专利名称：隔离式防爆型高压软起动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防爆型软起动控制器，具体来讲是涉及一种高电压 (6KV/10KV )、大功率(300KW-4000KW)的隔离式防爆型高压软起动控制器。
背景技术：
在一些高危场合(如煤矿、化工厂，炼油厂等)，经常需要使用大功率电动机。而大功率电动机在起动期间的功率因数很低，电压波动明显，这将对电网造成极大危害会降低电网上其它电力设备的运行效率，降低设备的使用寿命；另外，当瞬变电压出现时，会使电动机产生震动、噪音以及过多的热量。同样，瞬变产生的浪涌，会使电网的用电效率严重下降，感性负载的电流损失增加。在现有技术中，高压软起动控制方案有以下几种1、自耦降压软起动。因为用户要求电机的起动转矩为额定转矩的56%，起动电流必须小于电机额定电流的2. 5倍。鉴于自耦降压软起动是有级起动的，它难以实现起动过程的精确控制。2、液态电阻软起动。液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。 它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率。电导率可以通过电解液浓度改变，极板距离可实时控制。液阻的热容量大。这两大特点(阻值可以无级控制和热容量大)，恰恰是软起动所需要的。加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。液阻软起动的缺点一是液阻箱容积大，软起动的重复性较差；二是需要有一套伺服机构驱动动极板，动极板通过软线导电本身就是安全隐患，动极板移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化；三是液阻软起动装置需要维护，液箱中的水，需要定期补充，电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理(经验是3-5年一次)；四是液阻软起动装置不适合于置放在易结冰的现场。另外它的液阻阻值不能实时控制，起动过程品质对使用环境温度的依赖性大，起动成功的风险大。存在的上述缺点使得该产品应用场合受到限制，一般用于低档产品的起动。3、晶闸管软起动。晶闸管软起动，调节快速性好，闭环控制，起动方式的菜单化，与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全。这些都是液阻软起动难以匹敌的。但是晶闸管软起动产品也有缺点一是它的每个高压桥臂上都有三到四个晶间管串联，同步触发是关键，解决不好就会造成控制失败；另外晶闸管的耐压均勻性问题，即它对每个晶闸管的一致性有非常高的要求，如果个别晶闸管参数发生变化或性能较差，都会导致软起动设备故障；二是对于绕线转子异步机无所作为；三是高压产品的价格太高，这几个缺点阻碍了晶闸管软起动产品的快速发展。4、频敏电阻软起动。由于频敏器件本身不完全是电阻，因而功率因数比较低；其次，是调整不方便，调整的盲目性比较大，难以控制。以上高压软起动装置均不具备有防爆功能，若在煤矿、石油、化工等高危险场合使用很容易发生爆炸事故，非常不安全。发明内容针对上述情况，本实用新型提供一种隔离式防爆型高压软起动控制器，以解决现有技术的高压软起动装置在使用过程中易发生爆炸事故，不宜使用于煤矿、石油、化工等高危场合的问题。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下隔离式防爆型高压软起动控制器，包括主腔体和专用接线腔体，其特征在于，所述主腔体内部设置有高压软起动控制器，所述高压软启动控制器的进、出线通过设置于主腔体侧壁上的隔爆型接线柱与专用接线腔体内设置的线缆连接；所述主腔体与专用接线腔体之间通过密封圈形成两个相对隔离的空间；所述主腔体和专用接线腔体的腔壁厚至少10mm，在各腔体的腔壁还设置有加强筋；所述主腔体的前后两端设置有加厚型法兰，所述法兰的外表面分别设置一端盖， 所述端盖与法兰之间设置有密封垫；所述主腔体的右侧设置有一安装有电气控制元件的隔爆门，所述电气控制元件与隔爆门之间通过密封垫密封，所述隔爆门和主腔体之间也通过密封垫密封；所述专用接线腔体的下端的腔壁上设置有与专用接线腔体之间密封的线缆接口， 所述专用接线腔内的与隔爆型接线柱连接的线缆穿过该线缆接口与外界的高压电网和电动机相连接，所述线缆与所述线缆接口之间通过密封接头密封。进一步，所述高压软起动控制器包含主回路和控制回路以及隔离变压器，所述电动机和隔离变压器的高压侧串联在主回路中，隔离变压器的低压侧串联在控制回路中，所述主回路通过高压进线保护断路器接三相电源，在高压进线保护断路器与隔离变压器的高压侧之间还串联有起动接触器，并在隔离变压器的高压侧和起动接触器构成的串联支路上并联有一运行接触器；所述控制回路包括晶间管组和控制单元，所述晶间管组与所述隔离变压器的低压侧串联，晶间管组触发极连接控制单元，控制单元的信号输入端通过一 PT从主回路中获取同步信号。进一步，所述的连接于晶闸管组触发极上的控制单元中包含带稳压器的供电电源，中央处理器，与中央处理器输出端连接的显示器、触发器和开关量输出器件，与中央处理器输入端连接的模数转换器和开关量输入器件。进一步，所述的开关量输入器件包含滤波电路和光电隔离器。进一步，所述的开关量输出器件包含三极管和继电器。本实用新型的有益效果是主腔体、专用接线腔体和外界环境均相互隔离，因此互不影响；当主腔体或专用接线腔体内部出现可燃性混合物发生爆炸时，因腔壁很厚不会造成损坏，从而爆炸产生的热量也不会外溢到外界，从而避免煤矿、石油、化工等高危场合发生相应的连锁爆炸。因此，本实用新型具有很好的防爆效果，能够适应煤矿、石油、化工等高危险场所环境要求。另外，高压软起动控制器的晶闸管组工作在较低的电压下，解决了现有技术中每个高压桥臂上都必须有串联的晶闸管才能承受高压而带来的弊端，解决了限制晶闸管软起动推广的这一关键问题。本实用新型的控制器采用隔离变压器，其隔离变压器的产品技术成熟，性能稳定，可靠性较高；而晶间管组和控制回路工作于低压侧，所以本实用新型的控制器不仅结构简单，而且，性能稳定，可靠性好。本实用新型的高压软起动控制器，在整个起动过程中，控制回路对隔离变压器低压侧两端电流能够实时有效地控制，从而实现对高压电动机起动电压及起动电流的控制，达到了平稳起动的目的。本实用新型还具有起动电流小、起动速度平稳可靠、机械无振动、对电网冲击小，且起动曲线能够根据现场实际工况进行调整的优点。
图1为本实用新型隔离式防爆型高压软起动控制器的结构示意图。图2是图1的左视图。图3为图1的右视图。图4为本实用新型隔离式防爆型高压软起动控制器的高压软起动控制器的电气原理示意图。图5为本实用新型隔离式防爆型高压软起动控制器的控制单元的电气原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。参见图1、图2、图3，隔离式防爆型高压软起动控制器，包括主腔体100和专用接线腔体200，主腔体100和专用接线腔体200的外壳均采用壁厚至少IOmm的优质厚钢板，在各腔体的腔壁还设置有加强筋。所述主腔体100内部设置有高压软起动控制器300，所述高压软启动控制器300 的进、出线通过设置于主腔体侧壁上的隔爆型接线柱400与专用接线腔体内设置的线缆连接；所述主腔体100与专用接线腔体200之间通过密封圈形成两个相对隔离的空间。所述主腔体100的前后两端设置有加厚型法兰110，所述法兰的外表面分别设置一端盖120，所述端盖120与法兰110之间设置有密封垫130 ；所述主腔体100的右侧设置有一安装有电气控制元件的隔爆门140，所述电气控制元件与隔爆门140之间通过密封垫密封，所述隔爆门140和主腔体100之间也通过密封垫密封。所述专用接线腔体200的下端的腔壁上设置有与专用接线腔体之间密封的线缆接口，所述专用接线腔内的与隔爆型接线柱连接的线缆穿过该线缆接口与外界的高压电网和电动机相连接，所述线缆与所述线缆接口之间通过密封接头210密封。以上主腔体100、专用接线腔体200在各密封圈和密封垫的作用下和外界环境均相互隔离，因此互不影响；当主腔体100或专用接线腔体200内部出现可燃性混合物发生爆炸时，因腔壁很厚不会造成损坏，从而爆炸产生的热量也不会外溢到外界，从而避免煤矿、 石油、化工等高危场合发生相应的连锁爆炸。因此，本实用新型具有很好的防爆效果，能够适应煤矿、石油、化工等高危险场所环境要求。电缆或导线的引入采用了不会改变外壳隔爆性能的密封方法，能确保防爆型高压软起动控制器的密封性能，并有效防止电缆受拖拉或扭转而损坏。[0032]参见图4，高压软起动控制器，它包含主回路ZHL和控制回路KZHL以及隔离变压器 4，电动机(M)7和隔离变压器4的高压侧401串联在主回路ZHL中，隔离变压器4的低压侧 402串联在控制回路KZHL中，主回路ZHL通过高压进线保护断路器2接三相电源1，在高压进线保护断路器2与隔离变压器4的高压侧401之间还串联有起动接触器3，并在隔离变压器4的高压侧401和起动接触器3构成的串联支路上并联有一运行接触器8 ；控制回路 KZHL包括晶闸管组5和控制单元6，晶闸管组5与隔离变压器4的低压侧402串联，晶闸管组5触发极连接控制单元6，控制单元6的信号输入端通过一 PT 9从主回路ZHL中获取同步信号，控制单元6的信号输入端通过两个CT 10从主回路ZHL中获取电机的反馈信号。在本实施例中，三相电源1的进线电压为3相6千伏50赫兹电源。如上述图4所示的结构，三相交流6KV 50HZ电源1有两条通道可以达到电动机(M) 7，一条是通过运行接触器8，三相电源1送到电动机(M) 7的通道为正常运行通道；通过起动接触器3和隔离变压器4，三相电源1送到电动机(M)7的通道为隔离变压器4的电流可控制通道。显然主回路ZHL的高压侧401并无晶闸管元件，而且几个主要的器件作为真空接触器件的运行接触器8、起动接触器3和隔离变压器4都可长时间地运行在控制回路KZHL中。晶闸管组5处于隔离变压器4的低压侧402，其电压为高压侧401的1/6。所以晶闸管组5实际工作的耐压要求不超过2千伏，采用合适的晶闸管完全可以满足需要。这样，就不必在主回路ZHL的 6千伏侧使用多个晶闸管串并联使用，也就避免了由此所带来的频繁故障。由于晶闸管组6 工作在隔离变压器4的低压侧402，电压等级低，使6个晶闸管即可实现三相交流电流的控制，其控制技术已非常成熟。而对晶闸管的控制为低压信号控制，这就为微机实现控制提供了便利。而且现在微机技术在晶闸管的应用已很成熟，要实现复杂功能控制也很方便，控制性能也非常稳定。 所以，本实用新型控制器采用隔离变压器的软起动控制性能稳定，工作可靠，结构较以前更加合理。本实用新型的高压软起动控制器在主回路ZHL中用隔离变压器4来代替以前的多组晶闸管组件，在隔离变压器4的低压侧402使用一般的晶闸管实施软起动的有效控制。参见图5，控制单元6中包含电源601，与电源601连接的稳压器602，中央处理器 604，与中央处理器604输出端连接的显示器603、触发器605和开关量输出器件607。与中央处理器604输入端连接的模数转换器(A/D) 606和开关量输入器件608。为了达到良好的控制效果，控制单元6采用微机系统，它运算速度快，可以达到每秒5兆次运算。选择的模数转换器606为14位。所述的开关量输入器件608包含滤波电路和光电隔离器。在本实施例中，滤波电路为阻容滤波电路。光电隔离器采用TLP521芯片。实现对于开关量的滤波处理和光电隔离。开关量输入包括起/停、参数设定的上翻、下翻和确认。上述的所有信号均在显示器603上显示出。开关量输出器件607包含三极管和继电器。在本实施例中，继电器采用小型继电器。继电器的触头用于控制控制回路以外的外围电路，如旁路的运行接触器等。它对于控制单元6输出的信号经三极管驱动后带动继电器动作，从而达到控制的目的。所有上述器件均集成在一个控制盒内，结构紧凑，体积小巧，功能齐全，屏蔽有效，工作可靠。如上述的结构，起动开始时，控制单元控制控制回路KZHL中的起动接触器3吸合，使主回路接通，三相电源6KV通过隔离变压器4的高压侧401接入高压电动机(M) 7，控制单元6工作在隔离变CN 202190233 U
说明书
5/5页
压器4的低压侧402，对隔离变压器4的低压侧402的电流进行控制，实现对隔离变压器4 的高压侧电流进行控制，从而使电动机(M)7的电流在起动过程中得到控制，达到软起动的控制目的。起动过程完成时，控制单元6通过开关量输出器件607控制旁路的运行接触器8 接通，将控制回路KZHL中的起动接触器3和隔离变压器4短路，使电源通过旁路的运行接触器8直接接到高压电动机(M) 7上，高压电动机(M) 7进入正常工作后，软起动过程结束。具体的说，在起动过程中，控制回路中控制单元6中的中央处理器604根据给出设定的起动电流值去控制晶闸管组5的导通角，控制隔离变压器4低压侧402的电流。 中央处理器604对经过模数转换器(A/D)将采样的电压、电流信号转换成的数字信号，处理为晶闸管导通角所需要的导通信号，通过触发器605对晶闸管的导通角进行控制；利用隔离变压器4的高压侧401和低压侧402电流成比例的关系，晶闸管导通的电流经隔离变压器4变换后，在主回路ZHL上得到相应的起动电流；在起动控制信号到并延时0. 5秒后，按起动设定值去逐渐增加晶闸管导通角的电流量，使得电动机(M) 7的电压逐渐上升。此时， 电动机(M)7的电流也会逐渐上升，但受到设定的起动电流倍数的控制。待三相交流的导通角基本全开并电动机(M) 7速度也接近额定的速度时，电动机(M) 7电流会快速下降；此时控制单元6主要是控制导通角全导通，电动机(M) 7得到全电流，实现对隔离变压器4高压侧401的电流控制；再延时后，中央处理器604控制旁路运行接触器8接通，断开起动接触器3。接触器切换后的信号通过开关量输入器件608输入到中央处理器604中，仍然保持控制晶闸管全部导通。但软起动过程己完成。此后虽然晶闸管全部导通，但由于运行接触器8对晶闸管组5已构成短路，使三相电源通过旁路运行接触器8直接接到电动机(M) 7。 实际上晶闸管5无电流通过。通过上述过程，使高压电动机(M) 7的电流在起动过程中得到控制，达到软起动的控制目的。为达到良好的控制效果，本实施例中，控制单元6中的中央处理器604采用微机系统的CPU为PIC 1 6F877芯片，其运算速度快，可以达到每秒5兆次运算。具体控制的实现由控制单元6的中央处理器604根据需要设置对应的参数，包括起动方式选择，起动设定时间，速度和电流的比例系数、积分系数、微分系数，以及起动电流倍数选择、电机额定电流设定等。如果有速度传感器，则可选择速度环参与控制；如无速度传感器，则可去掉速度环的控制。如果要求简单，还可去掉电流环的控制。起动方式有多种组合配合以满足电动机的使用需要。整个过程受到起动设定时间和起动电流倍数限制的影响。由于对应控制的参数均可修改调整，所以起动控制灵活方便。可以实现平稳起动，电流冲击小，起动过程的电流电压曲线也可得到有效的控制。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.隔离式防爆型高压软起动控制器，包括主腔体和专用接线腔体，其特征在于，所述主腔体内部设置有高压软起动控制器，所述高压软启动控制器的进、出线通过设置于主腔体侧壁上的隔爆型接线柱与专用接线腔体内设置的线缆连接；所述主腔体与专用接线腔体之间通过密封圈形成两个相对隔离的空间；所述主腔体和专用接线腔体的腔壁厚至少10mm，在各腔体的腔壁还设置有加强筋；所述主腔体的前后两端设置有加厚型法兰，所述法兰的外表面分别设置一端盖，所述端盖与法兰之间设置有密封垫；所述主腔体的右侧设置有一安装有电气控制元件的隔爆门，所述电气控制元件与隔爆门之间通过密封垫密封，所述隔爆门和主腔体之间也通过密封垫密封；所述专用接线腔体的下端的腔壁上设置有与专用接线腔体之间密封的线缆接口，所述专用接线腔内的与隔爆型接线柱连接的线缆穿过该线缆接口与外界的高压电网和电动机相连接，所述线缆与所述线缆接口之间通过密封接头密封。
2.根据权利要求1所述的隔离式防爆型高压软起动控制器，其特征在于，所述高压软起动控制器包含主回路和控制回路以及隔离变压器，所述电动机和隔离变压器的高压侧串联在主回路中，隔离变压器的低压侧串联在控制回路中，所述主回路通过高压进线保护断路器接三相电源，在高压进线保护断路器与隔离变压器的高压侧之间还串联有起动接触器，并在隔离变压器的高压侧和起动接触器构成的串联支路上并联有一运行接触器；所述控制回路包括晶闸管组和控制单元，所述晶闸管组与所述隔离变压器的低压侧串联，晶闸管组触发极连接控制单元，控制单元的信号输入端通过一 PT从主回路中获取同步信号。
3.根据权利要求2所述的隔离式防爆型高压软起动控制器，其特征在于，所述的连接于晶闸管组触发极上的控制单元中包含带稳压器的供电电源，中央处理器，与中央处理器输出端连接的显示器、触发器和开关量输出器件，与中央处理器输入端连接的模数转换器和开关量输入器件。
4.根据权利要求3所述的隔离式防爆型高压软起动控制器，其特征在于，所述的开关量输入器件包含滤波电路和光电隔离器。
5.根据权利要求3所述的隔离式防爆型高压软起动控制器，其特征在于，所述的开关量输出器件包含三极管和继电器。
专利摘要本实用新型公开一种隔离式防爆型高压软起动控制器，包括主腔体和专用接线腔体，两者的腔壁采用加厚优质钢材，还设置有加强筋。主腔体内设置有进、出线通过主腔体侧壁上的隔爆型接线柱与专用接线腔体内线缆连接的高压软起动控制器，主腔体还设置有安装电气控制元件的隔爆门；专用接线腔体内线缆穿过其上设置的线缆接口与外界的高压电网和电动机相连接。本实用新型的主腔体、专用接线腔体在各线缆、装配结合面均设置有密封结构，因此相互之间及与外界环境之间均相互隔离；当任一腔体内部出现可燃性混合物发生爆炸时，因腔壁很厚不会造成损坏，且不会影响到另一腔体及外界，从而避免煤矿、石油、化工等高危场合发生相应的连锁爆炸，防爆效果好。
文档编号H02P1/28GK202190233SQ201120318548
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者刘良勇, 张菊标, 张驰, 杨磊, 顾林 申请人:江苏聚友电气有限公司