新型磁饱和电抗器软启动器的应用

内　蒙３２　古　电力技术　２００４年第２２卷第１期　ＩＮＮＥＲ　ＭＯＮＧＯＨＡ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　新型磁饱和电抗器软启动器的应用　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｆｔ　Ｔｒｉｇｇｅｒ　ｏｆ　Ｎｅｗ－ｔｙｐｅｄ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ　Ｒｅａｃｔｏｒ　陈洁，黄林忠　０１４０１０）　（内蒙古包头第一热电厂，内蒙古　包头［摘要］包头第一热电厂结合实际情况，采用高　压笼型电动机专用新型磁饱和电抗器软启动器，大　幅度降低了起动电流，使电机定、转子的起动温升下　降到标准范围内，从而保护了电机，延长了电机的使　用寿命。　３５５．９℃；自启动后转子笼条的温度为４５５．９℃。　分析以上的计算结果，电动机冷状态连续启动　２次和热状态启动１次，转子笼条的温度均超过了　设计允许值３４０℃。对参与自启动的电动机，如吸、　送、排粉风机，在自启动过程中由于厂用电的降低使　启动时间延长，转子笼条的温度同样超过了设计允　许值。因此，频繁启动导致转子笼条超温是排粉风机　【关键词】排粉机；转子断条；磁饱和电抗器软　启动器　［中图分类号］ＴＭ４７　［文献标识码］Ｂ　投产后经常发生故障的主要原因。　１．２长期超负荷受力使笼条端部疲劳　【文章编号］ｌｏｏ８—６２ｌ８（２００４）０１－００３２—０２　转子笼条在运行中始终处于受力状态，特别是　在启动过程中受力较大，主要由以下几点原因引起：　１．２．１　热应力　１事故原因分析　１．１　频繁启动使转子铜条过热　１．１．１　电动机在整个启动过程中的热损耗　电动机启动时的发热量与飞轮转矩成正比，也　电机在启动过程中，超过正常额定电流的５￣８　倍的启动电流使铜条和端环发热，产生热膨胀，同时　集肤效应使电流在笼条中分布极不均匀，导致上下　笼热膨胀不均匀而发生弯曲变形。在铜条伸出铁心　和到端环处产生热弯曲应力，其大小主要取决于上　下层的温差与笼条的结构，并与笼条伸出铁心的长　度有关。　·　１．２．２启动中的切向作用力　就是说，所带的机械力矩越大，转子的发热就越严　重。整个启动过程中，由于热量的积累使转子的温度　升高，因而其热膨胀也就增大。　１．１．２电动机启动时造成转子笼条过热　７号炉排粉机电机及风机的有关技术数据为：电　在电动机启动过程中，由于短路环和铜条末端　动机型号ＪＳＱ１４１０—４，额定功率６８０　ｋＷ，额定转速　ｌ　４７５　ｒ／ｍｉｎ，启动力矩标么值１．１３，最大力矩标么值　的加速，引起切向作用加速力，致使笼条末端弯曲，　接触点Ａ和Ｂ处的应力变化最大，温升也高，是最　容易断裂和开焊的部位，如图１所示。　Ａ　２．１９，电动机飞轮转矩２５９　ｋｇ·ＩＴＩ，负载风机的功率　６０４　ｋＷ，电机所带机械转矩９４０　ｋｇ·ｎｌ，机组的时间　常数９．９８，机组的启动时间９．８２　ｓ。　根据电机启动参数查电机温升曲线，得电动机　启动后的转子温升为２６７．８℃。　上笼条　电机在冷态下启动２次时，转子导体的温度为　４９５．２℃（一般取４Ｏ℃）；电机在热状态下启动１次，　转子导体的温度为３６７．８℃（一般取１００℃）；若电机　在热状态下自启动１次（考虑到厂用电降到７５％），　则自启动的时间为２３．２　ｓ，此时转子导体的温升为　［收稿日期】２００３－１２－２６　［作者简介】陈洁（１９７２一），女，河北省人，毕业于内蒙古工业大学，学士学位，工程师，从事发电厂电气设备管理工作。　图１　Ａ、Ｂ点位置图　下笼条　２００４年第２２卷第１期　内蒙古电力技术　电动机在启动时，笼条及端环的重量越大，转速　越高，笼条伸出铁心的部分越长，笼条及端环受到切　向作用加速力就越大。特别值得注意的是：铜在温度　升高时，强度显著减小。因此，高速、大容量电动机，　特别是铜条伸出铁心部分较长容易发生笼条断裂。　１．２．３启动中的径向电磁力　电动机在启动过程中，其电抗表现为转子的漏　抗，如图２所示。当启动电流流入时，漏抗的方向向　右，作用于笼条的电磁力指向槽底，如图２ａ所示；反　之，若启动电流流出时，漏抗的方向向左，作用于笼　条的电磁力仍然指向槽底，如图２ｂ所示。因作用力　与转子电流的平方成正比，故数值较大，是一个具有　零点的近似正弦波的脉振力，这是造成铜条产生弯　曲、疲劳、断裂的主要原因。该作用力随启动的结束　而趋于平稳。　　ｌ漏抗　ＩＩ　Ｉ　１　漏抗　ＩＩ　ｌ　Ｉ　ａ　ｂ　图２启动过程中的漏抗　１．２．４导体及端环的离心力　笼条在启动过程中，离心力随转速的增高而增　大。如果笼条与铁心紧固，则离心力全部传给铁心，　只有伸出铁心部位才承受离心力。如果笼条在槽内　悬空，笼条承受的离心力比较大。此离心力在电机启　动时达到最大值，此时转子铜条及焊口由于启动电　流的热传递而处于高温状态，使其强度降低，所以容　易破坏铜条的伸出端，使其断裂及焊口开裂。　特别值得提出的是：铜条断裂后仍受离心力的　作用，使断裂后的铜条在离心力的作用下向外甩出，　此时极易刮坏定子线圈，造成定子线圈的损坏。　１．３结构及制造工艺方面的问题　高压电动机的转子结构及制造工艺处理不当也　会引起断条，主要原因有：　１．３．１　焊接质量的影响：转子笼条在与端环焊接时，　般采用银焊或磷铜焊接，在焊接时温度高达７００￣　８００℃。由于高温改变了铜的晶体结构，如冷轧铜条　在焊接时受热退火，使机械强度降低，运行时容易造　成脆断。　１．３．２铜条在铁心中松动－笼型铜条如果与铁心配　合过松，致使受力后振动，造成金属疲劳，引起铜条　断裂。　１．３．３铜条伸出铁心部分过长。　１．３．４端环的锻造工艺不良－在启动时，端环受热位　移的影响，在启动后又受离心力的作用，若端环的锻　造质量不佳，特别是在接缝焊接处，容易受热胀开。　２解决方案　采用高压笼型电动机专用新型磁饱和电抗器软　启动器。　２．１新型磁饱和电抗器软启动器的构成　。　２．１．１　可控磁饱和电抗器　可控磁饱和电抗器是由特殊工艺结构设计的新　型电抗器，具有可调范围大、体积小、噪音低、功率损　耗小等优点。　２．１．２控制单元　采用８０１９６单片机作为主处理器，其运算速度　快，控制精度高，抗干扰能力强，采用光电隔离技术，　做到安全可靠，触发电路结构简单，设计合理，可靠　性高。　２．１．３检测及反馈装置　系统进行电压、电流检测，并进行磁通补偿计　算，提高系统的启动转矩；同时也可加设速度反馈装　置构成闭环控制，使系统的特性曲线较硬，可适应恒　转矩负载启动。　２．１．４旁路开关　用于启动后旁路，增加系统的可靠性。　２．２软启动的实现与技术特点　２．２．１软启动的实现　在启动过程中，将电感量可变的高压磁饱和电　抗器串入电动机的定子，实现限流，在启动完成后将　其短接。电感量的可变性是靠改变可控硅的触发角　来实现的，电机转速随着电感量的减少平滑升高，借　以维持或增加启动力矩，并为短接时不产生冲击电　流准备条件。　将磁饱和电抗器串入定子侧的方法本质上属于　降压启动，但由于通过对电机电压、电流的检测，计　算出电机的主磁通，动态的调节电压实现了对磁通　的补偿，提高了系统的启动转矩，可以应用于恒转矩　的场合。对于非恒转矩负载（如风机）要求短时间内　连续启动的工况来说，是可能采取的最佳方式之一。　（下转第３７页）　２００４年第２２卷第１期　表３齿盘相同探头不同的输出电压　探头型号　内蒙古电力技术　采用２４齿齿轮盘。　２－３可行性分析　２－３．１　安装上的要求　２．３７　４．４５　６．１５　３７　输出电压／ｍＶ　■　ＴＯ：ｌ９８ｎ　０．３０　１．２　由于安装是在大修期间，齿轮盘与轴配合间隙可　精确测量，齿轮盘的直径、厚度可准确测量，安装上　不存在问题。　２．３．２表计的要求　现使用的转速表为ＳＺＣ一０３Ａ型转速表。针对　２转速不准诊断及处理方案　２．１设计上的问题　２号机由于测速齿盘设计上存在缺陷，使齿轮　盘晃量大，虽在上一次大修中对齿轮轴重新进行了　加工，但晃量始终较大，不能保证安装间隙，造成输　出信号严重衰减。转速表测量转速信号要求为５０～　齿数的不同，可由表内微型开关重新进行设定，无须　更换表计，不会影响正常指示。　３应用效果　２００３—０８初。对测速齿盘进行重新设计、加工，　１５　ｍｖ的稳定正弦信号或脉冲波，当输出信号小于　５０　ｍｖ时，表计不能正常检测。　２号机与全国绝大部分机组一样，普遍采用６０　齿测速齿轮盘。结合包头一电厂２号机的实际情况，　安装工作于２０ｏ３—０９—２０完成。２号机开始暖机冲　转，从低速盘车到中速、高速定速实验均指示正常，　与实际转速测量没有误差，且指示稳定可靠。这是以　往大修启动过程中所没有的。低速、中速（２０００ｒ／ｍｉｎ　把齿轮盘设计成２４齿更为合适，使齿轮盘模数增　大，输出信号加强，可有效地弥补由于安装间隙增大　而带来的信号消弱的不足。　２．２实施方案　以下）等所有试验都是靠人工测量转速来完成的。改　造后，启动至今的半年时间里从未发生转速表指示　转速作为汽轮机正常运行的重要参数，要求越　失常、不准的情况，给运行人员和维护人员带来了便　利。但由于设备自身条件的限制，齿轮盘与转子不同　心的问题仍然存在。　编辑：王金丽　来越高。２００３－０８—２１对２号机进行了大修，加装了　超速保护。针对这一情况，在试验室进行了各种传感　器、安装间隙不同、不同模数的数值测量分析，决定　（上接第３３页）　２．２．２技术特点　运行，降低电能损耗，提高生产效率。　（７）多种现场总线接口，可实现远程自动化控　制运行。完善的人机接口，可以通过人机接口对系统　运行状况全面检测，并控制系统的运行。　（１）主回路采用电抗器与电机串联，实现电压　平滑调节，并可采用恒流软起、斜坡电压软起、斜坡　恒流软起等多种方式，同时可实现软停车的功能。　（２）通过对电机电压及电流的检测，可计算出　由于磁饱和电抗器软启动设备融合了多项先进　的控制技术手段（如计算机仿真设计、ＰＬＣ可编程控　制、远程通讯等），因此，比传统的液态电阻、频敏变　阻等产品内涵更宽、高新技术理念更强，是特别适宜　于大功率、高压电动机的软启动设备。　电机主磁通，通过动态的电压调节可实现对电机主　磁通的补偿，提高系统启动转矩。　（３）在电机轴头加装反馈装置，进行速度闭环　控制，提高系统的特性硬度和快速性。　（４）具有过压、过载、过流、欠压、断相、相序保　护等功能。启动电流可设定，保证电机启动转矩。友　３结论　采用新型磁饱和电抗器软启动器可有效地抑制　电机的启动电流，减少电机的启动温升，改善电机的　运行条件，从而彻底避免电机不正常的烧毁，延长电　机的使用寿命。　编辑：王金丽　好的人机界面，操作简单，使用方便。　（５）支持电机频繁启动，软停机功能可保护电　机因停机造成的机械冲击。　（６）具有节能运行功能，对于间歇性变化的负　载，该装置可合理地安排输出电压，使之在节能状态