基于开关变压器技术的大中型电动机软起动上应用设计

一、概述

普通鼠笼式电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍，甚至达到10倍。电动机直接全压起动时的大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，加大了定子线圈(尤其是端部)与铁芯的磨损，会破坏绕组绝缘；冲击力也容易引起鼠笼断裂，导致电机故障。电动力的大小与电流的平方成正比。直接全压起动时的电动力是正常额定运行时电动力的36倍(按Imax=6IN)。

电动机直接全压起动时，额定电压瞬时加在电机绕组上。此时会产生操作过电压，在最不利的情况下过电压会达到额定电压的5倍，这对电机绝缘将造成极大的伤害。许多电机的损坏发生在合闸时就是由于产生操作过电压的原因。

当电动机容量相对较大时，过大的起动电流将引起电网电压急剧下降，破坏同电网其它设备的正常运行，甚至会引起电网失稳，引发更大的事故。因此，一般要求经常起动的电动机引起的电压波动不大于10%；偶尔起动的电动机引起的电压波动不大于15%。

二、工作原理

开关变压器式高压电机软起动装置的基本原理和可控硅串联式固态软起动装置相同，都是相控调压控制。装置原理如图1所示，开关变压器式高压电动机软起动装置用开关变压器(TK)的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧。

其原理如下：

图1：原理图

SCR未导通且加上电源电压U时，开关变压器TK原边和电机D上得到电压，由于TK的空载电流远小于D的空载电流(指额定值)，故电压绝大部分(95%以上)加在TK原边，为电压U1，此时TK副边也得到电压U2，波形为完整的正弦波。

当SCR控制极加上触发电压时，SCR从α角处导通，则U2立即降低，U2电压如图2中实线所示，U1的波形也相同。UD上的电压为外加电压U减去U1，则UD上的电压波形如图3所示。当增大控制角α时，则U2变小，U1变小，UD加大。反之亦然。α由大到小连续调节，则UD连续由小到大，即可实现电机的平滑加速，完成调压软起动。

从本质上来看，开关变压器式高压电动机软起动装置是一种改进型固态软起动装置，其改进主要体现在如下两个方面。

1)可靠性

开关变压器式高压电动机软起动装置用开关变压器(TK)的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧(如图1所示)，可控硅不用串联，因而解决了可控硅串联方式的动态均压问题，可靠性大大提高。

2)谐波

由于开关变压器漏抗的滤波作用，加到电源上的谐波大大减少。

图2：开关变压器一次侧和二次测电压波形