简述CMV晶闸管高压固态软起动装置的应用

任建国

（新疆亚克斯资源开发股份公司 哈密 839000）

随着电力拖动技术的进步，工业生产装备中大型电动机的应用愈来愈普遍，由于大型电动机在系统中容量相对比例太大，且普通感应式电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍，全压起动将使所在电网系统压降非常大，这会破坏同网其它设备的正常运行，严重时甚至会引起电网失去稳定，产生系统故障跳闸。如果直接起动，也会产生较高的峰值转矩，从而对电动机及整个机械装置造成有害的冲击。因此，必须采取有效措施，降低起动电压和电流。传统的电抗器和自耦变压器起动方式是一种固定式降压方式，但不能很好与设备的负载曲线匹配，所以达不到很好的限流效果，也不能根据负载状况方便的调整起动参数,保证系统稳定起动。

CMV系列高压固态软起动装置具备优异的控制性能。该装置是基于第三代数字微处理器控制技术和现代电力电子控制技术设计的新型电气高科技设备，是为高压大型电动机软起动提供的专用设备，可为电动机提供最佳的降压限流式软起动方式。是先进的、基于微处理控制的、通过光纤连接的中高压软起动器，主要用于异步和同步电机的启停。该装置为适用不同的负载条件，达到更好的起动效果，设计了多种控制功能,实现以起动电动机所需的最小电流来平稳加速起动，有效的降低起动时电网压降，克服起动时的电流冲击和机械冲击；需要软停时，能向电动机提供平缓渐减的可控电压，使系统平稳停车。

1 高压固态软起动装置的技术特点和配置

⑴可靠性高。半导体器件经严格筛选老化后投入生产。检测手段完善：静态自检、运行中动态检测。采用先进的晶闸管串并联和动静态均压技术，控制简单、调节方便、整机应用灵活、运行可靠。

⑵免维护。可控硅是无触点的电子器件，不同于其他类型的产品需经常维护液体和部件等，把机械寿命变为电子元件使用寿命，连续运行数年也无需停机维护。

⑶安装使用简单 CMV是一个完整的电机起动控制和保护系统。在加高压运行前，允许使用低压对整个系统进行电气测试。

⑷采用高压功率晶闸管，组件式结构、模块化设计，便于安装维护。

⑸具有多重过电压吸收、保护技术。

⑹内置有直接起动容量的真空接触器，在检修过程中或出现故障时，电动机可以采用直接起动方式工作，保证生产的连续性。

⑺采用国外著名高抗干扰性的数字式触发器与光纤隔离技术，使得装置的高、低压做到可靠的隔离。

⑻采用中文液晶显示系统，操作界面人性化。

⑼RS-485通讯接口，标准MODBUS协议。可与上位机或集中控制中心进行通信。

⑽所有电路板均经过严格的老化实验，并进行三防处理,主板及所有控制板CPU全部选用原装进口产品。

⑾采用32位ARM核微控制器执行中心控制，控制实时高效、显示直观、可靠性高、稳定性好。

⑿电压取样采用电磁式电压互感器，取样线性好，抗干扰性强，无零漂。

⒀强弱电间隔离完善，系统强弱电间采用光纤隔离，避免了强弱电间的相互干扰，增强了系统工作的可靠性。

⒁功能齐全。可选的多种停车方式：自由停车、软停车、制动刹车、软停+制动刹车。软停车功能有效避免了因紧急停车而造成的水锤效应；任意可选的多种软起动功能，包括限流软起动、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、带突跳功能的软起动等；完善的保护功能：包括缺相、运行中过流、相电流不平衡、过载、欠载、起动超时、过压、欠压、相序、晶闸管过温、零序等保护，具有开机自检程序；在人机界面上给出详细的故障信息，利于操作人员维护处理；旁路功能：在电动机起动完成后，将切换到旁路状态，无扰切到工频运行，降低了整机的功耗，保证系统可靠运行。

⒂可在线监测电机的运行参数 在线监测电机额定电流、平均电流、三相电流、输出电压、模拟输出值、起动倒计时时间、刹车倒计时时间；可通过标准的Modbus协议进行软起动装置远程控制及对设备运行状态的远程监测。

2 高压固态软起动装置的工作原理及结构

2.1 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。系统工作原理见图1。

图1 系统工作原理图

2.2 晶闸管的选型

晶闸管是电机软起动装置中的最关键功率器件，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6 kV、10 kV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。6 kV每相需要6只晶闸管(2只反并联后3组串联)，10 kV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，否则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。

2.3 高压固态软起动装置主要组成

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4个部分。

2.3.1 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：

⑴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。

⑵晶闸管是一种电流控制型的双极型半导体器件，它的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。CMV系列触发波形见图2。

图2 CMV系列触发波形图

⑶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。

⑷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。

2.3.3 人机界面

人机界面由液晶显示器和键盘组成，采用中文液晶显示系统，操作界面人性化，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。可选的触摸屏显示界面，使得操作更加灵活、便捷。

2.4 高压固态软起动装置预留系统信号接点

2.4.1 输出信号接点

运行状态信号：常开触点;

停止状态信号：常闭触点;

故障状态信号：常开触点,4～20 mA模拟输出信号。

2.4.2 外部输入信号接点

远程起动信号输入：无源常开接点；远程停机信号输入：无源常闭接点。

DCS起动信号输入：无源常开接点；DCS停机信号输入：无源常闭接点。

开关柜就绪信号输入：无源常开接点。

油站油压信号、油温信号、电机轴承温度信号等。

2.5 高压固态软起动装置的操作/控制方式

⑴输入方式：菜单化，中文液晶人机界面显示；

⑵设有本地、远程（外部干接点）、DCS、通迅（485接口、Modbus）控制功能。

3 结束语

高压大功率软起动装置可广泛应用于石油化工、电力工业、冶金钢铁、城市建设和矿山等行业的各种锅炉鼓风机、引风机、油泵、特种泵、水泵、轧机、卷扬机、球磨机、运输机械类设备等领域的高压大功率交流电动机的起动和停车运行。该装置在电动机起动时，利用先进的可控硅移相调压技术，闭环调节输出到电机的电压和电流从而减小电机起动过程中由于过电流引起的电网波动和机械冲击，使电机平稳起动。目前该装置已广泛应用于国内外各行业并得到了用户的普遍认可。