軟啟動(dòng)器啟動(dòng)過(guò)流跳閘原因分析

劉藝

（江西新余鋼鐵集團(tuán)公司第一設(shè)備檢修廠，江西新余338000）

軟啟動(dòng)器啟動(dòng)過(guò)流跳閘原因分析

劉藝

（江西新余鋼鐵集團(tuán)公司第一設(shè)備檢修廠，江西新余338000）

采用一拖一智能軟起動(dòng)器降壓?jiǎn)?dòng)方式用于啟動(dòng)3臺(tái)水泵電機(jī)，出現(xiàn)軟啟動(dòng)器上電待機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)較大感應(yīng)電壓，啟動(dòng)水泵時(shí)，空器開(kāi)關(guān)速斷跳閘，分析跳閘原并給出處理方法。

軟啟動(dòng)器；感應(yīng)電壓；跳閘故障

0 引言

三相異步電機(jī)在直接啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，隨不同的負(fù)載和電機(jī)配置，啟動(dòng)電流能達(dá)到額定運(yùn)行電流的4～7倍，有些甚至達(dá)到十余倍。如此大的啟動(dòng)電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，也會(huì)影響設(shè)備的壽命，同時(shí)供電電源峰值的增加更導(dǎo)致額外的輸配電投資。采用智能軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)，可以控制和減少啟動(dòng)電流，避免以上不良影響。

1 智能軟啟動(dòng)器原理簡(jiǎn)介

智能軟啟動(dòng)器由3組晶閘管模塊構(gòu)成，每組模塊由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管組成。電網(wǎng)進(jìn)線分別接到3組晶閘管模塊的L1，L2，L3上，電機(jī)接至3組晶閘管模塊的輸出端T1，T2，T3上（圖1）。

控制模塊采集電網(wǎng)和電機(jī)的供電信號(hào)，并將信號(hào)送至處理器，由處理器經(jīng)過(guò)計(jì)算、判斷，再將指令送至功率組件，控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制電機(jī)電壓。根據(jù)三相異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流公式（1）。

圖1 軟啟動(dòng)器原理圖

式中U1——定子繞組啟動(dòng)電壓

R1——定子繞組電阻

R2＇——轉(zhuǎn)子繞組電阻的折算值

Xσ1——定子繞組漏電抗

Xσ2＇——轉(zhuǎn)子繞組漏電抗的折算值

降低啟動(dòng)電壓可以降低啟動(dòng)電流，從而減少啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的熱沖擊，降低啟動(dòng)沖擊電流對(duì)電網(wǎng)造成的壓降影響。根據(jù)三相異步電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式，見(jiàn)式（2）。

式中Tst——啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

P——電機(jī)極對(duì)數(shù)

U1——啟動(dòng)電壓

f1——定子頻率

從公式（2）可以看出，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電壓U1的平方成正比，因此在降壓?jiǎn)?dòng)中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)迅速減小。智能功能軟啟動(dòng)器，通過(guò)晶閘管的通斷控制啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)電流，見(jiàn)表達(dá)式（3）和（4）。

式中m——導(dǎo)通m個(gè)周期

n——關(guān)斷n個(gè)周期

使得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流按相同比例減小。在保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下，同時(shí)限制啟動(dòng)電流，可以很好地解決三相異步電機(jī)啟動(dòng)的沖擊問(wèn)題。

2 故障現(xiàn)象

3臺(tái)水泵軟起裝置，曾相繼出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)400 A空氣開(kāi)關(guān)跳閘故障。起初認(rèn)為空氣開(kāi)關(guān)故障，但更換空開(kāi)后故障依舊。后經(jīng)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)智能軟啟動(dòng)器上電待機(jī)過(guò)程中，啟動(dòng)器負(fù)荷端有電荷累積的現(xiàn)象，存在感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓隨待機(jī)時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸由0升高至170 V左右。斷開(kāi)電源側(cè)空氣開(kāi)關(guān)后，負(fù)荷端感應(yīng)電壓消失，排除了外部干擾原因產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象。通過(guò)分時(shí)測(cè)量2#和3#水泵，得到感應(yīng)電壓逐漸升高的數(shù)據(jù)。

從圖2可以看出，經(jīng)過(guò)40 h，感應(yīng)電壓升高至穩(wěn)定值。此時(shí)，將2#水泵停電，測(cè)量智能軟啟動(dòng)器每組功率組件上下兩端的電阻值，對(duì)比全新智能軟啟動(dòng)器備件的電阻值，得圖3結(jié)果。

從圖3可以看出，3組功率組件的阻值發(fā)生了較大的變化，而且產(chǎn)生了3相阻值的不平衡。

對(duì)2#水泵進(jìn)行停電處理，每隔2 h對(duì)2#水泵智能軟啟動(dòng)器進(jìn)行上電待機(jī)測(cè)量，測(cè)得2#水泵軟起負(fù)荷側(cè)感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，感應(yīng)電壓隨停電時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減。停電約8 h左右，感應(yīng)電壓將會(huì)從峰值降到接近0。

3 原因分析

從以上數(shù)據(jù)得知，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)水泵時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)過(guò)流跳閘的現(xiàn)象，是由于軟啟動(dòng)器上電待機(jī)時(shí)，負(fù)荷端T1，T2，T3存在感應(yīng)電壓所致。

負(fù)荷端T1，T2，T3有感應(yīng)電壓時(shí)，單項(xiàng)交流調(diào)壓等效電路如圖5所示。由于晶閘管的導(dǎo)通角小，電流斷續(xù)，而負(fù)載回路中的電阻又很小，故輸出同樣的平均電流，峰值電流大，因而電流有效值將比平均值大許多倍，從而導(dǎo)致起動(dòng)電流的瞬時(shí)值激增至空氣開(kāi)關(guān)短過(guò)流跳閘值，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生。

對(duì)于軟啟動(dòng)器上電待機(jī)時(shí)，負(fù)荷端存在感應(yīng)電壓的現(xiàn)象，根據(jù)軟啟動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)接線圖（圖6）可知，在智能軟啟動(dòng)器上電待機(jī)狀態(tài)時(shí)，QF閉合，軟啟動(dòng)器源側(cè)接通電網(wǎng)，功率組件（反向并聯(lián)晶閘管）兩端承受AC 220 V左右的電壓。

晶閘管在只加電不工作的情況下（待機(jī)狀態(tài)），由于半導(dǎo)體的特性會(huì)產(chǎn)生漏電流，使得軟啟動(dòng)器負(fù)荷端帶電。但正常情況下漏電流很小，積攢的感應(yīng)電壓平均在AC 1.3 V左右。這幾臺(tái)智能軟啟動(dòng)器的晶閘管經(jīng)返廠檢測(cè)，晶閘管的動(dòng)態(tài)阻值在長(zhǎng)期帶電運(yùn)行后發(fā)生變化，導(dǎo)致晶閘管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，關(guān)斷漏電流的能力下降，從而使軟啟動(dòng)器在上電待機(jī)狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷端存在過(guò)高的感應(yīng)電壓。

圖2 2#、3#水泵感應(yīng)電壓逐漸升高趨勢(shì)

圖3 2#、3#水泵功率組件阻值變化

4 解決方案

將軟啟動(dòng)器返廠更換晶閘管，然后安裝，啟動(dòng)水泵，啟動(dòng)過(guò)程正常，故障排除。斷電測(cè)量其功率組件阻值為0.61 MΩ，上電測(cè)量其待機(jī)狀態(tài)負(fù)荷側(cè)感應(yīng)電壓為AC 1.3 V，符合正常狀態(tài)值范圍。

由于晶閘管的半導(dǎo)體“軟”關(guān)斷特性，即可關(guān)斷電流（少量漏電流通過(guò)）不可關(guān)斷感應(yīng)電壓，無(wú)法像開(kāi)關(guān)、接觸器一類(lèi)的電氣元件做到完全關(guān)斷漏電流、感應(yīng)電壓，所以使軟啟負(fù)荷側(cè)在上電待機(jī)狀態(tài)下存在感應(yīng)電壓。而長(zhǎng)期的上電待機(jī)，使功率組件（反向并聯(lián)晶閘管）在關(guān)斷狀態(tài)長(zhǎng)期處于AC 220 V電壓下，從而導(dǎo)致晶閘管動(dòng)態(tài)阻值變化，使得負(fù)荷側(cè)感應(yīng)電壓升高。由此可見(jiàn)，在不排除晶閘管自身性能原因的前提下，軟啟動(dòng)器上電待機(jī)狀態(tài)時(shí)，源側(cè)長(zhǎng)期帶電，是造成負(fù)荷側(cè)產(chǎn)生較高感應(yīng)電壓的因素之一。

在智能軟啟動(dòng)器源側(cè)與電網(wǎng)之間加入三相接觸器，啟動(dòng)電機(jī)時(shí)接觸器吸合，電機(jī)停止后延時(shí)斷開(kāi)。用接觸器來(lái)關(guān)斷漏電流、感應(yīng)電壓，使得軟啟動(dòng)器在上電待機(jī)狀態(tài)下源側(cè)不得電，可解決因感應(yīng)電壓造成軟啟啟動(dòng)時(shí)，源側(cè)空氣開(kāi)關(guān)過(guò)流跳閘的故障。

〔編輯 利文〕

圖5 帶感應(yīng)電壓的單項(xiàng)交流調(diào)壓等效圖

圖6 軟啟動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)接線圖

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.20

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