[发明专利]三相整流桥组成的低压和高压电机软起动器

说明书

(一)技术领域

本发明主要涉及到380v/3-6-10kv交流电动机的无冲击电流起动和晶闸管电网换流电路中可控整流电路及交流调压电路的应用。

(二)背景技术

交流鼠笼型感应电动机结构简单紧凑、坚固耐用，在进行电能变机械能转换时效率高，维修方便，应用量大面广。但由于起动时电流达5-7倍额定电流，造成对负载的冲击、电能的损耗和电网电压的下降…还给其它用户带来影响。上世纪80年代SCR固态软起动器问世以来，较满意的解决了交流电动机存在的起动问题。当时欧洲power半导体有限公司在世界上首先生产“lectron”SCR固态软起动装置，接着AB、丹佛斯、施耐德、ABB等均有较高质量的产品进入我国市场。国内SCR固态软起动的产品的市场开拓起步于20世纪90年代初，其中西安西普电力电子有限公司是首家批量生产交流电机SCR固态软起动器的厂家，该厂自行开发研制的STRA固态软起动器是90年代具有国际先进水平的高技术产品；上海西普信息技术有限公司是国内软起动器行业起步较早的企业，上海西普电气集团上海研发中心2005年推出了具有完全自主知识产权的XPR1-CN系列智能化液晶汉显电机SCR固态软起动器产品，使国产品牌SCR固态软起动器产品达到世界先进水平。

近10～20年来SCR固态软起动器产品的发展主要体现在控制技术的智能化，如数字式芯片的应用，控制方法的改进，起动模式的更新和保护功能的齐全等等。无论是国内知名品牌还是国外进口产品其核心组成部分——主电路拓扑结构均毫无例外地采用SCR三相反并联交流调压电路(JL)，并都将调压电路接于交流电源与电机之间，当定子电压升至全压时利用并联接触器常开接点的旁路原理使SCR断流并同时使电机施加全压。迄今为止，这一工作模式和硬件组成仍然未变。从长沙黑色治金矿山设计院孙祖华的“八十年代的电力传动及控制-鼠笼型电动机软起动和调速”文章的刊登到湖南生物机电学院谢庆华陈涌论文“交流电动机软起动及优化节能控制技求的研究”在《电气技术》(CES学术舆论媒体)2007第3期的发表；从欧洲POWER半导体有限公司“Lectron”SCR固态软起动装置到西安西普数字式交流电动机软起动器WP-STRA产品的发布和2005年上海西普XPR1-CN系列智能化中文《电机软起动器应用装置电气原理与图集》的问世，将近二卅年左左的时间，SCR固态软起动器主电路拓扑结构这块世袭领地一直被三相反并联晶闸管交流调压电路所占领，这使人们产生了一种错觉：作为当代晶闸管固态软起动器核心卩份的主电路拓扑结构采用反并联交流调压电路似乎是天经地义无可非议的。发明人在1991年第一期《湖北工学院学报》中发表了一篇题为“相控整流电路通用公式的推导”论文，该文讨论了电网自然换流电路共同工作原理、数量关系、波形特点和电路演变规律，在该文P59页图2(21-24)中作者揭示了SCR三相反并联交流调压电路和SCR三相桥式全控整流电路相互演变的规律，并用‘→’指出了三相桥式可控整流电路演变成为三相反并联交流调压电路的过程。所以该文图2(21-24)电路所示等效变换及演变过程的结果就是本发明的理论依据。

另外，由于历史原因，我国过去异步电机的技术标准规定：凡功率小于400KW的电机定子绕组额定电压定为380V，而功率大于450KW电机，早期定为3KV，晚期定为6KV，后来又定为10KV，这样做的主要原因，也是为了减小起动电流，因为高压大功率电动机直接起动造成的恶果及影响，比380V电机更为严重。如我国传统产业中的风机、水泵(压缩机、输油、输气)拖动系统中的高压异步电动机常因起动电流太大而引起电网电压急剧下降、以致影响其它工艺设备正常运行，因而不得不被限制“停机”以免再起动造成相同影响，由此导致系统“放空回流”，电能白白浪费。由于高压SCR固态软起动器需要高压大功率晶闸管或串并联及电隔离技术，技术复杂、成本高，其价格高达液阻的5-10倍，致使高压SCR固态软起动器长期受到冷落。为迅速改变高压电动机同类运行出现的这种“低效高耗”状态，满足高压电机拖动的生产工艺设备“起-停”要求，研制价格适中成本低廉的高压软起动器，事在必行。2005年第3期《电力电子技术》杂志刊登的“基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器”一文，介绍了在饱和电抗器的励磁绕组中，采用SCR反并联交流调压电路组成高压软起动器的方法。发明人认为：借助饱和电抗器高/低压绕组的隔离，在由励磁绕组组成的低压回路中，仍可采用整流桥电路或桥式整流模块实现交流调压、从而组成高压软起动器。

(三)发明内容