張選正

高壓電動(dòng)機是指額定電壓為3kV、6kV、10kV，它的使用總量約占電動(dòng)機總容量的10%左右。功率從幾百千瓦至幾千千瓦。
為減少電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉矩沖擊及起動(dòng)時(shí)的電壓降，過(guò)去常用方法是采用頻敏變阻器、電抗器、自耦變壓器、△-Y器、附加電阻等，但都存在起動(dòng)時(shí)損耗大，是有級的起動(dòng)，有沖擊存在、體積大等不足之處。實(shí)際使用時(shí)：
(1)  若只解決軟起動(dòng)及軟停車(chē)可選用高壓軟起動(dòng)器，但國內幾乎還沒(méi)產(chǎn)品（成都佳靈在試制中）。國外美國的摩托托尼公司、本秀公司、以色列SALON等有合適的產(chǎn)品可提供，但價(jià)格昂貴、系統復雜，非一般用戶(hù)能接受。
(2)  若既要解決軟起動(dòng)及軟停車(chē)，運行時(shí)還要調速、節能，那么必須選用高壓變頻器。這就要求用戶(hù)資金上要大投入。
我國是發(fā)展中國家，采用先進(jìn)設備代替陳舊設備任務(wù)是很大的，但先進(jìn)的設備，尤其是國外的高壓軟起動(dòng)器及高壓變頻器價(jià)格昂貴，決非一般用戶(hù)所能接受。因而用戶(hù)迫切希望物美價(jià)廉，技術(shù)復雜性低，操作調試方便，又能滿(mǎn)足使用設備的基本要求的代用產(chǎn)品早日出現。下面兩款產(chǎn)品就能滿(mǎn)足用戶(hù)的基本需求。
一  高壓液阻軟起動(dòng)器
由上海山宇電子設備有限公司研制成功生產(chǎn)。
◆  工作原理
它是用純度99%無(wú)水碳酸鈉（Na2CO3）和水配制成一定濃度的水溶液為液阻，利用電液的負阻效應以及自動(dòng)減小的、靜電極板之間距離來(lái)減小起動(dòng)電阻，從而做到無(wú)級降壓，實(shí)現平穩、無(wú)級、無(wú)沖擊的軟起動(dòng)。起動(dòng)電流在1.3～3.5倍之間，起動(dòng)轉矩約等于最大轉矩，起動(dòng)完畢自動(dòng)切除，并投入全壓運轉。
◆  高壓三相電動(dòng)機SYSR1主回路方案（見(jiàn)圖1）
 

圖1  高壓三相電動(dòng)機SYSR1主回路方案

配置：① 高壓開(kāi)關(guān)柜兩個(gè)柜子（用戶(hù)自備），② 高壓軟起動(dòng)柜SYSR1；保護方式：過(guò)負荷保護、過(guò)電流保護、零序電流保護。
① 軟起動(dòng)（起動(dòng)電流曲線(xiàn)見(jiàn)圖2）；起動(dòng)電流為電機額定電流的2.2～3.5倍，降低了電機起動(dòng)發(fā)熱，有效的延長(cháng)電機使用壽命。
② 確保一次起動(dòng)成功，不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負載變動(dòng)的影響。
a. 起動(dòng)平穩，對機械設備無(wú)沖擊（見(jiàn)圖3）；
b．對電網(wǎng)影響很小，起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)壓降在5%以?xún)取?BR>③ 結構簡(jiǎn)單、維護方便。
 

圖2  起動(dòng)電流曲線(xiàn)

機械特性分析（見(jiàn)圖3）

圖3  機械特性分析

主要技術(shù)參數（見(jiàn)表1）

表1  SYSR1型高壓軟起動(dòng)器主要技術(shù)參數

 注：每相電阻值可根據用戶(hù)實(shí)際要求，在出廠(chǎng)之前作適當修改

◆  產(chǎn)品特點(diǎn)

表2  國內已使用高壓液阻式軟起動(dòng)器部分單位匯總表

    功率因數高、使用壽命長(cháng)、維修費用少、安裝調試簡(jiǎn)單、可靠性很強、價(jià)格低廉，僅為國外的五分之一。能滿(mǎn)足使用要求，且經(jīng)濟而實(shí)用、無(wú)諧波污染電源。適合中國國情，是高壓大功率起動(dòng)新突破。
◆  目前國內已經(jīng)使用的單位（見(jiàn)表2）
二  高壓斬波調速器
由上?？旗髡{速電氣有限公司研制成功生產(chǎn)。
◆  工作原理（見(jiàn)圖4）
 

圖4  高壓斬波調速器原理框圖

F5000系列是斬波調速，它是等幅直流電壓通過(guò)斬波器改變脈沖寬度的大小，使占空比不同，從而相應的平均直流電壓值就不同，最高的斬波頻率可達12000Hz。再送至有源逆變器PWM獲得交流電，再送到定子調節繞組（副繞組）的工作過(guò)程。這種系統內饋高頻斬波交流調速裝置，是為了高壓繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機（比普通電機貴30%）調速配套的電力電子新產(chǎn)品。型號SSC-F5000有400V的F5004系列，功率75～450kW；6kV的F5060系列，功率200～4000kW；10kV的F5100系列，功率200～4000kW。其特點(diǎn)是：
(1)  電機為繞線(xiàn)式內饋異步電動(dòng)機，它的定子有兩套繞組，主繞組是高壓的繞組Y接，副繞組是低壓的繞組△接（電壓可選擇220V、330V、400V、500V、600V），對現有設備要更換電動(dòng)機（電動(dòng)機約占投資總額20%），該電動(dòng)機不但具有調速電機的良好性能，而且與普通YR系列電機在外型尺寸和工作特性上完全兼容。電動(dòng)機與調速裝置需成套供應，否則無(wú)法使用。
(2)  采用把高壓電動(dòng)機的控制調速部分變成低壓的辦法，不僅簡(jiǎn)化了電路，也使器件的成本降低、調試維修很方便。諧波干擾很小，這對大功率電動(dòng)機是尤為重要的。把諧波干擾問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，節省了初投資費用（僅為高壓變頻器的20%～50%）。
(3)  運行中萬(wàn)一調速出現故障，裝置將轉子旁路開(kāi)關(guān)自動(dòng)合上，將其滑環(huán)短接（實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換），即可連續運行，可靠性大大增加。同時(shí)實(shí)現故障情況下軟起動(dòng)。等于調速裝置內增加了一套軟起動(dòng)器。
(4)  調速范圍1.6～2.5雖不如變頻器大，但能滿(mǎn)足一般生產(chǎn)設備的需要。主要適用大型風(fēng)機、泵類(lèi)的節能降耗，是過(guò)去串級調速的換代產(chǎn)品，是高壓大容量電動(dòng)機的交流調速最佳選擇，具有好、省的特點(diǎn)。
(5)  采用先進(jìn)的功率模塊IPM或IGBT，調速系統選用大規模集成電路。如：直接數字控制DDC，數字信號處理DSP，專(zhuān)用集成模塊ASIC。
(6)  有完全的保護電路（過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓、短路等）液晶顯示屏監控，具有幫助記憶功能特點(diǎn)易于使用，直觀(guān)性強。
(7)  具有RS485通訊接口板。
(8)  不需任何輸入、輸出變壓器，效率可達96%以上，略高于高壓變頻器。功率因數0.85～0.95，調速精度±1%，逆變器過(guò)載能力強125% 10分鐘、150% 10秒鐘。
(9)  諧波分量電流THD小于5%，不要電源濾波即可滿(mǎn)足電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求。諧波量、功率因數、效率等指標，均超過(guò)高壓變頻器的指標。
(10)  平均節電率可達40%，性能/價(jià)格比較高，僅為高壓變頻器的1/2～1/5（1000元/kW）。
(11)   起動(dòng)部分由頻敏變阻及交流接觸器組成，按時(shí)間和速度原則進(jìn)行。
(12)   當斬波器導通，轉子直流被斬波器短路，形成軸功率；當斬波器開(kāi)路時(shí)，轉子直流經(jīng)有源逆變器反饋電動(dòng)機付繞組，改變斬波器的占空比，從而改變主、付繞組的電流分配比例，從而實(shí)現調速控制。
其工作原理絕不是降壓調速而是通過(guò)反饋作用改變轉子的反電勢，調節轉差率（通用范圍60%～95%S）改變轉子電流方式來(lái)進(jìn)行調速。
◆  產(chǎn)品特點(diǎn)
投資少、電路簡(jiǎn)、便維修、高可靠的優(yōu)越性。國外尚無(wú)此產(chǎn)品，國內獨此一家，并申請了專(zhuān)利。
◆  應用單位