CN201797473U - 基于可变电抗的无功补偿软起动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其由以功率变换电路(6)和与之并联的控制线圈(5)构成的软起动回路，以电压和电流传感器(4)、控制器(14)和电容器组(9)构成的控制回路，以起动开关KM1、运行开关KM2分别与可变电抗器(7)组成串并联作为电动机的启动开关和运行开关，以可变电抗器的一端与电动机(13)串联、并通过充电开关KM3、补偿开关KM4与电容器组并联组成的无功补偿回路组成；高压隔离开关(2)与快速熔断器(3)串联在电网(1)与可变电抗器之间。本实用新型能够实现电机的软起动和无功补偿，减少电机对电网的电流冲击和电网电源向电机提供无功功率，从而提高电网的稳定性和节约电能。

Description

基于可变电抗的无功补偿软起动装置 

技术领域

本实用新型涉及一种电机软起动装置，特别是一种基于可变电抗的无功补偿软起动装置。 

背景技术

随着国民经济的不断发展，电机的大型化带来了一系列的问题，如起动冲击问题、起动力矩问题、起动时功率因数低问题等，其中交流电机的起动一直是人们关注的课题。 

目前国内有相关的产品，如西普公司的STR、先导倍尔公司的RQD-D7等，实现的功能有：电压斜坡起动、恒电流起动、软停车、自由停车，过电流、三相不平衡、过热、缺相保护，实时监测、软起动参数设置。也存在相关专利，如：低压电动机智能软起动补偿控制装置(ZL200720073919.9)、高压软起动器晶闸管串联装置(CN2914486)等。然而这些产品和专利存在的不足之处也比较明显：大部分软起动器仅适用于低压电机起动，而高压软起动器一般采用在主回路直接串连晶闸管的方案，晶闸管的耐压要求高限制了其适用范围，且软起动时没有无功补偿功能。 

为此，本申请者先前发明了“一种电机的软起动装置”(ZL200620096602.2)，属磁控式软起动装置，该装置是将可变电抗器串接在主回路中，通过调节串接在电抗器二次侧的晶闸管的导通角，来调节电抗器的阻抗，从而调节电抗器的分压，达到调节电机的起动电流的目的。这种方案不受晶闸管耐压能力的限制，所以增加了磁控式软起动装置的适用范围，降低了成本。但是在多年的运行实践中，项目发明人发现起动时功率因数过低，需要另外增加无功补偿装置。因此，有必要开发一种集软起动和无功补偿于一体的基于可变电抗的无功补偿软起动装置。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对电机软起动时功率因数过低、对电网冲击大的不足，提供一种可动态补偿无功功率的基于可变电抗的无功补偿软起动装置。 

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：由软起动回路、控制回路、无功补偿回路、电动机的启动开关和运行开关组成，其中，软起动回路由功率变换电路和与之并联的控制线圈构成；电压和电流传感器、控制器和电容器组构成控制回路；起动开关KM1、运行开关KM2分别与可变电抗器组成串并联作为电动机的启动开关和运行开关；可变电抗器的一端与电动机串联，并通过充电开关KM3、补偿开关KM4与电容器组并联，由此组成无功补偿回路；可变电抗器的另一端通过电压和电流传感器、快速熔断器和高压隔离开关与电网串联。 

所述的电压和电流传感器，其输出端与控制器的模拟信号输入端相连。 

所述的控制器，其将采集的电压和电流信号直接控制电容投切接触器的吸合和断开。 

所述的控制器，其将采集的电压和电流信号直接控制着起动开关KM1、运行开关KM2、 充电开关KM3和补偿开关KM4的吸合和断开。 

所述的功率变换电路是由触发单元和两组反并联的晶闸管组成，其中：晶闸管电路的电流输出端与控制线圈的两端相连接；触发单元与晶闸管电路的触发输入端相连接；触发单元的给定电流输入端和控制器相连接。 

所述电容器组是由多组快速熔断器和电容投切接触器与一组电容器的串联电路经过并联后形成。 

所述一组电容器是由多个不同的电容容量的电容器并联组成，每一个电容器支路上都串联一个电容投切接触器。 

本实用新型除了具有专利公告号CN2904474Y公开技术的所述优点外，还具有以下优点： 

1.电机在起动和正常运行时，电容器组对电机进行无功补偿。 

2.控制器可根据采集的电流和电压数据动态的控制电容器的投入和切除，实现电机软起动无功补偿的智能化控制。 

3.集软起动和就地无功补偿于一体，更大地方便了用户的使用，大大减少了安装场地和节约成本。 

为证明上述优点，以正常运行时为例，电流在电感元件控制线圈中作功时，电流超前于电压90℃。而电流在电容元件中作功时，电流滞后电压90℃。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180℃。在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力，实现无功补偿。 

附图说明

图1是基于可变电抗的无功补偿软起动装置的电路结构示意图。 

图中：1.电网；2.隔离开关；3.快速断路器；4.电压和电流传感器；5.控制线圈；6.功率变换电路；7.可变电抗器；8.交流接触器；9.电容器组；10.快速熔断器；11.电容投切接触器；12.电容器；13.电动机；14.控制器。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。 

本实用新型是一种对本申请者原有“一种电机的软起动装置”(ZL200620096602.2)的改进型装置。本实用新型的电路结构如图1所示：主要由电压和电流传感器4、控制线圈5、功率变换电路6、可变电抗器7、电容器组9和用于电容投切的控制器14组成。可变电抗器7通过隔离开关2(QS)和快速断路器3(QF)连接至电网1中。 

所述的隔离开关2，完成隔离高压电源，保证安全检修，并能够通断一定的电流。该隔离开关可采用工业上常用的隔离开关，如GN19-10C/400型隔离开关。 

所述的快速断路器3对电源线路实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，快速断路器可采用DZ47-63/3D10高分断小型断路器。 

电压和电流传感器4、控制器14和电容器组9构成控制回路。 

所述的功率变换电路6，其两接线端分别与控制线圈5的两端相连接构成软起动回路；通过直接控制线圈5的电流，进而控制可变电抗器7的电流，实现电动机13的软起动。功率 变换电路由触发单元和两组反并联的晶闸管组成，其中：晶闸管电路的电流输出端与控制线圈5的两端相连接；触发单元与晶闸管电路的触发输入端相连接；触发单元的给定电流输入端和控制器相连接。晶闸管可采用MTC型号，根据需要确定电流和电压等级。 

所述的可变电抗器7，其一端与电动机13的一端串连，并通过交流接触器8与电容器组9并联，由此组成无功补偿回路。可变电抗器7的另一端通过电压和电流传感器4、快速熔断器3和高压隔离开关2与电网1串联。 

所述交流接触器8包括起起动开关KM1、运行开关KM2、充电开关KM3和补偿开关KM4，其中，起动开关KM1、运行开关KM2分别与可变电抗器7组成串并联作为电动机13起动开关和运行开关。 

所述的电容器组9，由多组快速熔断器10和电容投切接触器11(KMn)与一组电容器12的串联电路经过并联后形成。其中，快速熔断器当电路电流一过载，其熔丝在焊点的作用下，迅速发热，迅速断开熔丝，保护其它器件。电容投切接触器同样能实现电力的开断，控制电容器12的投入和切除，区别于目前使用的交流接触器8的是这种电容投切接触器能够有效降低浪涌冲击对电容器的影响，以延长电容器的使用寿命。电容器通过在电路中的投入和切除，实现无功补偿。快速熔断器可采用RS32系列熔断器，电容投切接触器可采用LC1D.K系列。一组电容器12由多个电容容量不同的电容器并联组成，它们可采用CZ82系列的油浸电容。每一个电容器支路上都串联一个电容投切接触器11。 

电容器组9由控制器14控制，控制器4根据所检测的无功补偿容量的需要，控制电容投切接触器11的吸合或断开，来控制电容器12的投入和切除，对电动机13进行无功补偿。 

所述的控制器14，实现接收电压、电流传感器检测的信号量，同时获得功率因数大小，进行分析处理，动态的选择投入或切除电容器的组数实现无功补偿。控制器可选取单片机或者DSP，然后根据选择的控制器建立相应的A/D转换模块、I/O模块等。 

在控制器14控制下，图1所示的起动开关(KM1)、运行开关(KM2)、充电开关(KM3)和补偿开关(KM4)完成电力的开断和控制电路，利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。这些交流接触器可采用CJX2系列交流接触器，该接触器接通和分断电路、频繁地起动和控制交流电动机。 

本实用新型还包括用于检测电路电压和电流传感器4，该传感器的输出端与控制器14的模拟信号端输入端连接。 

本实用新型提供的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其通过闭合高压隔离开关和快速熔断器给该装置上电。电机起动前，通过闭合充电开关对电容器组充电。电机起动时，断开充电开关，闭合补偿开关，闭合起动开关，可以实现电机的软起动；当电机完成起动过程后，则运行开关合上，起动开关断开；在起动和运行过程，控制器根据检测到的电压、电流和功率因数的大小来动态的选择投入或切除电容器的组数实现无功补偿。同理，当电机停车时，先合上起动开关，运行开关断开，电机进行软停车；电机完成停车过程后，起动和补偿开关断开，电机处于停车状态。 

下面结合图1叙述本实用新型的具体工作过程。 

主电路由断路器QF、运行开关KM2、起动开关KM1、软起动器、电容器组9(无功补偿装置)等构成。控制器14对信号检测电路的电压电流信号进行处理，计算出电网的电压、电流、功率因数等电力参数，根据计算得到的功率因数大小来选择投入或切除最合适的电容器组9，动态地控制电容投切接触器11的吸合与断开。电动机13软起动时，隔离开关QS、快速断路器QF闭合，同时充电开关KM3闭合，对电容进行充电；当电动机13进行软起动时，起动开关KM1闭合，充电开关KM3断开，补偿开关KM4闭合，电容投切接触器11(KMn)由控制器控制吸合，此时电容器组9开始放电。为了保护软起动器，起动完毕，运行开关KM2闭合，起动开关KM1断开，起动过程结束。无功补偿装置由控制器控制，从而达到动态补偿的目的。当电动机13停车时，运行开关KM2断开，起动开关KM1闭合，电动机13进行软停车；电动机13完成停车过程后，起动开关KM1断开，补偿开关KM4断开，电动机13处于停车状态。 

Claims (7)

1.一种基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征是由软起动回路、控制回路、无功补偿回路、电动机(13)的启动开关和运行开关组成，其中：软起动回路由功率变换电路(6)和与之并联的控制线圈(5)构成；电压和电流传感器(4)、控制器(14)和电容器组(9)构成控制回路；起动开关KM1、运行开关KM2分别与可变电抗器(7)组成串并联作为电动机(13)的启动开关和运行开关；可变电抗器(7)的一端与电动机(13)串联，并通过充电开关KM3、补偿开关KM4与电容器组(9)并联，由此组成无功补偿回路；可变电抗器(7)的另一端通过电压和电流传感器(4)、快速熔断器(3)和高压隔离开关(2)与电网(1)串联。

2.根据权利要求1所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征是电压和电流传感器(4)的输出端与控制器(14)的模拟信号输入端相连。

3.根据权利要求1所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征在于所述控制器(14)，其将采集的电压和电流信号直接控制电容投切接触器(11)的吸合和断开。

4.根据权利要求1所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征在于所述控制器(14)，其将采集的电压和电流信号直接控制着起动开关KM1、运行开关KM2、充电开关KM3和补偿开关KM4的吸合和断开。

5.根据权利要求1所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征是功率变换电路(6)是由触发单元和两组反并联的晶闸管组成，其中：晶闸管电路的电流输出端与控制线圈(5)的两端相连接；触发单元与晶闸管电路的触发输入端相连接；触发单元的给定电流输入端和控制器(14)相连接。

6.根据权利要求1所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征在于所述电容器组(9)是由多组快速熔断器(10)和电容投切接触器(11)与一组电容器(12)的串联电路经过并联后形成。

7.根据权利要求6所述的基于可变电抗的无功补偿软起动装置，其特征在于所述一组电容器(12)是由多个不同的电容容量的电容器并联组成，每一个电容器支路上都串联一个电容投切接触器(11)。

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