簡述CMV晶閘管高壓固態(tài)軟起動裝置的應用

任建國

（新疆亞克斯資源開發(fā)股份公司 哈密 839000）

隨著電力拖動技術的進步，工業(yè)生產(chǎn)裝備中大型電動機的應用愈來愈普遍，由于大型電動機在系統(tǒng)中容量相對比例太大，且普通感應式電動機在全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍，全壓起動將使所在電網(wǎng)系統(tǒng)壓降非常大，這會破壞同網(wǎng)其它設備的正常運行，嚴重時甚至會引起電網(wǎng)失去穩(wěn)定，產(chǎn)生系統(tǒng)故障跳閘。如果直接起動，也會產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩，從而對電動機及整個機械裝置造成有害的沖擊。因此，必須采取有效措施，降低起動電壓和電流。傳統(tǒng)的電抗器和自耦變壓器起動方式是一種固定式降壓方式，但不能很好與設備的負載曲線匹配，所以達不到很好的限流效果，也不能根據(jù)負載狀況方便的調(diào)整起動參數(shù),保證系統(tǒng)穩(wěn)定起動。

CMV系列高壓固態(tài)軟起動裝置具備優(yōu)異的控制性能。該裝置是基于第三代數(shù)字微處理器控制技術和現(xiàn)代電力電子控制技術設計的新型電氣高科技設備，是為高壓大型電動機軟起動提供的專用設備，可為電動機提供最佳的降壓限流式軟起動方式。是先進的、基于微處理控制的、通過光纖連接的中高壓軟起動器，主要用于異步和同步電機的啟停。該裝置為適用不同的負載條件，達到更好的起動效果，設計了多種控制功能,實現(xiàn)以起動電動機所需的最小電流來平穩(wěn)加速起動，有效的降低起動時電網(wǎng)壓降，克服起動時的電流沖擊和機械沖擊；需要軟停時，能向電動機提供平緩漸減的可控電壓，使系統(tǒng)平穩(wěn)停車。

1 高壓固態(tài)軟起動裝置的技術特點和配置

⑴可靠性高。半導體器件經(jīng)嚴格篩選老化后投入生產(chǎn)。檢測手段完善：靜態(tài)自檢、運行中動態(tài)檢測。采用先進的晶閘管串并聯(lián)和動靜態(tài)均壓技術，控制簡單、調(diào)節(jié)方便、整機應用靈活、運行可靠。

⑵免維護。可控硅是無觸點的電子器件，不同于其他類型的產(chǎn)品需經(jīng)常維護液體和部件等，把機械壽命變?yōu)殡娮釉褂脡勖B續(xù)運行數(shù)年也無需停機維護。

⑶安裝使用簡單 CMV是一個完整的電機起動控制和保護系統(tǒng)。在加高壓運行前，允許使用低壓對整個系統(tǒng)進行電氣測試。

⑷采用高壓功率晶閘管，組件式結(jié)構(gòu)、模塊化設計，便于安裝維護。

⑸具有多重過電壓吸收、保護技術。

⑹內(nèi)置有直接起動容量的真空接觸器，在檢修過程中或出現(xiàn)故障時，電動機可以采用直接起動方式工作，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

⑺采用國外著名高抗干擾性的數(shù)字式觸發(fā)器與光纖隔離技術，使得裝置的高、低壓做到可靠的隔離。

⑻采用中文液晶顯示系統(tǒng)，操作界面人性化。

⑼RS-485通訊接口，標準MODBUS協(xié)議。可與上位機或集中控制中心進行通信。

⑽所有電路板均經(jīng)過嚴格的老化實驗，并進行三防處理,主板及所有控制板CPU全部選用原裝進口產(chǎn)品。

⑾采用32位ARM核微控制器執(zhí)行中心控制，控制實時高效、顯示直觀、可靠性高、穩(wěn)定性好。

⑿電壓取樣采用電磁式電壓互感器，取樣線性好，抗干擾性強，無零漂。

⒀強弱電間隔離完善，系統(tǒng)強弱電間采用光纖隔離，避免了強弱電間的相互干擾，增強了系統(tǒng)工作的可靠性。

⒁功能齊全。可選的多種停車方式：自由停車、軟停車、制動剎車、軟停+制動剎車。軟停車功能有效避免了因緊急停車而造成的水錘效應；任意可選的多種軟起動功能，包括限流軟起動、電壓線性曲線起動、電壓指數(shù)曲線起動、電流線性曲線起動，電流指數(shù)曲線起動、帶突跳功能的軟起動等；完善的保護功能：包括缺相、運行中過流、相電流不平衡、過載、欠載、起動超時、過壓、欠壓、相序、晶閘管過溫、零序等保護，具有開機自檢程序；在人機界面上給出詳細的故障信息，利于操作人員維護處理；旁路功能：在電動機起動完成后，將切換到旁路狀態(tài)，無擾切到工頻運行，降低了整機的功耗，保證系統(tǒng)可靠運行。

⒂可在線監(jiān)測電機的運行參數(shù) 在線監(jiān)測電機額定電流、平均電流、三相電流、輸出電壓、模擬輸出值、起動倒計時時間、剎車倒計時時間；可通過標準的Modbus協(xié)議進行軟起動裝置遠程控制及對設備運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測。

2 高壓固態(tài)軟起動裝置的工作原理及結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理

通過控制可控硅的導通角以實現(xiàn)對交流三相電源進行斬波，控制輸出電壓的幅值。電機起動過程中，該裝置按照設定的起動曲線增加電機的端電壓使電機平滑加速。電機達到正常轉(zhuǎn)速后，旁路接觸器接通。起動完畢后，軟起動裝置繼續(xù)監(jiān)控電機并提供故障保護。在軟停車階段，裝置平滑地降低電機的端電壓直到電機停機。系統(tǒng)工作原理見圖1。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2.2 晶閘管的選型

晶閘管是電機軟起動裝置中的最關鍵功率器件，整機裝置是否工作可靠與正確選擇晶閘管額定電流、額定電壓等有很大的關系。對于6 kV、10 kV的高壓電機，由于電壓高，所以需要將晶閘管反并聯(lián)后再串起來。6 kV每相需要6只晶閘管(2只反并聯(lián)后3組串聯(lián))，10 kV每相需要10只晶閘管(2只反并聯(lián)后5組串聯(lián))。

晶閘管軟起動裝置中，采用2個獨立晶閘管器件反并聯(lián)組成的交流相控調(diào)壓，正負半周各對應1個晶閘管工作，因此對2個反并聯(lián)器件參數(shù)的一致性要求較高。盡量讓正、負半波對稱，否則會有直流成分電流流過電機。由于電機繞組為電感性，因此高的直流分量會使得電機定子發(fā)熱嚴重，甚至會燒毀電機繞組，從而使電機報廢。

2.3 高壓固態(tài)軟起動裝置主要組成

軟起動裝置可劃分為功率回路、觸發(fā)系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng)、人機界面4個部分。

2.3.1 功率回路

主要由進線接觸器、高壓可控硅串、并聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，其中高壓可控硅串、并聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以RC吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。

2.3.2 觸發(fā)系統(tǒng)

晶閘管觸發(fā)電路是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關鍵部分，CMV系列觸發(fā)系統(tǒng)具有以下幾個獨特的優(yōu)點：

⑴采用中高壓側(cè)觸發(fā)能量耦合獲取單元技術，很好地解決了多管串聯(lián)的同步導通及多個串聯(lián)晶閘管之間及其與控制低壓側(cè)之間的隔離強度。

⑵晶閘管是一種電流控制型的雙極型半導體器件，它的門極驅(qū)動單元類似于一個電流源，能向晶閘管的門極提供一個特別陡直的尖峰電流脈沖，以保證在任何時刻均能可靠觸發(fā)晶閘管。CMV系列觸發(fā)波形見圖2。

圖2 CMV系列觸發(fā)波形圖

⑶根據(jù)輸出電流和電壓反饋的閉環(huán)觸發(fā)控制方式，使得電機起動平滑、保護完善。

⑷觸發(fā)電路采用光纖進行觸發(fā)信號的傳輸、使得高低壓做到可靠隔離。

2.3.3 人機界面

人機界面由液晶顯示器和鍵盤組成，采用中文液晶顯示系統(tǒng)，操作界面人性化，用以實現(xiàn)用戶的參數(shù)設置、選擇起動方式、顯示設備的運行狀態(tài)等，為用戶提供簡單易用的人機界面。可選的觸摸屏顯示界面，使得操作更加靈活、便捷。

2.4 高壓固態(tài)軟起動裝置預留系統(tǒng)信號接點

2.4.1 輸出信號接點

運行狀態(tài)信號：常開觸點;

停止狀態(tài)信號：常閉觸點;

故障狀態(tài)信號：常開觸點,4～20 mA模擬輸出信號。

2.4.2 外部輸入信號接點

遠程起動信號輸入：無源常開接點；遠程停機信號輸入：無源常閉接點。

DCS起動信號輸入：無源常開接點；DCS停機信號輸入：無源常閉接點。

開關柜就緒信號輸入：無源常開接點。

油站油壓信號、油溫信號、電機軸承溫度信號等。

2.5 高壓固態(tài)軟起動裝置的操作/控制方式

⑴輸入方式：菜單化，中文液晶人機界面顯示；

⑵設有本地、遠程（外部干接點）、DCS、通迅（485接口、Modbus）控制功能。

3 結(jié)束語

高壓大功率軟起動裝置可廣泛應用于石油化工、電力工業(yè)、冶金鋼鐵、城市建設和礦山等行業(yè)的各種鍋爐鼓風機、引風機、油泵、特種泵、水泵、軋機、卷揚機、球磨機、運輸機械類設備等領域的高壓大功率交流電動機的起動和停車運行。該裝置在電動機起動時，利用先進的可控硅移相調(diào)壓技術，閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出到電機的電壓和電流從而減小電機起動過程中由于過電流引起的電網(wǎng)波動和機械沖擊，使電機平穩(wěn)起動。目前該裝置已廣泛應用于國內(nèi)外各行業(yè)并得到了用戶的普遍認可。