高壓固態軟起動器

高壓固態軟起動器又稱中高壓固態軟起動器（Medium、High-voltage solid-state soft starter），是一種新型的中高壓電機軟起動器，主要適用於10KV以下的中高壓交電動機，採用先進DSP控制技術、電力電子技術及它的主要構成是串接於電源與被控電機之間的三相反並聯閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反並聯閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能。

基本介紹

• 中文名：高壓固態軟起動器
• 外文名：Medium、High-voltage solid-state soft starter
• 體積：小
• 靈敏度：高靈敏度

基本介紹

高壓交流電機軟起動器具有體積小、功耗低、高可靠性、高靈敏度、無觸點、免維護、無環境污染、安裝方便等優點。與其它傳統的起動方法相比較，其特有的智慧型控制方式，既可以方便準確的設定起動轉矩、起動電流、起動時間、停機時間等參數，又可以與微機、PLC等進行聯網控制。現已在機械製造、水泥生產、冶金、礦山、採油、化工、水處理、石化等行業泵、風機、抽油機、空氣壓縮機、球磨機、起重機、壓縮機、破碎機、傳送機、升降機、離心機、軋鋼機等多種負載上得到廣泛套用。 將逐步淘汰液態高壓軟起動器。國內第一台高壓固態軟起動裝置： 中、高壓固態軟起動器。電壓1KV~15KV,功率160KW~20000KW，

性能特點

採用原裝進口串聯用晶閘管及專業絕緣材料與現代電力電子控制技術相組合，專業設計製造。適合大中型電動機特性和特點得高壓固態軟起動裝置。

可靠性高：裝置的主要電路採用組件式結構，模組化安裝方式。具有多重過電壓吸收、保護技術。對瞬態的dv/dt、雷電衝擊電壓、操作波過電壓、暫態過渡過程進行多層限幅鉗位。對di/dt、閥開通過程均壓、閥關斷過程的均壓都有獨特的措施和方法。

強弱電間隔離完善：系統強弱電間採用高抗干擾的數字式觸發器與光纖隔離或CT隔離傳輸技術配套，避免了強弱電間相互干擾，使得裝置的高壓性能與低電壓裝置一樣安全可靠。

獨特的故障檢測回報和判斷系統，能夠迅速將檢測結果傳遞到控制電路，聲光報警並隨時採取相應的措施來防止故障擴大。

高壓軟起動器具有>96%高效率（可達97%）遠比其它軟起動器效率高得多。

多種完善的保護功能：短路、過流、限流、過壓、欠壓、過負載、缺相、三相電流不平衡、過熱、通信故障等各種故障狀態報警及時處理保護保護軟起動器及電機。

獨特的散熱及設計使晶閘管部件得到有效冷卻。

任意可選的多種軟起動功能，包括標準軟起、恆流軟起動、雙電壓斜波起動，帶突跳功能軟起動等。

具有體積小，功耗低，高靈敏度、無觸點、安裝方便等特點。

使用條件

環境溫度： -40℃～+50℃

空氣相對溫度不超過90%

海拔高度不超過2000m(海拔超過2000m上可根據具體工況特殊設計)

最高工作電壓不超過額定電壓的110%

電源頻率：50Hz/60Hz+2Hz

優點介紹

1、降低電動機的起動電流，可以避免電源中的電壓降和電壓驟降。減少配電容量，避免增容投資。

2、減少起動應力，延長電動機及相關設備的使用壽命。節省維護成本而節約很多費用。

3、平穩的起動和軟停車避免了傳統起動設備的喘振問題、水錘效應；

4、多種起動模式及寬範圍的電流、電壓設定，可適應多種負載場合，改善工藝。

5、完善可靠保護功能，更有效的保護電動機及相關設備的安全。

6、可頻繁起、停，實現一托多，降低設備採購成本。

典型套用

水泵：利用泵控制功能，在起動和停止時，減少液流衝擊所產生的泵流水錘現象，節省了系統維修費用；

球磨機：利用電壓斜坡起動，減少齒輪轉矩的磨損，減少維修工作量延長使用壽命；

風機：利用固態軟起動器取代了傳統起動器，減少皮帶磨損和機械衝擊；

壓縮機：利用限流，實現了平滑起動，降低電機溫升；

破碎機：利用堵轉保護和快速保護，避免機械故障和阻塞造成電動機過熱而燒毀；

輸送機械：利用軟起動和軟停機控制，實現平滑漸進的起動過程和平滑減速的停車過程，避免了因衝擊而對物料和設備造成的損傷

工作原理

結構

完整的軟起動器是一個標準的電機起動控制器，用來保護和控制中、高壓交流電機。完整包括：隔離開關、保險絲、主真空接觸器、控制變壓器、控制模組、可控矽模組、高壓真空旁路接觸器。軟起動部分僅包括：控制模組、可控矽模組、高壓真空旁路接觸器。

A、隔離開關：在起動器的輸入電源部分裝有一個允許電機直接帶負載起動的隔離開關。這個隔離開關具有負載短路時起動和帶負載停機的過載能力。其最大設計值是：5KV隔離開關使用2300-4160V的起動器，7.2KV用於6000-7200V起動器，而15KV用於10-14KV的軟起動器。

當隔離開關合閘時無法把控制櫃高壓部件部分的門打開。隔離開關帶有連鎖裝置，只有當隔離開關切斷電源時才可以打開機櫃的門。同樣情況當機櫃被打開時隔離開關也無法合閘。隔離開關上的機械連鎖裝置使中壓電源被有效的連鎖住，以保證操作安全。

在控制的中高壓輸入電源部分裝有一個可視視窗，不用打開機櫃門就可以觀察離合開關的閘刀是處於分離或合閘狀態。當隔離開關在分離狀態時有一個分離的刀臂通過機械裝置與地相連線（對於14KV是選項部分）。

B、電源保險絲：對於標準的控制器在每相輸入電源中裝有保險絲進行初級的電源限流。典型的6900V以下的保險絲是ANSI標準R型，而10-15KV的控制器是採用ANSI標準E型保險絲。保險絲的選擇是根據電機的堵轉電流和所對應的固態起動器的過載繼電器。保險絲和過載保護是設計用來防止較低和中等級的故障。這可以防止過載電流超過繼電器額定值，以對較高的超過繼電器保護範圍的故障進行有效的保護。

熔斷器的支架上帶有保險絲指示器（連線接到絕緣的離合器控制電路），當三相中有一相保險絲開路時會自動斷開全部三相電源。

C、SCR電源器件：在每相中是用一對相同參數的SCR反相平行的安裝在一組的。為了達到所有使用電網的峰值電壓要求。對SCR進行串聯，其串聯數如①400A，電壓3300V串聯SCR對數2對， SCR總數12，②600A，電壓6000V串聯SCR對數6對， SCR總數36

D、RC吸收網路：RC吸收網路提供瞬間電壓保護電路，以減少dv/dt衝擊電壓。防止SCR模組的損壞。

E、觸發電路：SCR是用一個持續的脈衝觸發電路，這個電路是採用光纖和脈衝變壓器進行隔離。

F、主真空接觸器：主真空接觸器是用來切斷主電源和SCR迴路的，其電壓比率是：5KV用於2300—4160V，7.2KV用於6000—7200V，15KV用於10—15KV的軟起動器。

套用於順序控制下的接觸器。在正常使用條件下保證其起動次數能夠達到設計時非負載狀態下的使用壽命。主真空接觸器是設計在最大起動比率，旁路接觸器是設計在緊急起動的比率。10-15KV 600A的起動器採用真空拉出式的接觸器，其容量為15KV 600A。這個控制裝置有兩個指示燈、三個電流計時器、電流過流繼電器，並且有一個電容型器件。旁路接觸器裝置也有兩個指示燈和一個電容跳閘元件。

電子控制系統

固態軟起動電子控制電路分為低壓、中高壓兩部分，並隔離成兩個獨立的部分。低壓電子部分包括控制最界面和接口，CPU和主電源板是安裝在低壓控制室中。

A、CPU主控板：CPU板上裝有微處理器和通訊處理器，CPU決定各種操作功能，根據用戶的設定程式和檢測反饋信號來進行控制，CPU主機板上裝有EPROM、EEPROM和DRAM暫存器，以及模擬和數字接口。

B、主電源板：也稱為主觸發板，它包括數字輸入輸出繼電器和接口，並連線到TCB板上，它控制旁路隔離接觸器的動作順序和SCR的觸發，這個板子上產生全部觸發信號和接收來自光纖隔離的反饋信號，把模擬信號轉換為CPU的數位訊號，這些觸發脈衝也是利用光纖對中高壓環境進行隔離。

C、電壓、電子控制部分：中高壓主電源應在TCB、觸發驅動器和TEMP/CT控制板工作之前斷開。

D、TCB（Terminal and Control Board）終端控制板是用戶的接線板，為了滿足UL安全標準，它位於中壓部分，但是並沒有實際和中壓部分聯結，只是和接觸器的控制線圈有連線，這個板子上包括用戶接線端子排、輸出繼電器（全部相同）輸入和控制電源接線、並且包括時間繼電器用於功率因數調整繼電器和其它外部元件。

E、觸發驅動板：位於SCR模組組件上面，這些板子和主電源板通過光纖進行通訊聯繫，通過脈衝變壓器把觸發脈衝信號進行放大來觸發SCR，在每個SCR模組中每一對SCR使用一個觸發驅動電路板。

F、TEMP/CT：溫度控制板和電流互感器板子是裝在SCR模組組件上，通過光纖把散熱器溫度和電流信號送到主電源板。

原理

高壓固態軟起動的控制核心是微處理器CPU。這個微處理控制系統可以對電機進行起動和保護。CPU對SCR進行相角觸發控制以降低加在電機上的電壓，然後通過慢慢的控制加在電機上的電壓和電流平滑的增加電機轉矩，直到電機加速到全速運行。這種起動方式可以降低電機的起動衝擊電流，減少對電網和電機自身的衝擊。同時也減少了對聯在電機上機械負載裝置的機械衝擊，以延長設備的使用壽命，減少故障和停機檢修時間。

A、加速模式：提供了幾種加速模式，你可以根據感應電機的負載情況選擇最合適的起動曲線。

出廠設定為具有限流功能的電壓斜坡，也是最可靠的起動模式，可以滿足大多數套用場合。初始轉矩設定為電機剛好能帶動負載轉動時的值，然後電壓逐漸的平滑上升，在限定的斜坡時間和電機起動電流範圍內，使電機平滑到全速運轉 。下面三種起動狀態的分析：

a、 如果電機在軟起斜坡結束前達到全速運行，自動反震盪電路將會自動的把全壓加到電機上而使斜坡時間不再起作用。可以防止任何的浪涌電流或電機轉矩的脈動。這種情況通常可能會發生在負載沒有加在電機上而電機工作在減壓和低轉矩的電機起動過程中。

b、 如果電機在斜坡時間結束前，沒有達到全速運行，電流限流設定將會按比率的控制最大輸出轉矩,

反饋感測器會自動的防止電機過載失速或超過加速設定時間的故障發生。

c、 限流功能對於電機從電網或發電機中吸取一定數量的電流提供了有效的手段和控制方式，當電機起動轉矩達到限定的起動電流值所對應的轉矩後，就會自動的保持這個轉矩和電流運行，電流限流值不受設定斜坡時間的影響，直到電機達到全速運行為止。當電機達到全速運行後，電機電流降到正常全速運行的電流值，SYGR中、高壓軟起動器有一個全速運行狀態輸出繼電器，從而使旁路高壓真空接觸器閉合，使電機電流經旁路接觸器，從而防止SCR導通所產生的壓降引起的熱損耗，提高了工作效率及可靠性。SYGR是工作在全壓狀態下，正如其它起動器一樣，在電機軟起動後，電網電壓直接加到電機上，但是優於其它起動方式之處在於HPMV具有全電子保護功能，它的靈敏度和對故障保護反映速度是用毫秒來計算，這是常規的電機起動和保護器無法比擬的。

B、中、高壓軟起動器的其它起動方式：

電流斜坡：使用電流閉環反饋可以進行PID調節，使輸出轉矩線性增加到最大值。

恆流控制：起動時，電流快速增加到限定值，一直到電機全速運行。

用戶自定義曲線：用戶可以自定義一個轉矩與時間的起動曲線。當電機起動時可以完全按照你所定義的曲線加速。

速度反饋斜坡控制：用一個來自電機或負載的速度信號作為反饋量對電機進行閉環斜坡軟停。（選項）

減速模式：提供軟停機功能，當停止信號發出時，同時給電機加一個逐漸減小的電壓使電機平滑停機，這和電力剎車不同，實際上軟停車會增加電機的停車時間。這個功能適用於水泵停機控制，以減小水錘現象和對機械結構的損壞及衝擊。

觸發電路

可控矽觸發電路是系統穩定可靠的關鍵部分，觸發電路包括幾個獨特的優點，具有抗噪聲干擾，可以工作在惡劣的工作環境和長久的使用壽命，他不受現場安裝時線路阻抗、短路容量、或開關的快速通斷而產生影響，這些特性包括：

A、自動同步的觸發脈衝以保證每相的導通角的觸發點相同從而不產生誤觸發，這特性適合那些小型工廠自備的發電機設備，MVC PLUS系列可以放心的使用於波動較大且不穩定的電源。

B、穩定可靠的觸發脈衝信號可以在270度的導通角範圍內可靠的使可控矽導通並且不受噪聲信號的影響，以保證不產生誤觸發。

C、閉環觸發控制方式是根據輸出電流和電壓反饋進行平滑的軟起動，以防止由於起動時相間的不平衡而引起電機過熱。

D、觸發信號用脈衝變壓器隔離特殊設計的三相120V低壓控制電源變壓器以確保檢測、觸發板和來自於輸入中壓電源的噪聲和干擾進行隔離，使用具有高絕緣特性的28VAC電源供給脈衝觸發電路，一個獨立的控制電源變壓器經磁隔離後用於所有的低壓電路和CPU。

E、光導纖維隔離用於中壓電源和全部低壓系統之間，在通過CT隔離的信號再通過光導纖維隔離以達到最大限度的隔離和確保全全

性能參數

● 主要技術指標

負載類型：三相異步或同步電機

工作電壓：2.3-13.8KV

功率範圍：160-6000KW

重載型115%負載連續運行，過載500% 1-10秒、850% 0.5-5秒數字微處理器控制、液晶顯示，起動過載和運行過載兩級保護，低壓控制單元與高壓部分採用光纖隔離，機械和電子安全聯鎖裝置，MCC接線排(機電控制中心接線排)。輔助繼電器：多路C型乾式繼電器5A 240V AC可程式繼電器輸出，運行過程中的各種數據統計。

環境溫度：0-50℃

海拔高度：0-1000米

相對濕度：5-95%

● 可調節參數

電機的滿載電流可調

雙斜坡調整—兩個獨立的設定值

初始電壓：10-50%的線電壓

電流限流：100-400%電機的額定電流

加速時間：1-30秒(可延伸至90秒)

軟停時間：1-30秒(可延伸至90秒)

四種水泵控制曲線

速度閉環軟起控制

脈衝突跳起動：0.1-1.0秒(80%線電壓)

每小時起動次數鎖定：1-4次

● 通訊接口及協定

RS485-Modbus、RS485-Profibus

● 國際認證

依據國內CCC認證、歐共體CE認證

主要特色

一、免維護 　可控矽是無觸點的電子器件，不同於其他類型的產品需經常維護導電液體和部件等，把機械壽命變為電子元件使用壽命，連續運行數年也無需停機維護。

二、安裝使用簡單

一個完整的電機起動控制和保護系統，安裝時只需連線電源線和電機線即可投入運行。在加高壓運行前，允許使用低壓對整個系統進行機械及電氣測試。具有自檢測，自學習和自動設定起動參數的功能。

三、備份特性

櫃內裝有可直接起動電機的真空接觸器，如果固態軟起動控制系統出現故障，可利用真空接觸器直接起動電機，以保證生產的連續性。

四、保護與監控

具有自檢程式

可控矽短路保護

電子過載保護和報警

短路保護 　過壓保護　 　欠壓保護

過載保護 　欠載保護　 缺相保護

相序保護 　過熱保護 　堵轉保護

頻率保護 　接地漏電保護 　電流不平衡保護

電機溫度保護 　功率因數監控 　重複起動時間限制

保護功能齊全

缺相保護：為防止電源缺相而導致大電流燒壞電機繞組，出現缺相故障時，則封鎖脈衝，並跳閘，報警；

外部故障保護：控制板外部出現故障時，則切斷電機電源實行保護；

起動逾時保護：如果電壓斜坡起、恆流起動、脈衝突跳起動時間超過了設定的“軟起時間”，則封鎖脈衝，關閉軟起動器，執行逾時保護。此後，應重新設定初始電壓和軟起時間；

過流保護：起動時電機電流超過限幅值，則1S內切斷電機電源實行保護；

運行電流定時限過載保護：運行過程中電機電流過載超過設定時間，則切斷電機電源實行保護；

運行電流反時限過載保護：I²t過載保護；

相序保護：當輸入相序與輸出相序不一致時，將封鎖起動信號，給上一級開關櫃跳閘信號實行保護；

起動間隔時間保護：每小時起動小於6次兩次起動時間間隔大於10分鐘，否則起動器將封鎖起動信號實行保護。

套用場合豐富

常規起動：如船頭推進器、壓縮機、升降機、離心泵、輸送帶，電梯等負載的起動可根據電機額定功率選型。電機起始電壓調整為40%――50%；

重負載起動：如離心機、壓碎機、混合機、磨碎機，攪拌機等的起動可按其額定功率的120%選型。電機起始電壓調整為50%――60%。

套用案例

上海世博會白蓮涇防洪工程

高壓固態軟起動器以世界先進的技術水平、強大完美的保護功能、方便系統的遠程匯流排控制以及優質的售後技術服務獲得了所有評審專家的青睞，也解決了此次工程的眾多難題：

上海世博會白蓮涇防洪工程

1、解決了起動電流過大的難題，實現了用最小電流來平穩加速起動電機，使起動電流從常規的5~7倍下降到2~3倍，從而全面減少了在輸配電方面的設備投入。同時，由於起動

電流的降低，避免了電源的電壓降和電壓驟降，保證了電網性能穩定，有利於其它電力設備的正常運行。較小的起動電流避免了機械部件發熱，降低了損耗，節約了能源。

2、平緩穩定的起動減少起動過程中的機械衝擊，保證了起動設備的正常使用，減少故障率和維修工作量。

其它型式的起動器如：液力耦合器、磁阻起動器、自耦變壓器、電抗器等，只能逐步降低電壓，起動形成的衝擊會使電動機、電源系統受損。高壓固態軟起動裝置通過平

滑升高輸出電壓，實現了無衝擊起動，為電源系統和電動機等部件提供保護，延長其使用壽命。

3、通過對起動6條起動曲線的合適選擇，使電動機和負載起動時處於最佳狀態，並可以滿足不同負載設備的需求。

6條起動曲線對應了不同電機的機械特性，自動調節電機的最大轉矩，以獲得平衡的加速曲線，減少起動過程中的電氣和機械衝擊。

4、通過6條停止曲線，可滿足不同水泵的機械特性，對於高揚程水泵具有最終轉矩可調功能，可有效防止各種工況下水泵停機而產生的水錘效應。

5、通過遠程匯流排控制系統方便地整合到自動化控制系統中，第一時間將設備運行狀態反應出來。當電動機在輕載或空載時，可實現自動降低電壓，提高功率因數，減少銅損和

鐵損，節省了運行經費。

6、完善的通信接口可全面監控軟起動裝置的軟起、軟停、運行的全過程。

另外，和其它型式起動機相比，高壓固態軟起動裝置具有體積小、重量輕、功能全面、性能穩定、操作直觀、易於維護的特點。