一种协同控制多台大电机的装置的制作方法

本发明申请属于电机控制领域，涉及一种大电机的控制装置，具体为一种协同控制多台大电机的装置。

背景技术：

1、在工业自动化研究中，多电机协同控制应用于印刷设备、造纸设备、精密加工机床等制造与生产工程自动化控制系统中。同时，在大功率电机应用中一直以来协同控制的研究及应用主要集中在直流电机系统中。目前，针对大功率电机的启动控制模式主要有降压、变频等启动方式。降压类设备主要有水电阻、开关变压器、自耦变压器等，这类启动设备启动电流一般为额定电流的3-4倍，因此该项目并不适用这种技术。变频器可实现启动电流最小，一般为额定电流的0.5-1倍，对电网和设备的冲击较小，但是由于当前功率器件耐压能力限制，高压变频器都是采用多功率单元串联方式，由于器件繁多故障率相对较高，后期维护成本高，使用寿命短，尤其是成本太高。

2、对于大型电机的应用多属于整个系统中最重要环节之一，因此对其可靠性要求非常的高，按照系统安全需求一般采用一用一备的控制模式，虽然能够解决可靠性的问题，但是前期投资以及后续维护成本会大大增加。本发明的目的在于克服上述控制方式弊端，同时提高系统安全性能，降低项目投资和后期运行成本，采用两种不同控制方式在多台大电机之间切换，使每一种控制方式可任意控制系统中的每一台电机，将启动完成后的电机切换到电网运行，任一台电机可选择采用任意一种方式，启动方式对电网冲击降到最低，降低前期投资和运行成本，最大程度的减少系统备用容量。

技术实现思路

1、本发明公开了一种协同控制多台大电机的装置，主要由系统i母线1、系统ii母线2、自耦变压器8，无功补偿7、高压变频9和启动母线15组成，自耦变压器8的输入端分别经1#降压输入断路器3连接系统i母线1，经2#降压输入断路器4连接系统ii母线2，自耦变压器8的输出端经软启输出断路器10连接启动母线15；高压变频9的输入端经1#变频输入断路器5连接系统i母线1，经2#变频输入断路器6连接系统ii母线2，输出端经变频输出断路器11连接启动母线15；启动母线15经1#启动断路器13连接1#电机12；1#电机还经1#运行断路器14连接系统母线；所述无功补偿7分为两组及以上电容器组组成，每组电容器组分别经非同期开关17连接自耦变压器8的输出端；自耦变压器8，其尾端抽头连接有载调压器16。

2、所述非同期开关17由高精度电压比较器、控制板和非同期电磁开关组成，所述高精度电压比较器经电压采样器连接启动母线15，高精度电压比较器的输出信号连接控制板，控制板通过控制线连接非同期电磁开关，所述非同期电磁开关的三相触点闭合时间根据a、b、c三相切换的时序有三种情况：(1)当0＜φa＜π/3或π＜φa＜4π/3时，切换的时序是c相、b相、a相，且b相切换时刻滞后c相1/6周期，a相切换时刻滞后c相1/3 周期；(2) 当π/3＜φa＜2π/3或4π/3＜φa＜5π/3时，切换的时序是b相、a相、c相，且a 相切换时刻滞后b相1/6周期，c相切换时刻滞后b相1/3 周期；(3) 当2π/3＜φa＜π或5π/3＜φa ＜2π时，切换的时序是a相、c相、b相，且c相切换时刻滞后a相1/6周期，b相切换时刻滞后a相1/3周期。不管是上述三种情况中哪一种情况，从开始切换，到三相都切换完毕，所需时间最短为1/3周期，最长为1/2周期。非同期开关17组装完成后以及更换器件后，先进行不低于一次的分合闸动作时间实验，控制板记录非同期电磁开关动作时间，并将从电压采样到非同期电磁开关动作完成时间固定在控制板存储器内作为固有动作时间；当控制板接收到系统发出的分（合）控制信号后通过电压比较器捕获过零信号，捕获到过零信号后进行延时后向非同期电磁开关发出分（合）指令，其延时时间加上固有动作时间等于10ms的倍数；所述非同期电磁开关后动作触点与电压采样器采样点为同相。

技术特征：

1.一种协同控制多台大电机的装置，由系统i母线（1）、系统ii母线（2）、自耦变压器（8），无功补偿（7）、高压变频（9）和启动母线（15）组成，其特征在于：所述自耦变压器（8）的输入端分别经1#降压输入断路器（3）连接系统i母线（1），经2#降压输入断路器（4）连接系统ii母线（2），自耦变压器（8）的输出端经软启输出断路器（10）连接启动母线（15）；高压变频（9）的输入端经1#变频输入断路器（5）连接系统i母线（1），经2#变频输入断路器（6）连接系统ii母线（2），输出端经变频输出断路器（11）连接启动母线（15）；启动母线（15）经1#启动断路器（13）连接1#电机（12）；1#电机还经1#运行断路器（14）连接系统i母线（1）；启动母线（15）还经n#启动断路器连接n#电机；n#电机还经n#运行断路器连接相应系统母线；所述无功补偿（7）分为两组及以上电容器组组成，每组电容器组分别经非同期开关（17）连接自耦变压器（8）的输出端；自耦变压器（8），其尾端抽头连接有载调压器（16）；

2.根据权利要求1所述，一种协同控制多台大电机的装置，其特征在于：所述非同期开关（17）由电压比较器、控制板和非同期电磁开关组成，所述电压比较器经电压采样器连接启动母线（15），电压比较器的输出信号连接控制板，控制板通过控制线连接非同期电磁开关，所述非同期电磁开关的三相触点闭合时间根据a、b、c三相切换的时序有三种情况：i、当0＜φa＜π/3或π＜φa＜4π/3时，切换的时序是 c相、b相、a相，且b相切换时刻滞后c相1/6周期，a相切换时刻滞后c相1/3 周期；ii、当π/3＜φa＜2π/3或4π/3＜φa＜5π/3时，切换的时序是b相、a相、c相，且a 相切换时刻滞后b相1/6周期，c相切换时刻滞后b相1/3 周期；iii、当2π/3＜φa＜π或5π/3＜φa ＜2π时，切换的时序是a相、c相、b相，且c相切换时刻滞后a相1/6周期，b相切换时刻滞后a相1/3周期；所述非同期电磁开关后动作触点与电压采样器采样点为同相。

3.根据权利要求1所述，一种协同控制多台大电机的装置，其特征在于：采用高压变频（9）启动1#电机（12）时，1#降压输入断路器（3）、2#降压输入断路器（4）、软启输出断路器（10）、1#运行断路器（14）、2#变频输入断路器（6）以及2#~n#启动断路器处于分闸状态，合1#变频输入断路器（5）、变频断输出路器（11）及1#启动断路器（13），高压变频（9）接收到运行信号后输出端从低频逐渐升高频率，1#电机（12）随之加速，当被启动电机达到额定转速后，检测、比较电网端频率与电机端频率、以及电网端的电压相位与电机端的电压相位，根据比较结果，调整变频器输出频率、电压相位，使电机端电压和电网端电压相位差小于0.3°时合1#运行断路器（14），然后高压变频（9）退出运行，分变频输入断路器（5）、变频断输出路器（11）及1#启动断路器（13），完成1#电机（12）的本次启动。

4.采用降压启动1#电机（12）时，1#变频输入断路器（5）、2#变频输入断路器（6）、变频断输出路器（11）、1#运行断路器（14）、2#降压输入断路器（4）、无功补偿（7）的各组非同期开关（17）以及2#~n#启动断路器处于分闸状态，将有载调压器（16）调整到低档，闭合1#降压输入断路器（3）、软启输出断路器（10）及1#启动断路器（13）；依据启动负荷所需无功功率情况闭合无功补偿（7）各组非同期开关（17）投入相应容量的电容器组；根据启动负荷有功电流下降情况逐渐提升有载调压器（16）档位，随着转矩的提升依据电机无功负荷情况通过逐步分级断开非同期开关（17）退出相应容量的电容器组；当被启动电机启动电流达到额定电流以下时，检测、比较电网端的电压与电机端的电压，当电压差在10%的范围内时依次合1#运行断路器（14）、退出无功补偿（7）后断开1#启动断路器（13）、1#降压输入断路器（3）、软启输出断路器（10），将有载调压器（16）调回到低档，完成本次电机启动。

5.根据权利要求1所述，一种协同控制多台大电机的装置，其特征在于：当运行中的1#电机（12）需要降低转速运行时，首先确认1#启动断路器（13）~n#启动断路器、软启输出断路器（10）、1#降压输入断路器（3）、2#降压输入断路器（4）、2#变频输入断路器（6）处于分闸状态，合1#变频输入断路器（5）、变频断输出路器（11），将高压变频（9）输出频率提升到工频，检测、比较高压变频（9）输出频率与电网端频率、电压、相位角，根据比较结果，调整高压变频（9）输出频率、电压、相位，使高压变频（9）输出的频率电压和电网端电压的相位差小于0.3°时合1#启动断路器（13），分1#运行断路器（14），然后降低高压变频（9）的输出频率，使1#电机达到所需转速。

技术总结
本发明公开了一种协同控制多台大电机的装置，主要由系统I母线、系统II母线、自耦变压器，无功补偿、高压变频和启动母线组成，采用两种不同控制方式融合多台大型电机智能协同控制在多台大电机之间切换，使每一种控制方式可任意控制系统中的每一台电机，将启动完成后的电机切换到电网运行，任一台电机可选择采用任意一种方式。

技术研发人员：许伯彰,王万彬,王建平,白富来,朱于光
受保护的技术使用者：山东九羊集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21