高压磁控式软起动器技术与应用

高压磁控式软起动器技术与应用

陈吉林

天津二十冶有限公司电装分公司调试中心（300350）

【摘要】高压磁控式绕组电机软启动器又简称磁控软启动器用磁控限幅调压原理取代液阻和晶闸管的斩波调压方案，有效抑制电压波形畸变和高次谐波对电网的污染，从而简化了机组的结构，减少了调试的时间和难度，同时也大大的节省了维护成本，该新技术近些年来得到了广泛的应用，本文将根据在天津轧三高炉工程BPRT机组中的实际应用对该新形式启动器的原理、结构和应用调试进行介绍。

关键词：磁控软起、电抗、磁饱和、调试

正文

1. 高压磁控软起的优越性

目前常用的几种软起动装置有变频（即晶闸管）软起动、液阻软起动和磁控软起和磁控软起动。变频（即晶闸管）软起动变频调速软起动可以在限制交流电流的同时，实现大起动转矩的软起动，但是因为变频调速装置的售价太昂贵，控制复杂，调试需专门人员方能胜任，而且变频调速装置从来都是着眼于调速，对于单一的软起动用途来说有点大马拉小车，性价比不高。液阻软起动装置体积太大，占地面积大，电解液夏天高温容易挥发（例如在广东汕头国鑫钢厂调试期间就因天气炎热水分蒸发严重导致运行一段时间后重新配置过电阻液）、冬天温度低可能结冰等问题，因此维护起来麻烦但是售价便宜。而近些年出现的磁控软起能较好的解决上述问题，占地面积小，控制简单，调试和操作方便，在软起动过程中，限流器件无明显发热，饱和电抗产生的谐波比晶闸管小，特别是当起动对象为大容量相当电动机时，不存在SCR串联引起的静态、动态均压问题，性价比较高，因此得到了很好的应用。

2.高压磁控软起的结构

2.1磁控软起的组成：三相饱和电抗器，断路器，直流励磁微控制系统（包括三相可控硅桥式整流装置、直流励磁微控制器、励磁用三相整流变压器、电流互感器等），其核心部件是三相磁饱和电抗器和直流励磁微控制器。但是在实际的应用中有两种实现形式，其结构如图一和图二。

其中图一常应用于小容量高压电机，利用真空接触器切除串接于电机主回路的可调电抗器；图二常应用于大容量的高压电机（本项目工程采用的是图二方式），采用封星点的方式切除主回路中的可调电抗器，同时对于大容量的电机，这种方式也方便在电机中性点侧串接电流互感器以实现差动保护。

2.2三相磁饱和电抗器与固定铁芯电抗不同，磁饱和电抗器除了具有串在三相电动机定子进线侧的交流绕组（工作绕组）以外，还有控制铁芯饱和程度的直流绕组（励磁绕组或控制绕组），为了抵消交流绕组对于直流绕组的反作用，减少交流绕组电流在直流绕组上的感应电势，每相采用了2个交流绕组，它们在直流绕组上的感应电势却是反极性的。因为磁饱和电抗器在软起动过程结束后即脱电运行，因此其冷却方式为空气自然冷却。

2.3直流励磁微控制器---整个软起动装置的核心部件

目前先进的直流励磁微控制器采用的是高速微控制器，如单片机、ARM、DSP和PLC等等，通过采集电流信号使电机起动过程由过去电流开环控制转为电流闭环控制，由过去的单一起动方式实现了电流恒定起动、电压斜坡线性增大起动、按预定的起动曲线起动的多种起动方式。在性能上更接近晶闸管软起动，但在成本上技术可靠性上优于后者。且微控制器装置具有良好的人工界面，可实时显示起动电流，电机速度，且每次起动的电流和速度时间曲线可存于控制装置中，可在起动前设定起动参数或起动曲线，并且有起动超时或三相电流不平衡自动跳闸和报警功能，起动结束后也可做为电机的一个监测保护装备，随时显示监测电机的电流和速度。天津轧三高炉BPRT工程直流励磁微控制器使用的是陕西英强公司生产的YQR3系列装置，其特点是采用ARM系统控制单元，计算速度快，控制精度高，保护齐全可靠，操作界面友好方便。

3.高压磁控软起的原理

由以上软起动装置的结构我们可以很清晰看出，在电机的主回路上串联一三相磁饱和电抗器，通过调节电抗器的阻抗值大小来改变电机的电压，从而改变电机电流以实现软起动。而三相磁饱和电抗器的工作原理是利用铁磁材料的交流有效磁导率随直流磁场大小变化的特性借以改变交流绕组的电抗，即通过调节铁心直流磁通的大小，改变铁心磁通密度及其饱和度来改变电抗器的感抗XL，交流绕组的电感 L 与铁芯的导磁率μ成正比。

如下图三和图四

图三磁路示意图图四输出负载端电压变化特性曲线

通过直流励磁微控制器触发三相可控硅桥式整流电路向直流绕组提供直流电源，从而改变铁心的直流磁场。从图三中可以看出左侧的直流绕组和右侧的交流绕组共同绕制在同一个铁心上，构成一个最简单的磁放大器。当直流绕组输入电流为0时交流绕组的电抗值为最大，随着直流电流的增加，交流绕组的电抗值就由最大想最小便变化，这是施加在负载端RL的电

压则由低向高过度，如图4所示。这就是磁控式软起的基本原理

4.磁控软起装置的调试应用

4.1主回路调试

根据设计的原理图，该工程使用的是图二方式，因此必须按照常规的10KV高压进行试验，包括封星点的真空断路器、PT、CT和避雷器等交接试验，对于大容量的电机由于存在电机绕组的差动保护，因此CT试验尤为重要，其极性、变比和保护等级应和运行断路器侧的CT一致。

电抗器的试验包括直流电阻测试，其结果与出厂要求不应有明显差别，绝缘电阻和工频交流耐压试验应符合要求。直流励磁绕组直流电阻测试应符合出厂要求。

工频交流系统耐压应按10KV电压等级进行，且无明显闪络。

4.2励磁回路调试

由于该装置采用的是基于先进的ARM控制器，通过触发三相可控硅桥式整流电路，因此可以在空载状态下测试可控硅是否触发良好，输出直流电压波形是否符合要求；以免在起车时整流失败。

4.3系统联调

根据原理图设计，测试所有的信号是否采集正确。包括一些工艺的起车允许信号，各种装置的准备信号等进行合闸，并且模拟各种故障信号进行联跳试验，检验保护的正确性，以达到设计要求。

4.4空载试车

现场的空载试车将检验设备是否具备设计要求和性能。根据电机的额定情况设置微控制器参数，一般包括额定电流、过流、低压和相电流不平衡等保护定值，然后根据现场的负载工艺情况设置启动倍数等等。

总结该技术通过在天津轧三高炉工程BPRT机组的成功应用，印证了磁控软起装置的优越性能，电抗动态可调实现无级调压，阻抗大，启动平稳，耗能低，启动波型号，启动时间短等特点，是值得推广的绿色启动方式

【参考文献】

1.曹芳张明礼 . 磁控式软启动器技术之探讨【J】.机电信息

2.YQR3型高压磁控软启动装置用户使用手册陕西英强电气自动控制技术有限公司

3.GB 50150-2006 电气装置安装工程电气设备交接试验标准