電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流集中補(bǔ)償應(yīng)用

TheEQUALIZER在大（多）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流集中補(bǔ)償應(yīng)用1、概述EOUALIZER是以色列ELSPEC公司推出的一種實(shí)時(shí)功率因數(shù)補(bǔ)償（動(dòng)態(tài)補(bǔ)償）裝置（REALTIMEPOWERFACTORCONTROLLER－RTPFC）。主要特點(diǎn)：?采用先進(jìn)的DSP組成CPU控制系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)工況參數(shù)檢測、計(jì)算、邏輯判斷，發(fā)出控制指令。?電子開關(guān)在電流過零時(shí)投切電容器組，無合閘涌流和瞬態(tài)效應(yīng)。?響應(yīng)速度快：5?20ms,—周波內(nèi)控制到位。?有效吸收電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)無功電流。?防止電壓跌落和閃變。提高功率因數(shù)。有獨(dú)特掃描功能和自診斷能力。?有效防止并聯(lián)諧振。?自動(dòng)顯示電網(wǎng)量參數(shù)（V、I、COSP、kw、KVAR…）且諧波分析達(dá)63次。顯著節(jié)能,增容的功效。全面提高用電品質(zhì)。主要應(yīng)用場合：不穩(wěn)定負(fù)荷無功功率場合。如：電梯、電鋸、破碎機(jī)、擠塑機(jī)、軋鋼機(jī)…。極快變化的無功負(fù)荷場合如:種類電焊機(jī)（點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、篩網(wǎng)焊機(jī)…）。多電機(jī)啟動(dòng)電流集中補(bǔ)償場合尤其要求電動(dòng)機(jī)大力矩啟動(dòng),可直接連接到電網(wǎng)來獲得大力矩的場合。高敏感負(fù)荷場合如:醫(yī)院、機(jī)場、通信、廣電中心…。2、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)解析由電工學(xué)、電機(jī)學(xué)原理知：電機(jī)在剛啟動(dòng)時(shí),由于旋轉(zhuǎn)磁場對(duì)靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對(duì)轉(zhuǎn)速,其旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度很快,所以在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢并產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子電流,這與變壓器原理一樣,轉(zhuǎn)子電流增大定子電流也必然相應(yīng)增大。一般啟動(dòng)電流為穩(wěn)定時(shí)的額定電流的（5?7）倍,啟動(dòng)時(shí)間可達(dá)（1?3）秒以上。由于啟動(dòng)時(shí)過大電流會(huì)造成對(duì)鄰近負(fù)荷正常運(yùn)行的影響,而且還會(huì)造成短時(shí)間的電壓跌落。當(dāng)鄰近有電機(jī)在工作,此電壓跌落不僅影響它的轉(zhuǎn)速（下降）和電流（增大）,甚至可能使它的轉(zhuǎn)矩降到小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,致使電動(dòng)機(jī)停下來。由電機(jī)學(xué)原理知：SRU2?T=K 2_R2±1SX上220式中：T—電機(jī)轉(zhuǎn)矩 R2、X20—轉(zhuǎn)子電阻和感抗?―定子所加的電壓 K—常數(shù)， S—轉(zhuǎn)差率由轉(zhuǎn)矩T表達(dá)式知：轉(zhuǎn)矩T與定子的每相的電壓?平方成正比，所以電網(wǎng)電壓有變動(dòng)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩T的影響很大。?啟動(dòng)時(shí)雖然電流很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)COSp2卻很低，所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T并不大，???T=Kt0I2cosp2式中：①一旋轉(zhuǎn)磁場的磁通 cosp2—轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)I2—轉(zhuǎn)子每相電流 匕一常數(shù)由上述可知：異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主要的缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，且功率因數(shù)低，必須加以改善。3、 異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式傳統(tǒng)方式：一般采用直接啟動(dòng)和降壓啟動(dòng)，以及軟啟動(dòng)。⑴直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)就是利用閘刀開關(guān)或交流接觸器，將至電機(jī)直接接入到額定電壓的電源上。這種啟動(dòng)方式簡單、經(jīng)濟(jì)。但啟動(dòng)電流大，瞬時(shí)造成線路壓降大，影響其它負(fù)載的正常工作。此種方式只適用于30kW以下的電機(jī)使用。⑵降壓啟動(dòng)就是把加在電機(jī)定子繞組上的電壓，在啟動(dòng)時(shí)設(shè)法將它降低，以達(dá)成減小啟動(dòng)電流。①Y—A換接啟動(dòng)就是在啟動(dòng)時(shí)把定子繞組接成Y（星形），等到轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)再換接成△（三角形），此種其啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)的1。這種Y—△啟動(dòng)只適用輕載或空載時(shí)啟動(dòng)。②自耦降壓啟動(dòng)就是利用自耦變壓器，在啟動(dòng)時(shí)將供電端電壓調(diào)低來啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再把電壓調(diào)到額定值。缺點(diǎn)：也是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，功率因數(shù)低。⑶軟啟動(dòng)它是近代發(fā)展過來的利用電子開關(guān)相控方式，來改變供電電壓，可按設(shè)定程序模式自動(dòng)完成啟動(dòng)。缺點(diǎn)：諧波大，不經(jīng)濟(jì)，功率因數(shù)低。4、 電機(jī)啟動(dòng)方式改進(jìn)由上述可知：電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)存在有如下缺點(diǎn)：?啟動(dòng)電流大I2=（5?7）Ie?啟動(dòng)期間造成電壓跌落大（AU大）?啟動(dòng)期間功率因數(shù)COSP2低?相控軟啟動(dòng)諧波大?人工介入操作，啟動(dòng)時(shí)間延長?啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為克服上述缺點(diǎn)，ELSPEC公司的EQUALIZER（簡稱EQ）裝置，能克服上述缺點(diǎn)并達(dá)到期望的目標(biāo)，它在啟動(dòng)時(shí)能改善電壓跌落AU值，提高功率因數(shù)，降低啟動(dòng)電流,更可貴的是能直接接入電網(wǎng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行直接啟動(dòng)，縮短啟動(dòng)所消耗的時(shí)間，且過程自動(dòng)完成。⑴EQUALIZER改善啟動(dòng)時(shí)電壓跌落AU電機(jī)直接接入電網(wǎng)并配置EQUAL1ZER無功補(bǔ)償系統(tǒng)，其電路簡圖如圖1所示，下面分別討論電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，有補(bǔ)償裝置EQ和無補(bǔ)償裝置EQ的電壓降落AU的大小和之間的矢量關(guān)系如圖2所示。

圖中符號(hào)：u0—圖中符號(hào)：u0—電源電壓U]—母排上電壓I—電流IXn—電抗上壓降

xn—綜合電抗0—功率因數(shù)角Rn—綜合電阻IRn—電阻上壓降①EQ未投入使用即(withoutcapacitors)當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)瞬間的啟動(dòng)Ist很大，約為(5?7)倍的額定電流，而且啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)COSP

也很低，即電流I和電壓U的夾角中很大如圖2所示，啟動(dòng)時(shí)的電壓降A(chǔ)U可表達(dá)為：△U=^/3i(XsinP+RCOSP)：stn n式中Xn、Rn—為綜合感抗和電阻因?yàn)橥ǔ＃篨=?L>>Rnnn且啟動(dòng)期間：sinP>>COSP，所以AU可表達(dá)為：△U?V3IstXnsinP……此值大、電壓降就大②EQ投入電網(wǎng)即(withcapacitor)因EQ系統(tǒng)能自動(dòng)跟隨極快速變化的無功負(fù)荷，其響應(yīng)時(shí)間(5?20)ms。當(dāng)電機(jī)一啟動(dòng)產(chǎn)生啟動(dòng)電流Ist，EQ在20ms內(nèi)就檢測到并運(yùn)算完畢，并發(fā)出控制指令，等待電流過零點(diǎn)時(shí)將電容器組按無功電流大小自動(dòng)投入電網(wǎng)，補(bǔ)償了啟動(dòng)期間產(chǎn)生的無功電流，使電流下降約50%。從而啟動(dòng)時(shí)的電壓跌落AU減小了。由圖2可見，由于補(bǔ)償結(jié)果電流I與電壓U1幾乎重合，功率因數(shù)COSP一1,sinP一0所以此時(shí)的電壓跌落AU就很小了。.?.△U=V3IXsinP3stn

由上述可見，投入EQ可有效地防止因啟動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，這是由于EQ就地補(bǔ)償了無功電流，提高了功率因數(shù)(COSP)，所以電壓跌落AU就小了。⑵EQ用于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí)即拍的i和u的波形圖如圖3所示*I1HIJIIHIHVo11age*I1HIJIIHIHVo11ageWithoutreactivepowercotnpensatjon

(PFCsys怕m).Withreactivepowercompensation

(RTPFCsystem)-圖3EQ用于電動(dòng)啟動(dòng)i，u波形圖波形圖說明：withoutreactivepowercompensation(PFCsystem)是指未使用EQ補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)拍下的i、u波形圖。withreactivepowercompensation(RTPFCsystem)采用EQ補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)電機(jī)啟動(dòng)拍下的i、u波形變化。圖形解析:。未使用EQ補(bǔ)償(withoutreactivepowercompensation)時(shí)的波形圖如圖3的上方圖示波形：由圖清晰地看出要啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)瞬間Ist很大，電壓跌落明顯，而且跌落時(shí)間拉的很長(20多周波后)才穩(wěn)定下來使用EQ補(bǔ)償(withreactivepowercompensation)時(shí)的波形圖如圖3的下方圖示波形：由波形可看到，在啟動(dòng)瞬間(20ms內(nèi))啟動(dòng)電流Ist很大。但經(jīng)過一周波(20ms)后，Ist就降下來了，約降了50%左右。而且電壓經(jīng)一周波20ms)后，立即恢復(fù)并接近到穩(wěn)定狀態(tài)，也可以觀察出u和i的波形相位幾乎重合，這意味著功率因數(shù)COSP-1。

⑶大量電機(jī)啟動(dòng)電流集中補(bǔ)償對(duì)大量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)可以采用集中補(bǔ)償，其優(yōu)點(diǎn)如下：?EQ設(shè)備可對(duì)同一電網(wǎng)上并掛多臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行集中補(bǔ)償。不像Y—△啟動(dòng)器、自耦變壓器、軟啟動(dòng)設(shè)備那樣，對(duì)應(yīng)于專臺(tái)電動(dòng)機(jī)而設(shè)置。?實(shí)時(shí)跟蹤電機(jī)啟動(dòng)的無功電流，并給于就地補(bǔ)償、防止了電壓跌落、而且提高功率因數(shù)cos?電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)，可獲得最大轉(zhuǎn)矩，這是EQ—RTPFC裝置的獨(dú)特之點(diǎn)。以上幾點(diǎn)其它啟動(dòng)器是無法達(dá)到的。直接啟動(dòng)實(shí)用例子見實(shí)測波形圖4所示5001500100023022GWithWithoutWithoutWithS&c.2806-01.29.262627 27 27 28 282S285001500100023022GWithWithoutWithoutWithS&c.2806-01.29.262627 27 27 28 282S28圖4集中補(bǔ)償電機(jī)啟動(dòng)u,I曲線圖形注：with—為有EQ投入時(shí)的i和u變化曲線without—為無EQ而直接啟動(dòng)時(shí)的i和u變化曲線從這兩組i、u的曲線中可清晰對(duì)照在啟動(dòng)時(shí)的量值關(guān)系。圖4可解讀出：?啟動(dòng)時(shí)電壓變化曲線Without:是無EQ投入時(shí)的啟動(dòng)電壓變化曲線△U~16V……(226-210)V,穩(wěn)定值約為220VWith:是有EQ投入時(shí)的啟動(dòng)電壓變化曲線△U~4V……(232-228)V,穩(wěn)定約為230V?啟動(dòng)時(shí)電流變化曲線Without:是無EQ投入時(shí)的啟動(dòng)電流變化曲線700?1500A，穩(wěn)定值(工作電流)為1000AWith:是有EQ投入時(shí)的啟動(dòng)電流變化曲線600?900A，穩(wěn)定值(工作電流)為700A?由上可見，EQ投入直接啟動(dòng)應(yīng)用，其啟動(dòng)時(shí)最大電流由1500A減小到900A,工作電流也由1000A下降到700A，而且(AU)由16V提升到4V,這對(duì)改善變壓器及線路的損耗有積極意義和效果。⑷軟啟動(dòng)裝與EQ裝置(投入/未投入時(shí))啟動(dòng)性能對(duì)比以150kW電動(dòng)機(jī)為例，分別用軟啟動(dòng)設(shè)備當(dāng)采用EQ設(shè)備和不用EQ時(shí)，實(shí)測啟動(dòng)時(shí)i、u的變化曲線對(duì)照如圖5所示。i42石As255250■35：38 ;38 .40Thine[：S^c]WithoutPowerFactorCompensation200010050o253?502472GDi1000SO:32 ;33 :35 .38 ;39 :40 ：40 :42 :43 ：4S 145 :46 ：46 47 ：49Time[zSec]>唇一OA<=@」no0Wit打PowerFactorCompensation圖5軟啟動(dòng)和EQ補(bǔ)償啟動(dòng)的i、u曲線圖?軟啟動(dòng)(SoftStarter) (withoutreactivepowercompensation)從圖5上方圖可查出：△Umax~8V（從254v下跌到246v）I>450AmaxP=100kWmaxQ=300kvarmax軟啟動(dòng)+EQ（withreactivepowercompensation）從圖5下方圖可查出：△Umax~3V（從252v下跌到249v）I=14oamaxP=65kWmaxQmax75kvar?兩者對(duì)比(EQ/soft—starter)△U減小62.5%I減小68%P損耗減小35%Q損耗減小75%顯然有EQ后優(yōu)于soft—starter5、小結(jié)綜上所述，以色列ELSPEC公司制造的EQ