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張選正

高壓電動機是指額定電壓為3kV、6kV、10kV，它的使用總量約占電動機總?cè)萘康?0%左右。功率從幾百千瓦至幾千千瓦。
為減少電動機起動時的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩沖擊及起動時的電壓降，過去常用方法是采用頻敏變阻器、電抗器、自耦變壓器、△-Y器、附加電阻等，但都存在起動時損耗大，是有級的起動，有沖擊存在、體積大等不足之處。實際使用時：
(1)  若只解決軟起動及軟停車可選用高壓軟起動器，但國內(nèi)幾乎還沒產(chǎn)品（成都佳靈在試制中）。國外美國的摩托托尼公司、本秀公司、以色列SALON等有合適的產(chǎn)品可提供，但價格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，非一般用戶能接受。
(2)  若既要解決軟起動及軟停車，運行時還要調(diào)速、節(jié)能，那么必須選用高壓變頻器。這就要求用戶資金上要大投入。
我國是發(fā)展中國家，采用先進(jìn)設(shè)備代替陳舊設(shè)備任務(wù)是很大的，但先進(jìn)的設(shè)備，尤其是國外的高壓軟起動器及高壓變頻器價格昂貴，決非一般用戶所能接受。因而用戶迫切希望物美價廉，技術(shù)復(fù)雜性低，操作調(diào)試方便，又能滿足使用設(shè)備的基本要求的代用產(chǎn)品早日出現(xiàn)。下面兩款產(chǎn)品就能滿足用戶的基本需求。
一  高壓液阻軟起動器
由上海山宇電子設(shè)備有限公司研制成功生產(chǎn)。
◆  工作原理
它是用純度99%無水碳酸鈉（Na2CO3）和水配制成一定濃度的水溶液為液阻，利用電液的負(fù)阻效應(yīng)以及自動減小的、靜電極板之間距離來減小起動電阻，從而做到無級降壓，實現(xiàn)平穩(wěn)、無級、無沖擊的軟起動。起動電流在1.3～3.5倍之間，起動轉(zhuǎn)矩約等于最大轉(zhuǎn)矩，起動完畢自動切除，并投入全壓運轉(zhuǎn)。
◆  高壓三相電動機SYSR1主回路方案（見圖1）
 

圖1  高壓三相電動機SYSR1主回路方案

配置：① 高壓開關(guān)柜兩個柜子（用戶自備），② 高壓軟起動柜SYSR1；保護(hù)方式：過負(fù)荷保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)。
① 軟起動（起動電流曲線見圖2）；起動電流為電機額定電流的2.2～3.5倍，降低了電機起動發(fā)熱，有效的延長電機使用壽命。
② 確保一次起動成功，不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載變動的影響。
a. 起動平穩(wěn)，對機械設(shè)備無沖擊（見圖3）；
b．對電網(wǎng)影響很小，起動時電網(wǎng)壓降在5%以內(nèi)。
③ 結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。
 

圖2  起動電流曲線

機械特性分析（見圖3）

圖3  機械特性分析

主要技術(shù)參數(shù)（見表1）

表1  SYSR1型高壓軟起動器主要技術(shù)參數(shù)

 注：每相電阻值可根據(jù)用戶實際要求，在出廠之前作適當(dāng)修改

◆  產(chǎn)品特點

表2  國內(nèi)已使用高壓液阻式軟起動器部分單位匯總表

    功率因數(shù)高、使用壽命長、維修費用少、安裝調(diào)試簡單、可靠性很強、價格低廉，僅為國外的五分之一。能滿足使用要求，且經(jīng)濟而實用、無諧波污染電源。適合中國國情，是高壓大功率起動新突破。
◆  目前國內(nèi)已經(jīng)使用的單位（見表2）
二  高壓斬波調(diào)速器
由上海科祺調(diào)速電氣有限公司研制成功生產(chǎn)。
◆  工作原理（見圖4）
 

圖4  高壓斬波調(diào)速器原理框圖

F5000系列是斬波調(diào)速，它是等幅直流電壓通過斬波器改變脈沖寬度的大小，使占空比不同，從而相應(yīng)的平均直流電壓值就不同，最高的斬波頻率可達(dá)12000Hz。再送至有源逆變器PWM獲得交流電，再送到定子調(diào)節(jié)繞組（副繞組）的工作過程。這種系統(tǒng)內(nèi)饋高頻斬波交流調(diào)速裝置，是為了高壓繞線式異步電動機（比普通電機貴30%）調(diào)速配套的電力電子新產(chǎn)品。型號SSC-F5000有400V的F5004系列，功率75～450kW；6kV的F5060系列，功率200～4000kW；10kV的F5100系列，功率200～4000kW。其特點是：
(1)  電機為繞線式內(nèi)饋異步電動機，它的定子有兩套繞組，主繞組是高壓的繞組Y接，副繞組是低壓的繞組△接（電壓可選擇220V、330V、400V、500V、600V），對現(xiàn)有設(shè)備要更換電動機（電動機約占投資總額20%），該電動機不但具有調(diào)速電機的良好性能，而且與普通YR系列電機在外型尺寸和工作特性上完全兼容。電動機與調(diào)速裝置需成套供應(yīng)，否則無法使用。
(2)  采用把高壓電動機的控制調(diào)速部分變成低壓的辦法，不僅簡化了電路，也使器件的成本降低、調(diào)試維修很方便。諧波干擾很小，這對大功率電動機是尤為重要的。把諧波干擾問題大大簡化，節(jié)省了初投資費用（僅為高壓變頻器的20%～50%）。
(3)  運行中萬一調(diào)速出現(xiàn)故障，裝置將轉(zhuǎn)子旁路開關(guān)自動合上，將其滑環(huán)短接（實現(xiàn)無擾動切換），即可連續(xù)運行，可靠性大大增加。同時實現(xiàn)故障情況下軟起動。等于調(diào)速裝置內(nèi)增加了一套軟起動器。
(4)  調(diào)速范圍1.6～2.5雖不如變頻器大，但能滿足一般生產(chǎn)設(shè)備的需要。主要適用大型風(fēng)機、泵類的節(jié)能降耗，是過去串級調(diào)速的換代產(chǎn)品，是高壓大容量電動機的交流調(diào)速最佳選擇，具有好、省的特點。
(5)  采用先進(jìn)的功率模塊IPM或IGBT，調(diào)速系統(tǒng)選用大規(guī)模集成電路。如：直接數(shù)字控制DDC，數(shù)字信號處理DSP，專用集成模塊ASIC。
(6)  有完全的保護(hù)電路（過流、過熱、過壓、短路等）液晶顯示屏監(jiān)控，具有幫助記憶功能特點易于使用，直觀性強。
(7)  具有RS485通訊接口板。
(8)  不需任何輸入、輸出變壓器，效率可達(dá)96%以上，略高于高壓變頻器。功率因數(shù)0.85～0.95，調(diào)速精度±1%，逆變器過載能力強125% 10分鐘、150% 10秒鐘。
(9)  諧波分量電流THD小于5%，不要電源濾波即可滿足電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求。諧波量、功率因數(shù)、效率等指標(biāo)，均超過高壓變頻器的指標(biāo)。
(10)  平均節(jié)電率可達(dá)40%，性能/價格比較高，僅為高壓變頻器的1/2～1/5（1000元/kW）。
(11)   起動部分由頻敏變阻及交流接觸器組成，按時間和速度原則進(jìn)行。
(12)   當(dāng)斬波器導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子直流被斬波器短路，形成軸功率；當(dāng)斬波器開路時，轉(zhuǎn)子直流經(jīng)有源逆變器反饋電動機付繞組，改變斬波器的占空比，從而改變主、付繞組的電流分配比例，從而實現(xiàn)調(diào)速控制。
其工作原理絕不是降壓調(diào)速而是通過反饋作用改變轉(zhuǎn)子的反電勢，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（通用范圍60%～95%S）改變轉(zhuǎn)子電流方式來進(jìn)行調(diào)速。
◆  產(chǎn)品特點
投資少、電路簡、便維修、高可靠的優(yōu)越性。國外尚無此產(chǎn)品，國內(nèi)獨此一家，并申請了專利。
◆  應(yīng)用單位