YXRQ系列高压固态软启动装置




1、产品简介
高压固态软启动装置是用来控制高压交流电动机启动的设备，它接于电源与电动机之间。YXRQ系列高压固态软启动装置是由多个晶闸管串并联而成，通过控制晶闸管的触发角来控制输出电压的大小，可以满足电机启动过程中不同电压和电流要求。在电机启动过程中，YXRQ系列高压固态软启动装置按照预先设定的启动曲线，增加电机的端电压，使电机平滑加速，从而减少电机起动对电网、电机和相连设备的电气和机械冲击。当电机启动达到正常转速后，旁路真空接触器或断路器接通，电机启动完成。电机运行过程中，软启动装置继续监控电机，实时测量电机电流、电压，并提供各种故障保护。
与其它传统的启动方法相比较，其特有的智能控制方式，既可以方便准确的设置启动转矩、启动电流、启动时间、停机时间等参数，又可以与微机、PLC等进行联网控制。
高压软启动器现已在机械制造、水泥生产、冶金、矿山、采油、化工、水处理、石化等行业泵、风机、抽油机、空气压缩机、球磨机、起重机、压缩机、破碎机、传送机、升降机、离心机、轧钢机等多种负载上得到广泛应用。
 
2、性能指标

类别	说明
交流电压	AC3KV/6KV/10KV，±10%-15%；
负载类型	三相高压交流异步电动机
频率	50 Hz±2Hz，或者60 Hz±2Hz
主回路组成	3KV,12SCRS；6KV,18SCRS； 10KV，30SCRS；
瞬时过压保护	均压保护器和阻容吸收网络
冷却方式	自然冷却
旁路接触器	具备直起容量的接触器
控制方式	两线制或三线制
环境条件	环境温度：-10-40℃，海拔：不超过1000米， 相对湿度：不超过90%。

 
3、工作原理



图1.1 高压软起动器原理框图
YXRQ系列高压固态软启动装置采用连续无级升压启动方式，通过软件控制使电动机在启动时，定子电压由某个初始值逐渐上升到全压，并在升压过程中，限制电流的增加。在此过程中，RC阻容吸收单元吸收可控硅关断时的尖峰电压；均压电阻擎制可控硅电压，保证串联回路中每只可控硅电压相等。光纤触发保证了控制器与高压可控硅之间的电气隔离，同时保证了触发信号不受电磁干扰。



图1.2 三相交流调压电路
软启动设备的三相调压电路中（如图1.2），反并联晶闸管接于电源和电动机之间。晶闸管的控制方式采用相位控制，即晶闸管在电源电压的每一个周期内，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻可以达到调压目的。
串联在电动机主回路中的晶闸管可以看做是一个非线性电阻，晶闸管导通状态时为低阻抗，截止状态时为高阻抗。电动机采用三相三线接线，以A相为例，当AB形成回路，AC形成回路，或者AB和AC同时形成回路时，A相才会有电流。
电动机在晶闸管的控制下可能会出现三种运行状态，即三相全导通，两相导通和三相全不导通。当触发角α<30°时，处于三相导通状态；当30°<α<60°时，处于三相和两相交替导通状态，当60°<α<90°时，处于两相交替导通状态；当90°<α<150°时，处于两相交替导通和截止状态；当α>150°时，晶闸管不能工作。
下图为不同触发角时的输出电压波形图。


图1.3 触发角=30°时输出电压波形



图1.4 触发角=60°时输出电压波形




图1.5 触发角=90°时输出电压波形




图1.6 触发角=120°时输出电压波形
4、控制系统
YXRQ系统高压固态软启动器控制系统由软启动控制器、脉冲调制、取能触发三部分组成。




图1.7  控制系统框图
1）软启动控制器
控制器由CPU控制板(采样板)、光纤触发板、电源板、显示屏组成，软启动控制器装有MCU微处理器，可以实现光电隔离的开入开出控制、电压电流信号采集、通讯、同步信号检测与控制，显示屏通讯与控制、保护功能等。
人机交互采用触摸屏，与控制器连接，可以直接对控制器设置参数，按照不同配置要求，触摸屏可使用7寸、10.1寸等。
2）脉冲调制
脉冲调制是将软启动控制器传送过来的光纤调制信号转换成电信号，再将触发信号调制成高能脉冲电流信号。软启动控制器和脉冲调制之间通过光纤传输，实现了电气隔离。
3）取能触发
高能脉冲电流信号流过高频脉冲变换器时，变换器二次侧可感应出电流信号，将感应电流信号转换成脉冲电压信号后，可实现对可控硅的触发。脉冲调制和取能触发之间使用电磁感应连接，没有直接电气连接，实现了电气隔离。
 
5、结构设计
YXRQ系列高压固态软启动装置设计为柜式结构，根据产品代号可分为标准型，一体化固定式，一体化嵌入式（手车式）。
1）标准型
标准型柜体框架为50角钢焊接而成，坚固牢靠。柜体设计为柜底进出线方式，在投入运行前，只需要将高压固态软起动装置串联接入高压开关柜和高压电动机之间即可。具体电气一次方案图见图1.8。




图1.8.1 标准型高压固态软启动装置电气一次方案图1
YXRQ系列高压固态软起动装置标准型柜内一次器件包括：真空交流接触器、串联晶闸管模块、过电压保护器、高压电流互感器、高压电压互感器、软启动控制器、电源模块等。启动装置内部结构简单，各部分模块化，维护检修简单方便。器件在柜内的布置图见图1.9.1。
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图1.9.1  标准型固态软启动装置内部布置图1
1、真空接触器 2、晶闸管模块 3、触发模块 4、电压互感器 5、电流互感器6、传感器  7、绝缘子  8、过电压保护器



图1.8.2 标准型高压固态启起动装置电气一次方案图2




图1.9.2  标准型固态软启动装置内部布置图2
1、真空接触器  2、真空接触器  3、晶闸管模块  4、触发模块  5、电压互感器  6、电流互感器  7、传感器  8、绝缘子  9、过电压保护器 
 
2）一体化固定式
一体化固定式柜体由XGN2-12柜体改型而成，柜体采用角钢焊接，外敷钢板结构。柜内分母线室、断路器室、继电器室和电缆室四个独立的隔室组成，各室由金属封板隔开。柜体设计为柜底进出线方式，或者柜顶进出线方式。在投入运行前，只需要将高压固态软启动装置串联接入高压系统和高压电动机之间即可。具体电气一次方案图见图1.10。




图1.10 一体化固定式高压固态软启动装置电气一次方案图
一体化固定式软启动设备柜内一次器件包括：固定式真空断路器、隔离刀、交流接触器、串联晶闸管模块、过电压保护器、高压电流互感器、高压电压互感器、软启动控制器、电源模块等。起动装置内部结构简单，各部分模块化，维护检修简单方便。器件在柜内的布置图见图1.11。




图1.11  一体化固定式固态软启动装置内部布置图
1、电压互感器  2、隔离刀  3、电流互感器  4、传感器  5、真空接触器 6、绝缘子  7、过电压保护器   8、晶闸管模块   9、触发模块
 
2）一体化嵌入式（手车式）
一体化嵌入式（手车式）柜体由KYN28-12柜体改型而成，柜体采用敷铝锌板经CNC机床使用多重折弯工艺加工之后栓接而成。柜体防护等级高，可防止杂物和虫害侵入。断路器采用手车式，安装在断路器室内；控制器及二次器件安装在低压室内；电压互感器安装在母线室内；真空旁路接触器及电流互感器安装在柜内电缆室内。
一体化嵌入式是可控硅阀组件通过导轨推入固定在断路器下方的电缆室内。
一体化手车式是可控硅阀组件通过底盘车推入固定在断路器下方的电缆室内。
在投入运行前，只需要将高压固态软启动装置串联接入高压系统和高压电动机之间即可。具体电气一次方案图见图1.12。




图1.12 一体化嵌入式（手车式）高压固态软起动装置电气一次方案图
一体化嵌入式（手车式）软启动设备柜内一次器件包括：移开式真空断路器、交流接触器、串联晶闸管模块、过电压保护器、高压电流互感器、高压电压互感器、软启动控制器、电源模块等。起动装置内部结构简单，各部分模块化，维护检修简单方便。器件在柜内的布置图见图1.13。




图1.13  一体化嵌入式（手车式）固态软启动装置内部布置图
1、电压互感器  2、熔断器  3、电流互感器  4、传感器  5、真空接触器 6、过电压保护器  7、零序电流互感器   8、晶闸管模块   9、触发模块
 
6. 用户菜单与设置
YXRQ系列高压固态软启动设备显示界面采用7寸或10寸高性能工业触摸屏，具有65536色彩显示以及800*480点位的高分辨率，画面显示更加细腻逼真。
主界面有日期、时间、系统频率、三相电压、三相电流，负载率，起动时间，闭锁剩余时间，起动方式、停机方式、运行状态、闭锁状态，公司信息等显示，以及系统设置、起停设置、保护设置、事件记录、时间设置等操作按钮组成。




图6.1 显示主界面
三相电流：软启动设备在启动、运行、软停过程中，A、B、C三相电流的有效值
三相电压：软启动设备在启动、运行、软停过程中，UAB、UBC、UCA三相线电压的有效值；
系统频率：系统电源频率，本设置支持50HZ和60HZ电源系统。
平均电流：软启动设备在启动、运行、软停过程中，三相电流平均值；***
负载率：软起动设备在启动、运行、软停过程中，三相电流平均值对额定电流的比值；
触发角：软启动设备在启动、软停过程中，实时触发角；
起动时间：软启动设备本次启动的起动时间，下一次起动前起动时间清零。
倒计时间：软启动设备启动完毕后，离下一次允许起动时的时间剩余。
起动方式：软启动设备当前所选择的启动方式，如：电压斜坡、限流斜坡、突跳斜坡；
停机方式：软启动设备当前所选择的停机方式，如：自由停机、软停机；
运行状态：软启动设备当前所处的工作状态，如：备妥、起动、运行、软停、故障、测试和通讯中断；
电机相序：当前接入到软启动设备ABC三相电源的相序，如为正序，则显示位正相序，如为负序，则显示位反相序，如无电压则显示为未知相序。
主断路器：软启动设备前面电机柜开关状态，开关合位变红，分位变绿。一体化软启动中上级上级开关为本柜中真空断路器。
旁路开关：软启动设备中旁路开关状态，开关合位变红，分位变绿。
起动闭锁：软启动设备启动完毕后，离下一次起动的间隔时间未到，闭锁状态变红色，不允许起动；间隔时间到后，闭锁状态变绿色，允许起动。
 
7. 屏柜特点
♦多种启/停方式，多种保护功能，实时显示运行状态，控制参数可在线调整。
♦ 备份特性：装置内部装有可直接启动电机的真空接触器，如果软启动出现故障，可利用真空接触器直接启动电机，以保证生产的连续性。
♦ 以高压晶闸管为主回路部件，并具有均压保护和过电压保护系统。
♦ 安装电磁闭锁装置，防止在带电情况下误入高压装置内。
♦ 先进的光纤传输技术，实现高压晶闸管的触发检测与低压控制回路之间的隔离。
♦ 具有RS-485 通讯接口，可与上位机或集中控制中心进行通信。