TGQ-1晶閘管軟起動器和各類軟起動的比較

TGQ1型晶閘管軟起動器和各類軟起動的比較
一.軟起動的作用
大功率交流電機直接起動會產生一系列電氣和機械問題。
電氣方面有：
1. 起動時可達5-7倍的額定電流，造成電動機繞組因電流引起過溫，從而加速絕緣老化。
2. 造成供電網絡電壓波動大，當電壓≤0.85UN時，影響其他設備的正常使用。
機械方面有：
1. 過大的起動轉矩產生機械沖擊，對被帶動的設備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確度。如使聯軸器損壞、皮帶撕裂等。
2. 造成機械傳動部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命。
人們為了解決以上問題，不斷的尋求解決起動問題的方法，例如采用自耦變壓器降壓起動、串聯電抗器、液體電阻器、磁控電抗器等起動方式。晶閘管降壓軟起動是近年來出現的高科技產品，是計算機技術和電力技術相結合的產物，可以根據不同的應用情況設置初始轉矩、起動時間、停機時間、限流和各種保護值等。平滑的起動特性和免維護等使其具有傳統軟起動方法無法比擬的優越性。國內市場低壓380V軟起動主要是采用晶閘管降壓軟起動器，高壓軟起動主要采用傳統軟起動方法，近年來采用液體電阻軟起動器的比較多，也有部分采用進口公司如ABB、SIEMENS、摩托托尼、AB公司生產的晶閘管降壓軟起動器，但由于其價格昂貴，影響其大量推廣使用。
二、軟起動的分類
　　軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調節是分檔的；后者的調節是連續的。傳統的軟起動均是有級的，如星/角變換軟起動，自耦變壓器軟起動，電抗器軟起動等等。本文關心的是無級類的：液阻軟起動、磁控軟起動和晶閘管軟起動。
　　變頻調速裝置也是一種軟起動裝置，它是比較理想的一種，它可以在限流同時保持高的起動轉矩，價格貴是制約其推廣應用的主要因素。
　　在電動機定子回路，通過串入有限流作用的電力器件實現軟起動，叫做降壓或限流軟起動。它是軟起動中的一個重要類別。以限流器件劃分，可分為：以電解液限流的液阻軟起動，以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動，以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動。

三、軟起動過程描述參數與軟起動裝置優劣評分項目
　　為了能夠客觀地對軟起動過程以及裝置作出比較和評價，提出以下15條。不言而喻，所有的比較和評價只有在電網、電動機、負載相同的條件下才有意義。
　　1. 軟起動能否完成以及起動（完成）時間;
　　2. 軟起動過程中的電動機最大電流（ %）;
　　3. 軟起動過程中的最大電網電壓降（ %）;
　　4. 軟起動過程中電動機有否機電共振等異?，F象;
　　5. 軟起動過程中電流的高次諧波含量（ %）;
　　6. 軟起動裝置的價格（常以單位容量的人民幣表示）;
　　7. 軟起動裝置允許的連續起動次數;
　　8. 軟起動裝置占用的空間大小;
　　9. 軟起動裝置限流器件開度的易控性：調節是否平滑、快速;
　　10. 軟起動裝置對使用環境要求的裕度;
　　11. 軟起動裝置的起動重復性（相連兩次軟起動‘過程描述參數’的守恒性），
　　12. 軟起動裝置所提供的起動和停止方式的多樣性;
　　13. 軟起動裝置所具備的對于裝置本身以及電動機綜合保護功能的完備性（包括過流、過載、欠相、起動超時、接地等，包括故障提示和顯示、診斷、記憶等）;
　　14. 軟起動裝置在起動過程中的噪聲大小;
　　15. 軟起動裝置所需要的輔助電源功率的大小。
　　以上1至5條等屬于‘過程描述參數’，6至15條屬于‘裝置評分項目’。

四、液阻軟起動
　　液阻是一種由電解液形成的電阻，它導電的本質是離子導電。它的阻值正比于相對的二塊電極板的距離，反比于電解液的電導率，極板距離和電導率都便于控制。液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點（阻值可以無級控制和熱容量大），恰恰是軟起動所需要的。加上另一個十分重要的優勢即低成本使液阻軟起動得到廣泛的應用。
　　 液阻軟起動的缺點:
1、液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減小容積引起溫升加大。一次軟起動后電解液通常會有10°C～30°C的溫升，使軟起動的重復性差。
2、控制功能低下。起動時間、停止時間、初始電壓、限壓范圍等主要控制參數均不能方便地調節。移動極板需要有一套伺服機構，它的移動速度較慢，難以實現起動方式的多樣化。保護功能不全。無自檢、過載保護、電流不平衡、斷相等保護。
3、維護困難。須經常維護，須經常添加液體以保持液位。在高壓回路里加水作業有很大危險性。電極板長期浸泡于電解液中，表面會有一定的銹蝕，需要作表面處理 。
4、安全性差。這是該裝置最大的隱患，一但維護不及時，至液阻液位過低，起動時有引起裝置爆炸的危險，爆炸后引起高壓接地，給人員設備帶來災難性的后果。在起動時有噪聲及電動力致使振動,特別是在極板運行中易造成導電水飛濺，安全性差。在高壓起動回路中，用傳動電機及傳動機構控制極板運行，一旦控制失靈，后果比較嚴重。
5、對環境溫度要求高。液阻軟起動裝置不適合于置放在易結冰的現場。

五、熱變液阻軟起動
　　近年有所謂的熱變液阻軟起動裝置，通過液阻本身在軟起動過程中的溫升，借助電解液電導率與溫度的正相關性實現無極板伺服機構的軟起動。但是，其可行性大可質疑：它的限流器件不具備限流能力易控性，裝置對使用環境溫度要求高，軟起動重復性差。因為熱變電阻軟起動裝置具備‘原理’決定的、‘與生俱來’的幾個內在特點：
　　1. 電極無需動，因而減免了移動電極的伺服機構，減免了伺服機構可能帶來的不安全。但是，需要采取防范蒸汽散發的措施。
　　2. 無法進行實時控制，更談不上‘閉環控制’。
　　3. 根據一次軟起動的質量對裝置進行下次再調整的余地不大?？赡艿恼{整僅僅是：極間距離，電解質濃度，液面高度。但調整裕度相當有限。
　　4. 具有一切液態軟起動裝置的共性，如發熱量大、體積大，不能作到免維護。
　　5. 對環境尤其是溫度變化的耐受能力較差。難于保證不同環境溫度下軟起動性能的一致性。
　　6. 軟起動功能單一，使適用范圍受到一定的限制：不能實現軟停止，不能實現帶電流突跳的軟起動。
　　液阻軟起動裝置可以串在繞線電動機轉子回路實現重載軟起動，售價低廉，在軟起動過程中不產生高次諧波等等，則是它突出的優點。

六、磁控軟起動
　　磁控軟起動是從電抗器軟起動衍生出來的。用三相電抗器串在電動機定子實現降壓是兩者的共同點。磁飽和軟起動不同于電抗器軟起動的主要點是其電抗值可控。總體說來，起動開始時電抗器的電抗值較大，在軟起動過程中，通過反饋調節使電抗值逐漸減小，及至軟起動完成后被旁路。
　　 電抗值的變化是通過控制直流勵磁電流，改變鐵芯的飽和度實現的，所以叫做磁控軟起動。因為磁飽和電抗器的輸出功率比控制功率大幾十倍，它也可以稱為‘磁放大器’。由于它不具有零輸入對應零輸出的特點，所以，不建議采用‘磁放大器’這一詞。
　　 磁飽和電抗器有三對交流繞組（每相一對）和三相共有的一個直流勵磁繞組。在交流繞組里流過的是電動機定子電流，它必然會在直流勵磁繞組上感應出電勢。后者會影響勵磁回路的運行。不是用一個，而是用一對交流繞阻的主要原因就是為了抵消這種影響。
　　 顯然，電抗值的調節是靜止的、無接觸的、非機械式的。這就為微電子技術的介入打開了大門。所以，在工作原理上磁控軟起動與晶閘管軟起動是完全相同的。說磁飽和軟起動能夠實現軟停止，能夠具有晶閘管軟起動所具有的幾乎全部功能，其原因蓋出于此。
磁控軟起動的缺點，
1、目前國內僅僅處于低電壓等級、2MW的實驗階段；
2、起控電壓高，有較大的電流沖擊；
3、體積較大；
4、工作時的噪音較大；
5、有0.1秒量級的慣性，這使磁控軟起動的快速性比晶閘管軟起動慢一個數量級；
6、會引起高次諧波?！　?/P>

七、TGQ型晶閘管軟起動器
　　晶閘管軟起動產品問世不過30年左右的時間。它是當今電力電子器件長足進步的結果。10年前，電氣工程界就有人指出，閘管軟起動將引發軟起動行業的一場革命。
目前在低壓（380伏）范圍內，晶閘管軟起動產品價格已經下降到液阻軟起動的大約2倍。而其主要性能卻大優于液阻軟起動。
　　 過去晶閘管軟起動產品也有缺點，一是高壓產品的價格太高，是液阻的5～10倍，二是晶閘管引起的高次諧波較嚴重，三是對于繞線轉子異步機無所作為。在這幾個缺點中，價格高是制約其發展的主要因素。對于貧者，無力選用它；對于富者，何不直接選用高壓變頻裝置？這就是高壓晶閘管軟起動比較受冷落的原因。而且過去高壓晶閘管軟起動一直被國外壟斷。
針對以上問題，株洲時代集團公司（株洲電力機車研究所）綜合自己在高電壓大功率半導體制造、電力電子及其控制等方面多年的成功經驗以及引進、吸收國外著名公司高壓晶閘管閥成熟技術，成功開發出了TGQ型高壓軟起動器，產品已廣泛應用于油田、煤礦、鋼鐵等行業。該產品的研制成功，填補了國內在高壓閘管閥軟起動領域的空白。該產品的價格已能做到與液體電阻軟起動器、磁控電抗器軟起動器差距不大，尤其在3MW以上價格基本相同，具有較大的市場前景。
TGQ型晶閘管軟起動的以下優點是液阻軟起動難以望其項背的：
● 體積小、結構緊湊，可以節約大量基建投資；
● 免維護，安全可靠；
● 安裝使用簡單?？煽毓枋菬o觸點的電子器件，不同于其他類型的產品需經常維護液體和部件等，把機械壽命變為電子元件使用壽命，連續運行數年也無需停機維護，更無爆炸引起高壓接地等危險。；
● 備份特性。機內裝有可直接起動電機的真空接觸器，如果控制系統出現故障，可利用真空接觸器直接起動電機，以保證生產的連續性。
● 全智能控制，功能齊全，菜單豐富；
● 起動重復性好，保護周全；
TGQ型高壓軟起動器的系統電壓和電機功率范圍：
電源電壓：2kV～10kV 電機功率：150kW～25MW
TGQ型高壓軟起動器有以下特點：
l 采用株洲時代集團公司（株洲電力機車研究所）生產的、經過鐵路干線電力機車長期運行考核的高電壓、大功率晶閘管元件；
l 引進、吸收國外著名公司成熟技術制作的晶閘管閥作為主電路部件，具有技術先進、工作可靠、結構模塊化、便于維護等特征;
l 采用現代先進的數字信號處理和系統集成技術，顯著提高各項性能指標、可靠性及穩定性；
l 采用一系列防干擾措施，具有很強的電磁兼容性；
l 采用基于DSP和CPLD的液晶顯示控制器，具有良好的人機界面；
l 適用電壓及功率范圍廣。
TGQ型高壓軟起動器可為用戶帶來的好處：
l 電機起動時，電流從零平滑上升到設定值，平穩起動，無電流沖擊，減小了機械負載的沖擊轉矩，防止過壓和水錘效應，保證了設備的安全運用，可提高電機和相關機械設備的使用壽命；
l 顯著降低交流電機的起動電流，因而減小了電網電壓波動及對其它用電部門的影響；
l 能實現軟停車，可消除驟然停機對某些設備的沖擊與損壞；
l 降低了供電設備容量，能節約項目電氣設備的投資費用；
l 整套設備體積小、施工方便。同等功率下，體積僅為其他方式軟起動器的30%～60%，可為用戶節約大量基建投資。
該產品的國產化將阻止國外產品的壟斷地位，為企業提供價廉物美的產品，帶來國內6kV～10kV大功率軟起動領域的一場革命，必將為民族工業的發展作出貢獻。
如果您對該產品感興趣，請聯系：
株洲變流技術國家工程研究中心 周恒生 錢 昕
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