一种降压补偿软起动装置的制作方法

1.本实用新型涉及电机起动技术领域，具体涉及一种降压补偿软起动装置。


背景技术：

2.对于大功率的高压电机(例如10000～35000kw/10kv电机)，除了变频器，目前市场上常规的高压软起动产品，虽然可以降低电机的起动电流，但仍然存在起动过程中功率因数偏低的问题。电网的功率因数是一个重要指标，也关乎节能和电网的稳定性，尤其是大容量电机的起动，将给系统带来较大的影响。且通常软起动设备起动完毕后就脱离电网，起动过程中为电机提供无功补偿的大量的高压电容将闲置不用，就造成了一定的资源浪费。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种降压补偿软起动装置，其可调节功率因素，且在起动完成后将起动用的高压电容作为就地无功补偿用，提高了设备利用率，节约了成本。
4.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种降压补偿软起动装置，其输入端通过起动柜接入电网，其输出端通过出线柜连接待起动电机，所述待起动电机还通过运行柜接入电网，包括变压器、可调电阻、高压电容，所述变压器的一次侧连接所述起动柜的输出端，所述变压器的一次侧中性点通过中性点开关连接所述可调电阻后连接成星形；所述变压器的二次侧连接所述出线柜的输入端，所述变压器的二次侧还通过起动投切开关连接所述高压电容后连接成星形，所述高压电容的高压端还通过运行投切开关连接所述变压器的一次侧。
6.进一步，所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关与所述中性点开关、所述起动投切开关、所述运行投切开关均带有电动执行机构。
7.进一步，该装置还包括控制系统，所述控制系统分别与所述起动柜、所述中性点开关、所述出线柜、所述运行柜、所述起动投切开关、所述运行投切开关分别信号连接，用于控制所述起动柜、所述中性点开关、所述出线柜、所述运行柜、所述起动投切开关、所述运行投切开关的投切。
8.进一步，所述控制系统与所述可调电阻信号连接，用于调节所述可调电阻的阻值。
9.进一步，所述控制系统为plc。
10.进一步，该装置还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制系统通信连接。
11.本实用新型的有益效果是：在变压器中性点侧增加一个可变电阻装置，即提高了起动过程中的母线功率因数，减少电网压降；且在电机起动完成后，将起动用的高压电容通过运行投切开关的投切，使高压电容作为就地无功补偿用，提高了设备利用率，用户可不再重新购置必要的就地补偿设备，节约了成本。
附图说明
12.图1为现有的降压补偿软起动装置结构示意图；
13.图2为现有的降压补偿软起动等效电路图及其向量图；
14.图3为本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
15.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
16.如图1所示为现有技术的降压补偿软起动装置，其包括相互连接的变压器、中性点控制柜、高压电容器、电容控制柜，所述变压器的一次侧通过起动柜连接到电网，所述变压器的一次侧通过所述中性点控制柜连接成星形，所述变压器的二次侧通过出线柜连接待起动的电动机；所述高压电容器通过所述电容控制柜连接到所述变压器的二次侧；所述待起动的电动机还通过运行柜接入电网；
17.所述变压器用于降低接入所述电动机的电压以及升高流入所述电动机的电流；
18.所述中性点控制柜用于控制所述变压器的投切；
19.所述高压电容器用于为所述电动机起动过程中提供无功补偿；
20.所述电容控制柜用于控制所述高压电容器的投切；
21.所述起动柜用于控制该装置接入电网；
22.所述出线柜用于控制该装置连接所述电动机；
23.所述运行柜用于控制所述电动机接入电网。
24.所述电容控制柜、所述中性点控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关均带有电动执行机构。所述电容控制柜内连接所述高压电容器的所述电动开关为断路器。
25.所述电容控制柜上还设有plc与触摸屏，所述plc与所述中性点控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内的所述电动开关分别信号连接。所述触摸屏与所述plc通信连接，所述触摸屏提供人机交互。plc作为本装置的控制单元，将操作人员在触摸屏输入的控制指令转化为控制信号，其输出控制信号控制所述电容控制柜、所述中性点控制柜、所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内的各个电动开关的合闸及分断，实现对电机起动过程的控制。
26.上述的降压补偿软起动装置，适用于大中型高压鼠笼交流异步电动机，或异步起动的高压同步电动机，作电机降压起动之用。其广泛用于电压等级为6kv
‑
10kv，功率范围2000kw
‑
50000kw，甚至更大功率电机的降压软起动。该软起装置具有起动电流小且恒定，转矩逐步增加的软起动特性，起动时对电网影响小，受温度变化的影响小，无电磁干扰，是各种电抗器和电阻类降压起动的理想替代产品,相对于高压变频软起动器而言，具有明显的操作简单、免维护、无谐波污染等优势。
27.图2为上述的降压补偿软起动装置的一次系统的等效电路图和向量图。电机在起动过程中功率因数非常低，常常仅有cosφ＝0.1～0.2，这就使得电机在起动过程中将消耗电网大量的无功，因此电机直接起动时起动电流通常为电机额定电流的6～7倍。由图2的等效电路图可知，如果能在电机端提供适当的无功功率，电机起动中所消耗的起动电流i2就
明显减少了。为了进一步降低母线侧电流i1，我们将电动机及高压电容器并联回路经变压器接入电网，通过降低机端电压的方式可进一步减小母线电流i1，就形成了图1所示的电路结构。
28.上述的降压补偿软起动装置整个起动过程的描述如下：
29.(1)电容控制柜内plc检测电容控制柜、中性点控制柜、起动柜、出线柜、运行柜都已备妥，触摸屏显示“允许起动”；
30.(2)从机旁(或者中控)进行起动操作，起动指令送至电容控制柜内plc，plc自动合闸电容控制柜、中性点控制柜、出线柜，延时一秒合闸起动柜；起动柜合闸后，电机开始起动，触摸屏显示“正在起动”；
31.(3)当电机端电压达到高压电容电压保护设定值时，plc分断电容控制柜内1#断路器，切除第一回路的高压电容；
32.(4)当电机端电压达到第二回路高压电容电压保护设定值时，plc分断电容控制柜内2#断路器，切除第二回路的高压电容(对于不同容量的电机可能选取不同回路数的高压电容器)；
33.(5)当plc检测到电机电流降到电机额定电流以下(或同步机起动时由励磁柜检测然后下发“投全压信号”至plc)，plc分断中性点控制柜内中性点断路器；然后合闸运行柜，电机在额定电压下运行；整个切换全压的过程中电机不失电，避免了投全压时的二次电流冲击的问题；
34.(6)运行柜合闸后，plc随后分断起动柜、出线柜，降压补偿软起动装置与高压电网脱开，起动完成。
35.上述方案中，变压器的功能是：
36.(1)将10kv母线侧电压u1降压至u2后加在电机端，以减少电机的起动电流；
37.(2)将10kv母线侧电流i1放大至i2后加在电机端，以减少起动对母线侧电网电流的需求；
38.(3)在起动后期电机转切全压时不会失电，保证机端电压与母线电压相角一致，消除转切时的电网二次电流冲击，达到理想的投全压效果。
39.高压电容器的功能是：
40.提供电机起动时所需要的大量无功电流，进一步减少起动时电机对母线侧无功电流的需求。
41.电容控制柜的功能是：
42.(1)与高压电容器配合，适时提供和切除合理的无功量；
43.(2)自带plc与触摸屏，作为该装置的控制系统。
44.中性点控制柜的功能是：
45.(1)与变压器配合，提供适当的电机端电压；
46.(2)起动到后期时，消除投切全压时的操作过电压。
47.然而，对于大功率的高压电机(例如10000～35000kw/10kv电机)，除了变频器，目前市场上常规的高压软起动产品，虽然可以降低电机的起动电流，但仍然存在起动过程中功率因数偏低的问题。电网的功率因数是一个重要指标，也关乎节能和电网的稳定性，尤其是大容量电机的起动，将给系统带来较大的影响。
48.为此针对上述的一种“降压+补偿”起动方式的设备进行改造完善，以提高起动过程中的功率因数，达到稳定电网的效果，提出本实施例的技术方案。
49.本实施例的具体方案参考图3的电路结构示意图所示。
50.本实施例提供的一种降压补偿软起动装置，其输入端通过起动柜接入电网，其输出端通过出线柜连接待起动电机，所述待起动电机还通过运行柜接入电网。该降压补偿软起动装置包括变压器、可调电阻、高压电容，所述变压器的一次侧连接所述起动柜的输出端，通过起动柜接入电网。所述变压器的一次侧中性点通过中性点开关连接所述可调电阻后连接成星形，当中性点开关合闸时，变压器的一次侧与可调电阻连接，通过改变可调节电阻的阻值，可调节电机起动时的功率因数。所述变压器的二次侧连接所述出线柜的输入端，通过控制出线柜的投切可控制该软起动装置与待起动电机之间的通断。所述变压器的二次侧还通过起动投切开关连接所述高压电容后连接成星型，当电机起动过程中合闸起动投切开关，可将高压电容接入电路，此时高压电容为电机起动提供无功补偿。所述高压电容的高压端还通过运行投切开关连接所述变压器的一次侧，当电机起动完成后，可合闸运行投切开关并分闸起动投切开关，此时相当于将起动用的高压电容变为就地无功补偿用，提高设备利用率。
51.本实施例中，所述起动柜、所述出线柜、所述运行柜内均设有电动开关，所述电动开关与所述中性点开关、所述起动投切开关、所述运行投切开关均带有电动执行机构。当电动执行机构接收到合闸或分断的信号时，其实现各个开关的合闸或分断动作。
52.本实施例中，该装置还包括控制系统，所述控制系统分别与所述起动柜、所述中性点开关、所述出线柜、所述运行柜、所述起动投切开关、所述运行投切开关分别信号连接，用于控制所述起动柜、所述中性点开关、所述出线柜、所述运行柜、所述起动投切开关、所述运行投切开关的投切。
53.本实施例中，所述控制系统与所述可调电阻信号连接，用于调节所述可调电阻的阻值。
54.本实施例中，所述控制系统为plc。
55.本实施例中，该装置还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制系统通信连接。操作人员在触摸屏或者与本装置相连接的中控系统上输入控制指令时，plc将该控制指令转化为相应的控制信号输出，以实现对电机软起动的操作。
56.本实用新型的工作原理：
57.如图3所示，操作人员在触摸屏上操作，通过plc首先控制合闸起动柜、中性点开关、起动投切开关、出线柜，并分闸运行柜，通过变压器将10kv电网高压降低至起动电压(例如7.5kv)，在变压器的一次侧中性点侧串入一个可调电阻装置以调节电机起动时的功率因数；在变压器的二次侧并联一个高压电容器，以补偿起动过程中电机对无功的需求。起动到后期，电机转速升起来后，分级分闸起动投切开关以切除高压补偿电容器，再分断中性点开关，以进一步提高电机端电压。待电机转速接近额定转速时，合闸运行柜，电机全压运行，然后分断起动柜和出线柜。
58.以上是基于常规降压加补偿软起动设备中的改进，在变压器中性点侧增加一个可变电阻装置，即可提高起动过程中的功率因数。原理如下：在变压器中性点侧增加一个可变电阻装置，由变压器的t型等效电路可知，一次绕组的等效电阻r1要远远小于一次绕组等效
漏电抗x1的，在不考虑变压器二次侧和负载的影响下，如果在变压器的中性点增加一个可变的纯电阻装置，这样就相应增加了一次绕组的总阻抗(r1+r
可变
)在变压器等效电抗z1(即z1＝(r1+r
可变
)+jx1)中的占比值，变压器的接入功率因数提高了，相应的提高了起动过程中的母线功率因数，减少电网压降。
59.通常软起动设备起动完毕后就脱离电网，大量的高压电容将闲置不用，就造成了一定的资源浪费。因此再在高压电容与起动柜之间增加一个运行投切开关，修改plc程序逻辑，使控制系统在起动完毕后，仅分断出线柜，起动柜不分断。此时可以根据电网的功率因数，随时将运行投切开关合闸，将起动用的高压电容变为就地无功补偿用，提高设备利用率。用户可不再重新购置必要的就地补偿设备，节约了成本。
60.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。