，相变电阻器两端压降300V,作用于电机的瞬间电压为80V并迅速向额定 电压变化，停电后立即起动，象操作灯开关一样，起动冲击电流仍不会超过30KW 的80A， 45KW的135A，这种反复操作的起动方式，在大部分起动器说明书中是 绝对禁止的。必须间隔6-10分钟，否则容易烧毁起动器。
本电阻在频繁起动30KW、 45KW电机2个小时，温升为35摄氏度，从起动 压降可知，相变电抗电阻在起动大功率电机时电抗大，在起动小功率电机时电 抗小，实现了电抗的可变性，这一特性非常重要，它是实现电机软启动的必要 条件，也是实现一机多用的先决条件，可解决起动器产品系列太多的问题，同 时，也可以在众多电气领域得到应用。
附照片，参与测试人员1、大连电机集团、电机制造总厂设计处工程师、 技术人员、电工，质检处、销售处处长；2、大连理工大学陈觉先教授、梅洪玉 工程师。
权利要求1.一种软起动相变电抗电阻器，其特征在于，包括陶瓷绝缘容器，其内装有可产生电抗的电导介质，所述陶瓷绝缘容器的一端设有输入电极，另一端设有输出电极，输入电极和输出电极上安装有青铜接线端子；所述输入电极连接电源，输出电极连接电机。
2、 如权利要求1所述的软起动相变电抗电阻器，其特征在于，所述输入电极设有3个， 对应的输出电极设有3个。
3、 如权利要求2所述的软起动相变电抗电阻器，其特征在于，采用两个软起动相变电抗 电阻器，并在其上下各设有一个铝散热片，铝散热片外设有上下夹板，用紧固螺丝杆固定， 下面设有4个移动用的拖轮。
专利摘要软起动相变电抗电阻器涉及一种以相变电抗电阻器为核心装置的中低压软起动器。以本实用新型为核心装置的相变电抗电阻软起动器克服了目前起动器系列多、造价昂贵、起动电流大、过载能力差的缺点，能够一机多用，普遍适用于380V-10000V领域、功率在20KW-8000KW的所有电机的软起动，替代主电路的电抗器及可变饱和电抗器，以非金属替代金属，造价低，可以频繁起动。软起动相变电抗电阻器的构成及工作过程是电源(1)由相变电抗电阻输入电极(2)输入，通过装在容器中的电导介质(3)产生阻抗，电流随电机功率和转矩动态变化，流经电导介质的电流由相变电抗电阻输出电极(4)输出，接至电机输入端，带动电机(5)起动。
文档编号H02P1/02GK201197127SQ20072019487
公开日2009年2月18日 申请日期2007年10月29日 优先权日2007年10月29日
发明者张海军 申请人:张海军;张 丹;郎 巍