西驰CMV高压固态软起动装置的选型及应用
1 引言
随着国民经济的高速发展，高压电动机的数量不断增加。由于高压大功率交流电机直接起动的电流为额定电流的5?7倍，而起动转矩只有额定转矩的0.4?1.6倍。过大的起动电流、过小的起动转矩给电机和电网造成了相当大的危害。如：对电网造成电压的下降、影响共网其他设备的正常运行、对电动机所带的机械设备产生机械冲击、加速电动机的老化或机械损坏。因此，大功率交流电动机起动方式一般采用软起动或降压起动方式。
2 高压电动机起动方式的种类及特点
目前大功率电机的起动方式主要有：串自耦变压器起动、磁控软起动、液阻软起动、变频器起动、固态软起动等。
2.1 串自耦变压器起动
该起动方式具有起动电流小、平均起动电磁转矩小、连续及频繁起动性能低、抽头难以固定、难以保证电机的*佳起动性能、对工况变化不可能做到*佳的适应性调整。
2.2 磁控软起动
磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。用三相电抗器串在电动机定子绕组实现降压。总体说来，起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后被旁路。该起动方式存在起控电压高，有较大的电流冲击、体积较大、工作时的噪音较大等问题。
2.3 液阻软起动
液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率。这种起动方式存在液阻箱容积大、控制功能低下、保护功能不全、维护困难、安全性差等问题。
2.4 交流变频器起动
该方式为高效节能的起动和调速方式，通过改变电动机定子端的频率与电压实现起动与调速，具有调速范围大、精度好、效率高、节能效果好等特点。但技术复杂、维护检修水平要求高。
2.5 固态软起动
随着电力电子技术的发展，固态软起动装置应运而生。采用微机智能控制、是集起动、显示、保护、数据采集于一体的电机终端控制设备。具有体积小、几乎免维护、运行可靠、功能齐全、起动重复性好、保护周全等特点。目前已经成为软起动领域中的佼佼者。
3 固态软起动装置的工作原理
通过控制可控硅的导通角以实现对交流三相电源进行斩波，控制输出电压的幅值。电机起动过程中，该装置按照设定的起动曲线增加电机的端电压使电机平滑加速。电机达到正常转速后，旁路接触器接通。起动完毕后，软起动装置继续监控电机并提供故障保护。在软停车阶段，装置平滑地降低电机的端电压直到电机停机。系统工作原理图如图(1)所示。

3.1 晶闸管简介
晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器。1957年美国通用电器公司开发出世界上**个晶闸管产品，并于1958年使其商业化;晶闸管是PNPN型四层半导体结构，它具有3个极：阳极、阴极和门极。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、变频等电子电路中。
3.2 晶闸管的选型
晶闸管是电机软起动装置中的*关键功率器件，整机装置是否工作可靠与正确选择晶闸管额定电流、额定电压等有很大的关系。对于6KV、10KV的高压电机，由于电压高，所以需要将晶闸管反并联后再串起来。6KV每相需要6只晶闸管(2只反并联后3组串联)，10KV每相需要10只晶闸管(2只反并联后5组串联)。
晶闸管软起动装置中，采用2个独立晶闸管器件反并联组成的交流相控调压，正负半周各对应1个晶闸管工作，因此对2个反并联器件参数的一致性要求较高。尽量让正、负半波对称，负责会有直流成分电流流过电机。由于电机绕组为电感性，因此高的直流分量会使得电机定子发热严重，甚至会烧毁电机绕组，从而使电机报废。
3.3 软起动装置主要组成部分
软起动装置可划分为功率回路、触发系统、控制和保护系统、人机界面四个部分。
3.3.1 功率回路
主要由进线接触器、高压可控硅串、并联阀组和旁路接触器组成，其中高压可控硅串、并联阀组是功率变换执行部件，由多只可控硅串并联组成，并辅以RC吸收、均压箝位电路，保证其在高压环境中的可靠性。
2.3.2 触发系统
晶闸管触发电路是系统稳定可靠的关键部分，CMV系列触发系统具有以下几个独特的优点：
u 采用中高压侧触发能量耦合获取单元技术，很好地解决了多管串联的同步导通及多个串联晶闸管之间及其与控制低压侧之间的隔离强度。
u 晶闸管是一种电流控制型的双极型半导体器件，它求门极驱动单元类似于一个电流源能向晶闸管的门极提供一个特别陡直的尖峰电流脉冲以保证在任何时刻均能可靠触发晶闸管。而我公司采用的强触发脉冲信号使得可控硅导通不受噪声信号的影响，以保证不产生误触发。CMV系列触发波形如图(2)所示：

u 根据输出电流和电压反馈的闭环触发控制方式，使得电机起动平滑、保护完善。
u 触发电路采用光纤进行触发信号的传输、使得高低压做到可靠隔离。
3.3.3 控制和保护电路
由32位ARM核微控制器执行中心控制，提高了系统的实时性、可靠性、稳定性。具有多种起动方式：限流软起动、电压线性曲线起动、电压指数曲线起动、电流线性曲线起动，电流指数曲线起动;多种停车方式：自由停车、软停车、制动刹车，软停+制动刹车，还具有点动功能。用户可根据不同负载及具体使用条件选择不同的起动方式和停车方式，以达到*佳的控制效果。
该款装置能够提供尽可能完善的保护功能，具有主电源缺相保护、运行过流保护、相电流不平衡、过载、欠载、晶闸管过热保护、起动超时、主回路过压、主回路欠压、接地保护等保护功能。
3.3.4 人机界面
人机界面由液晶显示器和键盘组成。用以实现用户的参数设置、选择起动方式、显示设备的运行状态等，为用户提供简单易用的人机界面。
4 现场应用
CMV系列高压固态软起动装置适用于额定电压3?15KV的大中型交流电动机的软起动。产品广泛应用于大型钢铁、石油、化工、铝业、消防、矿山、污水处理、电力等工业领域，能很好地与电动机拖动设备配套使用。如：水泵、风机、压缩机、粉碎机、搅拌机、皮带机等各种机电设备。
2008年末，西安泵阀总厂有限公司在中高压阀门测试工段中需要使用10KV中高压电机。该公司电机需要频繁起动且受上端电源容量的限制，要求起动电流限制在较小范围内。由于传统的启动方式不能满足现场的使用要求，该公司*终选择使用了我公司生产的CMV中高压固态软起动装置。经过半年的使用，客户对我公司产品各项性能非常满意，并写了反馈意见。

辛三营：