摘 要：本文從電機軟起動的好處談起介紹了電機軟起動器的原理及一種具有較高性價比的高壓電機軟起動裝置，并詳細地介紹了該裝置在某石化公司催化裂化裝置鼓風電機軟起動中的應(yīng)用情況。 關(guān)鍵詞：電機 軟起動 開關(guān)變壓器 晶閘管 Abstract: This article from the motor soft start talking about the benefits of introducing a soft starter motor and the principle of a higher cost of high-voltage soft starter motor, and details on the installation of a petrochemical company in the catalytic cracking unit electrical blast Soft start in the application. Key words: Motor Soft-start Transformer Switching Thyristor 1.引言 　　交流異步電機以其優(yōu)良的性能及無需維護的特點，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，特別在石油的催化裂化裝置中隨著裝置的增大送風電機的容量也隨之增大。然而由于起動時產(chǎn)生較大的沖擊電流，同時由于起動應(yīng)力較大[3]，使電機本身及傳動的機械設(shè)備承受較大的沖擊造成壽命降低。傳統(tǒng)的星/角、自藕降壓起動方式雖然有助于改善電機的起動性能，但并沒有從根本上解決問題. 　　在電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，軟起動器得到了廣泛的應(yīng)用。利用晶閘管、單片機技術(shù)實現(xiàn)電機軟起動和軟制動是目前普遍采用的一種較好的方法[2]。國內(nèi)外也涌現(xiàn)了一大批軟起動廠商，比如國外的AB、ABB、西門子，國內(nèi)的西普等公司，但起動裝置在性能及價格上存在較大的差異。本文從電機軟起動的好處談起介紹了一種具有較高性價比的高壓電機軟起動裝置及其在某石化公司催化裂化裝置中的應(yīng)用情況。 2.軟起動的好處 　　普通鼠籠式電動機在空載全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍。當電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，這會破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運行，甚至會引起電網(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。因此，一般要求經(jīng)常起動的電動機引起的電壓波動不大于10%;偶爾起動的電動機引起的電壓波動不大于15%。采用軟起動后起動電流可降為額定電流的1.5～3倍，可大大降低電網(wǎng)電壓的波動率。電動機直接全壓起動時的大電流在電機定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，加大了定子線圈（尤其是端部）與鐵芯的磨損，會破壞繞組絕緣;鼠籠條上的沖擊力也容易引起斷裂，引起電機故障。電動力的大小與電流的平方成正比。電動機直接全壓起動時的大電流會使定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生大量的焦耳熱。燒損繞組絕緣，降低電機壽命。軟起動可以大大降低發(fā)熱量，提高電機壽命。 3.基本原理 　　用晶閘管控制的電機軟起動裝置是在19世紀出現(xiàn)的。當時美國航天局有一位“弗蘭克”的工程師取得了一項專利，叫“功率周波控制器”，利用晶閘管反并聯(lián)、調(diào)節(jié)晶閘管的導通角達到交流調(diào)壓的目的，為解決在空載和輕載時交流異步電動機功率因數(shù)過低的問題，此技術(shù)得到了應(yīng)用。后來又引入電流反饋技術(shù)，使該項控制水平大幅度提高，得到廣泛的采用，美國將采用此技術(shù)的裝置命名為“節(jié)電器”。 3.1相控調(diào)壓 　　由電機學可知，電機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有三個：電磁轉(zhuǎn)矩、空載制動轉(zhuǎn)矩和負載制動轉(zhuǎn)矩。其中電磁轉(zhuǎn)矩起拖動電機的作用，它與電機端電壓的平方成正比 　　只要能夠平滑的調(diào)節(jié)機端電壓就能夠達到軟起動的目的。經(jīng)閘管的相空調(diào)壓電路就可以實現(xiàn)這一功能。 [align=center] 圖1 相控軟起原理圖[/align] 　　由電力電子理論有，電機的相電壓與電源相電壓、觸發(fā)延時角及功率因數(shù)角有關(guān)[4]。所以改變觸發(fā)角度就可以改變電機端電壓起到軟起動的效果。此時的相電壓是非正弦的，上下半周對稱[1]。 3.2開關(guān)變壓器調(diào)壓原理及特點 　　當前國內(nèi)外低壓電機的軟起動器已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用，對于較大型電力電子裝置，當單個電力電子器件的電壓或電流定額不能滿足要求時，往往需要將電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)起來工作[4]，由于元件生產(chǎn)工藝所限各器件參數(shù)存在一定差異這就大大降低了晶閘管串聯(lián)使用的可靠性，這也是高壓電機軟起動沒有得到迅速發(fā)展的主要因素，而開關(guān)變壓器技術(shù)巧妙的回避了這一技術(shù)壁壘。 　　它的基本工作原理如圖2所示，是用開關(guān)變壓器來隔離高壓和低壓，開關(guān)變壓器的低壓繞組與可控硅和控制系統(tǒng)相連，通過改變其低壓繞組上的電壓來改變高壓繞組上的電壓，從而達到改變電動機端電壓的目的，以實現(xiàn)電動機的軟起動。其特點如下： [align=center] 圖2 開關(guān)變壓器原理單線圖[/align] 　　1） 電壓和電流能從零起連續(xù)可調(diào)，對電動機無轉(zhuǎn)矩沖擊，對電網(wǎng)無沖擊;轉(zhuǎn)速慢慢上升，有利于潤滑，能延長電動機及機械設(shè)備的使用壽命。 　　2） 控制靈活，重復精度高。在起動過程中，能在額定電流以內(nèi)給電動機以充分加速，因此能最大限度的降低起動電流最大值，最大值保持時間短。 　　3） 開關(guān)變壓器是一種高可靠性設(shè)備;低壓側(cè)電壓低，不用采用可控硅串聯(lián);可控硅的控制技術(shù)很成熟，因此該裝置為高可靠性設(shè)備。 　　4） 該裝置本身功耗很小，可以連續(xù)起動，可以一拖多（容量可不同）。 4.某石化企業(yè)應(yīng)用情況 　　中國石化燕山分公司千萬噸煉油擴建項目中，催化裂化裝置的送風電機由原來的9000kW，增容至12000kW因現(xiàn)有電網(wǎng)情況不能滿足直接起動的要求，所以需要增設(shè)軟起動裝置一套。由于石油催化裂化裝置生產(chǎn)工藝的特殊性，所以裝置中主風機的可靠起動關(guān)系著生產(chǎn)的連續(xù)性及安全性。 　　國內(nèi)外現(xiàn)有的高壓電機起動方式有串電抗器、自藕變壓器、水電阻、電子式固態(tài)軟起動器、開關(guān)變壓器式軟起動器、高壓變頻軟起動器，在綜合考慮各種軟起動方式的優(yōu)缺點后燕山石化最終選定了DJRQ03-12000-1型開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動裝置，以下是該電機的起動情況。 4.1.燕山石化三催化12000kW高壓電機及負載相關(guān)參數(shù)： 　　電機：額定功率12000kW，額定電流1322A，額定電壓6kV。（佳木斯電機廠生產(chǎn)） 　　風機：AV-50系列軸流壓縮機。（陜西鼓風機集團有限公司） 　　電網(wǎng):變壓器—電動機組供電方式,20000kVA變壓器,電壓等級為35kV/6kV 4.2.起動情況 　　2007年4月11日上午10：05分光軸起動12000kw電機，最大起動電流3000A（為額定的2.27倍）、起動時間10.4秒、6kV母線電壓降30%。起動曲線如圖3所示： [align=center] 圖3 起動曲線[/align] 　　2007年4月16日，輕載起動負載靜葉開度為22度，最大起動電流為2850A（為額定的2.16倍），起動時間為40s, 6kV母線電網(wǎng)最大壓降為25%，起動曲線如圖4所示： [align=center] 圖4 起動曲線[/align] 　　由以上兩圖可見其電壓波動率較大，這和系統(tǒng)短路容量有關(guān)。該項目是改造項目，原來該系統(tǒng)用于9000kW電機，現(xiàn)改為12000kW電機，系統(tǒng)不變?，F(xiàn)在電機電流已做得很小，說明起動裝置性能好，如果不能把起動電流控制得很小，電壓波動還要大。 5.結(jié)語 　　用開關(guān)變壓器式軟起動裝置起動大電機成功經(jīng)驗消除了人們的疑慮，解決了大電機起動國產(chǎn)化的問題，在國家大力強調(diào)自主創(chuàng)新的今天，無疑具有非常重要的意義。 參考文獻： 　　[1] 　張大禹，紀延超 中壓異步電機軟起動裝置的研制，電氣應(yīng)用， 2008.8 　　[2]　王新巖 軟起動器的特點及其應(yīng)用 ，電力自動化， 2007.8 　　[3] 王毅 趙凱岐 徐殿國 電機軟起動控制系統(tǒng)中功率因數(shù)角的研究，中國電機工程學報，2002.22 　　[4] 張巖 王歡 , 從電力電子技術(shù)看中壓電機的軟起動，控制與傳動，2005.3 　　[5] 孫樹樸 電力電子技術(shù),中國礦業(yè)大學出版社2000 年7月 　　[6] 吳大榕,電機學 , 電力工業(yè)出版社，1978年。 　　[7] 周希章、周全 ,電動機的起動制動和調(diào)速,機械工業(yè)出版社，2001年 　　[8] [英]M.G.SAY著.錢慶鑣等譯, 交流電機,中國計量出版社，2000年 　　[9] 楊芳春主編 ,電機與傳動,煤炭工業(yè)出版社，1995年 　　[10] 馮欣南編 , 電機學, 機械工業(yè)出版社，1985年