高壓電機(jī)選用合適的軟啟動(dòng)柜應(yīng)考慮哪些因素?
發(fā)布時(shí)間:2021-06-23
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高壓電機(jī)是指額定電壓在3.3千伏以上電動(dòng)機(jī)。各國根據(jù)本國國家電網(wǎng)的電壓水平來選用高壓電機(jī)的額定電壓。我國常使用的是6000V和10000V電壓,在早期國內(nèi)只生產(chǎn)6千伏高壓電機(jī),因此只能利用6千伏高壓電機(jī),后來國內(nèi)生產(chǎn)10千伏的高壓電機(jī)了,目前絕大部分電機(jī)選擇10千伏電壓。比如在我國油田,早期為使用6千伏高壓電機(jī),專門設(shè)立6千伏供電系統(tǒng),而由于10千伏電機(jī)的生產(chǎn),油田對供電系統(tǒng)做了改造,因?yàn)槲覈9╇娤到y(tǒng)等級有10千伏供電系統(tǒng)這一級,因此10千伏高壓電機(jī)的生產(chǎn)給供電帶來很大的方便。由于國外的國家電網(wǎng)不同,有3300V和6600V的供電系統(tǒng),因此有采用與之相配的高壓電機(jī)。
為什么要使用高壓電機(jī)呢?這是由于電機(jī)功率與電壓和電流的乘積成正比的,電機(jī)功率增大到一定程度(如300KW/380V)如果任然使用低電壓,勢必電流很大,在制造,啟動(dòng)運(yùn)行,輸送距離方方面面受到導(dǎo)線的允許承受能力的限制,或成本過高或很不方便,以致無法正常運(yùn)行使用。這樣就需要通過提高電壓來實(shí)現(xiàn)大功率輸出。
高壓電動(dòng)機(jī)可用于驅(qū)動(dòng)各種不同的機(jī)械。供礦山、機(jī)械工業(yè)、石油化工工業(yè)、發(fā)電機(jī)等各種工業(yè)中作原動(dòng)機(jī)用。高壓電機(jī)訂貨時(shí),要說明電動(dòng)機(jī)的用途,所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載不同,對電動(dòng)機(jī)本身以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)柜有不同的要求。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量,供電電源系統(tǒng)的容量,來決定電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)容量。當(dāng)電網(wǎng)容量不夠大,在電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)不能保證電網(wǎng)母線上電壓達(dá)到允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi),就要考慮降壓啟動(dòng),以減少啟動(dòng)大電流對電網(wǎng)的沖擊。
降壓啟動(dòng)方式有串電抗啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)、液力偶合器啟動(dòng)等多種方式.有復(fù)雜有簡單,設(shè)備價(jià)格差異很大。
早期受技術(shù)限制,采用液力耦合器方式,隨技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是近年來高壓電機(jī)變頻調(diào)速的發(fā)展,舊式啟動(dòng)調(diào)速方式被淘汰或?qū)⒈惶蕴?,一些老的設(shè)備在改造中已經(jīng)逐漸被高壓變頻替換掉。高壓變頻調(diào)速裝置被日益廣泛的使用起來。
變頻器有高低高型,高低型,串級調(diào)速變頻器,電流源型直接高壓變頻器,電壓源型三電平變頻器,功率模塊串聯(lián)多電平變頻器的方式
高低高型顧名思義,就是變頻器為低壓變頻器,采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實(shí)現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機(jī)的接口,由于低壓變頻器電壓低,電流卻不可能無限制的上升,限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在,使系統(tǒng)的效率降低,占地面積增大;另外,輸出變壓器在低頻時(shí)磁耦合能力減弱,使變頻器在啟動(dòng)時(shí)帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大,如果采用12脈沖整流可以減少諧波,但是滿足不了對諧波的嚴(yán)格要求;輸出變壓器在升壓的同時(shí),對變頻器產(chǎn)生dv/dt也同等放大,必須加裝濾波器才能適用于普通電機(jī),否則會(huì)產(chǎn)生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果采用特殊的變頻電機(jī)可以避免這種情況,但是設(shè)備多,占地大,效率低,對電網(wǎng)諧波大,電壓質(zhì)量差。
高低型變頻器仍然是變頻器為低壓變頻器,輸入側(cè)采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海瑢⒏邏弘姍C(jī)換掉,采用特殊的低壓電機(jī),電機(jī)的電壓水平多種多樣,沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
這種做法由于采用低壓變頻器,容量也比較小,對電網(wǎng)側(cè)的諧波較大,可以采用12脈沖整流減少諧波,但是滿足不了對諧波的嚴(yán)格要求。在變頻器出現(xiàn)故障時(shí),電機(jī)不能投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,在有些不能停機(jī)的場合應(yīng)用會(huì)有問題。另外,電機(jī)和電纜都要更換,工程量比較大。
串級調(diào)速變頻器是將異步電機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量回饋至電網(wǎng),從而改變轉(zhuǎn)子滑差實(shí)現(xiàn)調(diào)速,這種調(diào)速方式采用可控硅技術(shù),需要使用繞線式異步電動(dòng)機(jī),而如今工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),更換電機(jī)非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70%-95%左右,調(diào)速范圍窄??煽毓杓夹g(shù)容易造成對電網(wǎng)的諧波污染;隨著轉(zhuǎn)速的降低,電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也變低,需要采取措施補(bǔ)償。七八十年代使用較多,現(xiàn)在越來越少。
電流源型直接高壓變頻器是輸入側(cè)采用可控硅進(jìn)行整流,采用電感儲(chǔ)能,逆變側(cè)用SGCT作為開關(guān)元件,為傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)。由于器件的耐壓水平有限,必須采用多個(gè)器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復(fù)雜的工程應(yīng)用技術(shù),理論上說可靠性很低,但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側(cè)只有兩個(gè)電平,電機(jī)承受的dv/dt較大,必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側(cè)的多脈沖整流器為可選件,用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電路就可以將負(fù)載的慣性能量回饋到電網(wǎng)。電流源型變頻器的主要缺點(diǎn)是電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低,諧波大,而且隨著工況的變化而變,不好補(bǔ)償。
電壓源型三電平變頻器
這種變頻器采用二極管整流,電容儲(chǔ)能,IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式,采用二極管鉗位的方式,解決了兩個(gè)器件串聯(lián)的難題,技術(shù)上比兩個(gè)器件簡單直接串聯(lián)容易,同時(shí),增加了一個(gè)輸出電平,使輸出波形比兩電平好。
這種變頻器的主要問題是:由于采用高壓器件,輸出側(cè)的dv/dt仍舊比較嚴(yán)重,需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制,高電壓只能做到4160V,要適應(yīng)6KV和10KV電網(wǎng)的需要,更換電機(jī)是一種做法,但是造成故障時(shí)向電網(wǎng)旁路較麻煩。對于6KV電機(jī)有一種變通做法,就是將電機(jī)由星型接法改為角型接法,這樣電機(jī)的電壓就變?yōu)?KV;這種做法使電機(jī)的環(huán)流損耗上升,國內(nèi)已經(jīng)有燒毀電機(jī)的事例,有可能與此有關(guān)。還有的公司用這種變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式,使容量比原來采用低壓變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式時(shí)大,但是高低高方式所存在的問題依然存在。三電平變頻器一般采用12脈沖整流方式。
功率模塊串聯(lián)多電平變頻器采用低壓變頻器串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)高壓,是電壓源型變頻器。它的輸入側(cè)采用移相降壓型變壓器,實(shí)現(xiàn)18脈沖以上的整流方式,滿足國際上對電網(wǎng)諧波的嚴(yán)格的要求。在帶負(fù)載時(shí),電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達(dá)到95%以上。在輸出側(cè)采用多級PWM技術(shù),dv/dt小,諧波少,滿足普通異步電機(jī)的需要??筛鶕?jù)負(fù)載的需要設(shè)計(jì)變頻器的輸出電壓,是解決6KV、10KV電機(jī)調(diào)速的較好辦法。功率電路采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì),更換簡單,所用器件在國內(nèi)采購也比較容易。這種變頻器采用低壓IGBT作為逆變元件,與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比,功率元件數(shù)目較多,但技術(shù)上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比,功率元件數(shù)目較多,但總元件數(shù)目卻較少,因?yàn)镮GCT需要非常復(fù)雜的輔助關(guān)斷電路。
因此,高壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備的選用要結(jié)合工程投資,安裝條件,電動(dòng)機(jī)類別,使用要求,等諸方面,來選用物美價(jià)廉,適合使用的方式。
公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石化、電力、建材、礦山、造紙、印刷等行業(yè)的機(jī)械設(shè)備上。產(chǎn)品被國內(nèi)所有省、市、自治區(qū)的一千余家企業(yè)采用,深受廣大用戶的好評與信賴。
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