高壓電機選用合適的軟啟動柜應(yīng)考慮哪些因素？
發(fā)布時間：2021-06-23
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高壓電機是指額定電壓在3.3千伏以上電動機。各國根據(jù)本國國家電網(wǎng)的電壓水平來選用高壓電機的額定電壓。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，因此只能利用6千伏高壓電機，后來國內(nèi)生產(chǎn)10千伏的高壓電機了，目前絕大部分電機選擇10千伏電壓。比如在我國油田，早期為使用6千伏高壓電機，專門設(shè)立6千伏供電系統(tǒng)，而由于10千伏電機的生產(chǎn)，油田對供電系統(tǒng)做了改造，因為我國正常供電系統(tǒng)等級有10千伏供電系統(tǒng)這一級，因此10千伏高壓電機的生產(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。
為什么要使用高壓電機呢？這是由于電機功率與電壓和電流的乘積成正比的，電機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，啟動運行，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，以致無法正常運行使用。這樣就需要通過提高電壓來實現(xiàn)大功率輸出。
高壓電動機可用于驅(qū)動各種不同的機械。供礦山、機械工業(yè)、石油化工工業(yè)、發(fā)電機等各種工業(yè)中作原動機用。高壓電機訂貨時，要說明電動機的用途，所驅(qū)動的負(fù)載不同，對電動機本身以及電動機啟動柜有不同的要求。
根據(jù)電動機的容量，供電電源系統(tǒng)的容量，來決定電動機的直接啟動容量。當(dāng)電網(wǎng)容量不夠大，在電機直接啟動時不能保證電網(wǎng)母線上電壓達到允許的電壓波動范圍內(nèi)，就要考慮降壓啟動，以減少啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊。
降壓啟動方式有串電抗啟動、變頻啟動、液力偶合器啟動等多種方式.有復(fù)雜有簡單,設(shè)備價格差異很大。
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變頻調(diào)速的發(fā)展，舊式啟動調(diào)速方式被淘汰或?qū)⒈惶蕴恍├系脑O(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現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機的接口，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磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動時帶載能力減弱。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，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，否則會產(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換掉，采用特殊的低壓電機，電機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，電機不能投入到工頻電網(wǎng)運行，在有些不能停機的場合應(yīng)用會有問題。另外，電機和電纜都要更換，工程量比較大。
串級調(diào)速變頻器是將異步電機部分轉(zhuǎn)子能量回饋至電網(wǎng)，從而改變轉(zhuǎn)子滑差實現(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機，而如今工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機，更換電機非常麻煩。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。可控硅技術(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)采用可控硅進行整流，采用電感儲能，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)只有兩個電平，電機承受的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，解決了兩個器件串聯(lián)的難題，技術(shù)上比兩個器件簡單直接串聯(lián)容易，同時，增加了一個輸出電平，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，更換電機是一種做法，但是造成故障時向電網(wǎng)旁路較麻煩。對于6KV電機有一種變通做法，就是將電機由星型接法改為角型接法，這樣電機的電壓就變?yōu)?KV；這種做法使電機的環(huán)流損耗上升，國內(nèi)已經(jīng)有燒毀電機的事例，有可能與此有關(guān)。還有的公司用這種變頻器實現(xiàn)高低高方式，使容量比原來采用低壓變頻器實現(xiàn)高低高方式時大，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，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達到95%以上。在輸出側(cè)采用多級PWM技術(shù)，dv/dt小，諧波少，滿足普通異步電機的需要。可根據(jù)負(fù)載的需要設(shè)計變頻器的輸出電壓，是解決6KV、10KV電機調(diào)速的較好辦法。功率電路采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計，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，因為IGCT需要非常復(fù)雜的輔助關(guān)斷電路。
因此，高壓電動機的啟動設(shè)備的選用要結(jié)合工程投資，安裝條件，電動機類別，使用要求，等諸方面，來選用物美價廉，適合使用的方式。
湖北襄陽源創(chuàng)工業(yè)控制有限公司是從事工業(yè)電氣控制設(shè)備和計算機工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，公司已通過ISO9001:2000質(zhì)量體系認(rèn)證，是湖北省高新技術(shù)企業(yè)和守合同重信用單位，產(chǎn)品領(lǐng)域涵蓋輸配電設(shè)備、大功率電機液阻起動柜、補償柜等。
公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、機械、石化、電力、建材、礦山、造紙、印刷等行業(yè)的機械設(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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