SCR串联装置在高压电动机软起动器中的应用

SCR串联装置在高压电动机软起动器中的应用
1、引言
交流异步电动机广泛地应用于国民经济的各个领域，异步电机直接起动存在着起动力矩小、起动电流大、对电网冲击大、起动困难、对机械设备冲击大、电机使用寿命短、维护工作量大、维护费用高等问题。

异步电机软起动器可减小电动机硬起动（即直接起动）引起的电网电压降，使之不影响共网其它电气设备的正常运行；可减小电动机的冲击电流，冲击电流会造成电动机局部温升过大，降低电动机寿命；可减小硬起动带来的机械冲力，冲力加速所传动机械（轴、啮合齿轮等）的磨损；减少电磁干扰，冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。

软起动使电动机可以起停自如，减少空转，提高作业率。

纵观国内外软起动器市场，发达国家的电动机软起动产品主要是晶闸管式软起动器和兼作软起动的变频器。

在生产工艺兼有调速要求时，采用变频装置。

因变频器的成本较高，因此在没有调速要求的使用场合下，采用晶闸管软起动。

晶闸管软起动装置已经是发达国家软起动的主流产品。

国内的软起动器大多采用液阻方式，其优点是成本低。

但由于体积大、维护复杂、低温易凝结等缺点，其市场占有的空间正逐渐缩小。

磁控式软起动器也因其性价比不高而未能得到市场的认可。

而晶闸管式软起动器因为很难解决串联均压问题而未得到推广。

本文将介绍一种晶闸管串联装置，很好地解决了高压晶闸管串联均压的问题，使之便于应用于高压电动机软起动器中。

2、静态均压
晶闸管串联装置原理图见图1所示。

其中虚线框内为三只串联的三相可控硅功率串联装置；M为高压软起动器的负载电机，A、B、C分别为高压电网的三相交流输入。

以A相串联装置为例，SCRA1~SCRA6 为大功率可控硅器件，它们每三个串联后再反并联组成单相功率串联装置，以实现软起动器对交流电的控制。

这6只可控硅选用同一厂家、同一型号、同一生产批次的产品，以减小其在生产过程中由于生产工艺的不同而产生的自身特性诸如伏安特性、反向恢复电荷、开关时间和临界电压上升率等的差异，影响均压。

RA1、RA2、RA3为静态均压电阻，用以实现可控硅的静态均压。

静态均压电阻选用无感电阻，阻值为可控硅阻断状态等效阻值的1/40，且功率留有足够大的余量。

静态均压电阻的计算通常采用下面的公式：
R
其中：U 为晶闸管额定电压；
I 为静态重复平均电流；
近似为漏电流峰值。

静态均压电阻的功率可由下式求得：
P≥K×（）×
其中：为作用于元件的正向峰值电压；
N为串联的元件数；
K为系数，单相为0.25，三相为0.45，直流为1。

3、动态均压
RA4、RA5、RA6和CA1、CA2、CA3共同组成动态均压网络，用以实现动态均压。

通过选择，各电阻和电容的参数误差非常小，电容的取值根据可控硅的最大反向恢复电荷和最小反向恢复电荷的差值计算求得。

均压过程主要是由电容C完成的。

串联的各只可控硅开关速度不会完全一致，而会稍有差别。

电容C 上的电压在静态情况下数值相同，在开关过程中，由于电容上的电压不能突变，强迫各只可控硅上的压降不会发生跳变。

由于开关过程中各只可控硅中电流不一致所造成的影响由电容C的充放电补偿。

动态均压网络的RC经验数值参见下表：
动态均压电阻的功率由下式求得：
P= f C U ×10
其中，f=50Hz;
U 为管子工作峰值电压；
C为电容值。

另外，动态均压电容值也可由反向恢复电荷计算求得。

反向恢复电荷可由下式求出：
Q
为反向阻断恢复时间
动态均压电容可由下式求得：
C=
其中, 为晶闸管最大反向恢复电荷差。

由于元件串联后虽采取均压措施,还不能保证绝对均压,因此必须降低电压额定值使用,通常降低10%,如1000V的晶闸管以900V计算.晶闸管串联时,要求管子开通时间差别要小,对门极触发脉冲要求触发电流大,前沿要陡,最好采用强触发.
4、结论
通过以上技术手段串联的晶闸管已经成功应用在我公司生产的3KV、6KV、10KV系列高压电动机软起动器中，并达到了良好的效果。

晶闸管串联装置具有均压效果好、耐压值高、损耗小、安全可靠等特点。

整机填补了国内晶闸管式高压大功率交流电动机软起动器的空白，具有起动平滑、对电网冲击小、效率高、谐波小等特点，维护简单，易于操作。