高壓軟起動(dòng)在壓縮機(jī)負(fù)載上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1． 引言 

交流異步電動(dòng)機(jī)以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、極高的運(yùn)行可靠性、極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和優(yōu)異的拖動(dòng)性能在我國(guó)煤礦、石油、化工、鋼鐵、發(fā)電、供水(Water supply)、水泥（材料:粉狀水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料)建材等領(lǐng)域(field)獲得了廣泛的應(yīng)用但是交流異步電動(dòng)機(jī)致命的缺點(diǎn)是起動(dòng)沖擊大，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不利的影響。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 主要影響體現(xiàn)(tǐ xiàn)在兩個(gè)方面： 
（1）電氣方面的問(wèn)題： 
起動(dòng)時(shí)可達(dá)5-7倍的額定電流，造成電動(dòng)機(jī)繞組因電流引起過(guò)溫，從而加速其絕緣老化，造成供電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響同電網(wǎng)下其他設(shè)備的正常(normal)運(yùn)行。 
（2）機(jī)械(machinery)方面的問(wèn)題： 
過(guò)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊，對(duì)被帶動(dòng)的設(shè)備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確(accurate)度如使連軸器損壞、皮帶撕裂等。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī)，在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過(guò)它的氣體加速，從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上，部分發(fā)生在固定的擴(kuò)壓器或回流器擋板上。造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命從而增加維護(hù)工作量。 
在首鋼冷軋廠制氮生產(chǎn)(Produce)線空壓機(jī)上就遇到了這樣的問(wèn)題，由于電機(jī)功率比較大（10KV/3730KW和10KV/2250KW），首先在起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電機(jī)及壓縮(compression)機(jī)的機(jī)械沖擊比較大，給系統(tǒng)維護(hù)增加了工作量；其次電機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)跌落比較嚴(yán)重，在電網(wǎng)壓降達(dá)到85%時(shí)其他設(shè)備(shèbèi)就不能正常工作。鑒于以上原因決定使用PowerEasy型晶體閘（zhá)流管式軟起動(dòng)裝置。 
2． 晶體閘流管串聯(lián)高壓軟起動(dòng)的構(gòu)成及原理 
2.1 主回路構(gòu)成 
晶閘管串聯(lián)軟起動(dòng)裝置(Apparatus)是結(jié)合了電力(electricity)電子(electronic)技術(shù)、光電技術(shù)控制（control)技術(shù)及微處理技術(shù)而設(shè)計(jì)全數(shù)字(Resources)智能(intelligence)化的起動(dòng)設(shè)備。晶閘管串聯(lián)軟起動(dòng)主回路接線圖如圖1所示，主要由高壓可控硅(silicon)串聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，其中高壓可控硅串聯(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，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。當(dāng)進(jìn)線端得電后，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流三相交流電源進(jìn)行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動(dòng)過(guò)程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動(dòng)裝置切換到旁路狀態(tài)(status)，同時(shí)關(guān)閉晶閘管。
圖1 晶閘（zhá)管串聯(lián)軟起動(dòng)主回路接線圖
2.2 控制（control)電路 
如圖2所示，晶體閘流管串聯(lián)高壓軟起動(dòng)裝置的控制電路(Circuits)一般由主控電路、觸發(fā)裝置、信號(hào)采集(collection)電路和人機(jī)界面組成。
圖2 軟起動(dòng)控制框圖
2.2.1 主控電路 
主控電路的主要由DSP微處理器及CPLD大規(guī)模門(mén)陣列組成的數(shù)字(Resources)電路組成，它的主要功能(gōng néng)是產(chǎn)生觸發(fā)晶閘（zhá)管的脈沖指令，晶閘管的觸發(fā)命令通過(guò)數(shù)字信號(hào)(signal)處理器（DSP）來(lái)發(fā)出主控電路可以根據(jù)信號(hào)采集電路采集的電壓與電流信號(hào)來(lái)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)整電機(jī)電流的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制（control)，即限流起動(dòng)。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。在發(fā)出觸發(fā)脈沖的同時(shí)它又可以通過(guò)電壓電流溫度（temperature)等的反饋信號(hào)監(jiān)視電機(jī)及軟起動(dòng)裝置(Apparatus)本身的運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全(security)運(yùn)行。 
2.2.2觸發(fā)系統(tǒng) 
觸發(fā)系統(tǒng)(system)是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵部分，必須具有抗噪聲干擾的能力，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的導(dǎo)通可控硅。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。在這里主要存在兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題： 
1．觸發(fā)脈沖能夠及時(shí)準(zhǔn)確的觸發(fā)晶閘（zhá)管 
晶閘管是一種電流(Electron flow)控制型雙極型半導(dǎo)體（semiconductor）元件，它要求門(mén)極的驅(qū)動(dòng)單元類似于一個(gè)電流源，能向晶閘管提供一個(gè)特別陡直的尖峰電流脈沖，來(lái)保證在任何時(shí)刻都能夠準(zhǔn)確可靠的觸發(fā)晶閘管。所以晶閘管的門(mén)極觸發(fā)脈沖特性對(duì)晶閘管的正常工作有非常強(qiáng)烈的影響。 
在晶閘管串聯(lián)使用時(shí)，我們要求相互串聯(lián)的晶閘管盡可能（maybe)的一起導(dǎo)通，因?yàn)殚_(kāi)通較慢的可能會(huì)承受過(guò)電壓而損壞元件(element)，這個(gè)時(shí)候就要求同組串聯(lián)的晶閘管開(kāi)通時(shí)間差盡量的小。 
晶體閘流管的開(kāi)通(kāi tōng)速度(speed)主要和門(mén)極觸發(fā)脈沖的幅值以及脈沖上升沿的陡度有關(guān)系。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 也就是說(shuō)門(mén)極觸發(fā)脈沖的幅值越大，脈沖上升沿越陡，晶閘管開(kāi)通的時(shí)間(time)就越短。所以在電機(jī)軟起動(dòng)領(lǐng)域，絕大多數(shù)廠家都是采用強(qiáng)觸發(fā)方式方法來(lái)觸發(fā)晶閘管。即觸發(fā)脈沖IG的電流幅值大于或等于10IGT，脈沖上升沿時(shí)間tr≤1μs?？傊?。為了保證晶閘管閥串工作(gōng zuò)的可靠性，IG要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IGT。