电动机启动电流集中补偿应用-许昌普锐鑫电气

The EQUALIZER 在大(多)电动机启动电流集中补偿应用1、概述EOUALIZER 是以色列ELSPEC 公司推出的一种实时功率因数补偿（动态补偿）装置（ REAL TIME POWER FACTOR CONTROLLER －RTPFC ）。

主要特点：● 采用先进的DSP 组成CPU 控制系统，进行实时工况参数检测、计算、逻辑判断，发出控制指令。

● 电子开关在电流过零时投切电容器组，无合闸涌流和瞬态效应。

● 响应速度快：5～20ms ，一周波内控制到位。

● 有效吸收电动机启动时无功电流。

● 防止电压跌落和闪变。

提高功率因数。

有独特扫描功能和自诊断能力。

● 有效防止并联谐振。

● 自动显示电网量参数（V 、I 、COS ϕ、kw 、KVAR …）且谐波分析达63次。

● 显著节能，增容的功效。

● 全面提高用电品质。

主要应用场合：● 不稳定负荷无功功率场合。

如：电梯、电锯、破碎机、挤塑机、轧钢机 …。

● 极快变化的无功负荷场合如：种类电焊机（点焊机、缝焊机、筛网焊机…）。

● 多电机启动电流集中补偿场合尤其要求电动机大力矩启动，可直接连接到电网来获得大力矩的场合。

● 高敏感负荷场合如：医院、机场、通信、广电中心…。

2、 电动机启动解析由电工学、电机学原理知：电机在刚启动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，其旋转磁场的磁力线切割转子导体的速度很快，所以在转子的导体中感应出电动势并产生很大的转子电流，这与变压器原理一样，转子电流增大定子电流也必然相应增大。

一般启动电流为稳定时的额定电流的(5～7)倍，启动时间可达(1～3)秒以上。

由于启动时过大电流会造成对邻近负荷正常运行的影响，而且还会造成短时间的电压跌落。

当邻近有电机在工作，此电压跌落不仅影响它的转速（下降）和电流（增大），甚至可能使它的转矩降到小于负载转矩，致使电动机停下来。

由电机学原理知：● T ＝K ()22022212SX R U SR ±式中：T —电机转矩 R 2、X 20—转子电阻和感抗U 1—定子所加的电压 K —常数， S －转差率由转矩T 表达式知：转矩T 与定子的每相的电压U 1平方成正比，所以电网电压有变动时对转矩T 的影响很大。

● 启动时虽然电流很大，但转子的功率因数COS ϕ2却很低，所以启动转矩T 并不大，∵ T ＝K T ΦI 2 COS ϕ2式中：Φ—旋转磁场的磁通I 2—转子每相电流 COS ϕ2—转子的功率因数 K T —常数由上述可知：异步电机启动时，主要的缺点是启动电流大而启动转矩并不大，且功率因数低，必须加以改善。

3、 异步电动机启动方式传统方式：一般采用直接启动和降压启动，以及软启动。

⑴ 直接启动直接启动就是利用闸刀开关或交流接触器，将至电机直接接入到额定电压的电源上。

这种启动方式简单、经济。

但启动电流大，瞬时造成线路压降大，影响其它负载的正常工作。

此种方式只适用于30kW 以下的电机使用。

⑵ 降压启动就是把加在电机定子绕组上的电压，在启动时设法将它降低，以达成减小启动电流。

①Y —△ 换接启动就是在启动时把定子绕组接成Y （星形），等到转速接近额定转速时再换接成△（三角形），此种其启动电流为直接启动的31。

这种Y —△启动只适用轻载或空载时启动。

②自耦降压启动就是利用自耦变压器，在启动时将供电端电压调低来启动电机，电机转速接近额定转速时，再把电压调到额定值。

缺点：也是启动转矩小于直接启动转矩，功率因数低。

⑶ 软启动它是近代发展过来的利用电子开关相控方式，来改变供电电压，可按设定程序模式自动完成启动。

缺点：谐波大，不经济，功率因数低。

4、 电机启动方式改进由上述可知：电机在启动时存在有如下缺点：●启动电流大I 2=（5～7）I e●启动期间造成电压跌落大（△U 大）●启动期间功率因数COS ϕ2低●相控软启动谐波大●人工介入操作，启动时间延长●启动转矩小于直接启动转矩为克服上述缺点，ELSPEC 公司的EQUALIZER(简称EQ)装置，能克服上述缺点并达到期望的目标，它在启动时能改善电压跌落△U 值，提高功率因数，降低启动电流，更可贵的是能直接接入电网对电机进行直接启动，缩短启动所消耗的时间，且过程自动完成。

⑴ EQUAL1ZER 改善启动时电压跌落△U电机直接接入电网并配置EQUAL1ZER 无功补偿系统，其电路简图如图1所示，下面分别讨论电动机启动时，有补偿装置EQ 和无补偿装置EQ 的电压降落△U 的大小和之间的矢量关系如图2所示。

图1电路简图图2电机启动电压跌落矢量图图中符号：U0—电源电压U1—母排上电压IX n—电抗上压降X n—综合电抗R n—综合电阻IRn—电阻上压降I－电流φ－功率因数角①EQ未投入使用即（without capacitors）当电机启动瞬间的启动I st很大，约为(5～7)倍的额定电流，而且启动时功率因数COSϕ也很低，即电流I和电压U的夹角中很大如图2所示，启动时的电压降△U可表达为：△U=3I st（X n sinϕ+ R n COSϕ）：式中X n、、R n—为综合感抗和电阻因为通常：X n=nωL＞＞R n且启动期间：sinϕ＞＞COSϕ，所以△U可表达为：△U≈3I st X n sinϕ……此值大、电压降就大②EQ投入电网即（with capacitor）因EQ系统能自动跟随极快速变化的无功负荷，其响应时间(5～20)ms。

当电机一启动产生启动电流I st，EQ在20ms内就检测到并运算完毕，并发出控制指令，等待电流过零点时将电容器组按无功电流大小自动投入电网，补偿了启动期间产生的无功电流，使电流下降约50%。

从而启动时的电压跌落△U减小了。

由图2可见，由于补偿结果电流I与电压U1几乎重合，功率因数COSϕ→1，sinϕ→0所以此时的电压跌落△U就很小了。

∴△U=3I st X n sinϕ↓↓由上述可见，投入EQ可有效地防止因启动电机产生电压波动，这是由于EQ就地补偿了无功电流，提高了功率因数(COSϕ)，所以电压跌落△U就小了。

⑵EQ用于电动机启动启动时即拍的i和u的波形图如图3所示图3 EQ用于电动启动i ，u波形图波形图说明：●without reactive power compensation(PFC system)是指未使用EQ补偿系统时拍下的i 、u 波形图。

●with reactive power compensation(RTPFC system)采用EQ补偿系统时电机启动拍下的i、u 波形变化。

图形解析：。

①未使用EQ补偿（without reactive power compensation）时的波形图如图3的上方图示波形：由图清晰地看出要启动时，启动瞬间I st很大，电压跌落明显，而且跌落时间拉的很长(20多周波后)才稳定下来。

②使用EQ补偿（with reactive power compensation）时的波形图如图3的下方图示波形：由波形可看到，在启动瞬间（20ms内）启动电流I st很大。

但经过一周波（20ms）后，I st就降下来了，约降了50%左右。

而且电压经一周波20ms）后，立即恢复并接近到稳定状态，也可以观察出u和i的波形相位几乎重合，这意味着功率因数COSϕ→1。

⑶大量电机启动电流集中补偿对大量电动机启动可以采用集中补偿，其优点如下：●EQ设备可对同一电网上并挂多台电机启动进行集中补偿。

不像Y—△启动器、自耦变压器、软启动设备那样，对应于专台电动机而设置。

●实时跟踪电机启动的无功电流，并给于就地补偿、防止了电压跌落、而且提高功率因数COS 。

●电动机直接接入电网，可获得最大转矩，这是EQ—RTPFC装置的独特之点。

以上几点其它启动器是无法达到的。

直接启动实用例子见实测波形图4所示图4 集中补偿电机启动u , I曲线图形注：with—为有EQ投入时的i和u变化曲线without—为无EQ而直接启动时的i和u变化曲线从这两组i、u的曲线中可清晰对照在启动时的量值关系。

图4可解读出：●启动时电压变化曲线Without：是无EQ投入时的启动电压变化曲线△U≈16V……（226-210）V，稳定值约为220VWith：是有EQ投入时的启动电压变化曲线△U≈4V……（232-228）V，稳定约为230V●启动时电流变化曲线Without：是无EQ投入时的启动电流变化曲线700～1500A，稳定值(工作电流)为1000AWith：是有EQ投入时的启动电流变化曲线600～900A，稳定值(工作电流)为700A●由上可见，EQ投入直接启动应用，其启动时最大电流由1500A减小到900A，工作电流也由1000A下降到700A，而且(△U)由16V提升到4V，这对改善变压器及线路的损耗有积极意义和效果。

⑷软启动装与EQ装置(投入/未投入时)启动性能对比以150kW电动机为例，分别用软启动设备当采用EQ设备和不用EQ时，实测启动时i、u的变化曲线对照如图5所示。

图5 软启动和EQ补偿启动的i、u曲线图●软启动(SoftStarter)――（without reactive power compensation）从图5上方图可查出：△U max≈8V (从254v下跌到246v)I max＞450AP max＝100kWQ max＝300kvar●软启动＋EQ（with reactive power compensation）从图5下方图可查出：△U max≈3V (从252v下跌到249v)I max=140AP max＝65kWQ max＝75kvar●两者对比（EQ/soft—starter）△U减小62.5%I减小68%P损耗减小35%Q损耗减小75%显然有EQ后优于soft—starter5、小结综上所述，以色列ELSPEC公司制造的EQ（RTPFC）装置，在工矿企业用电设备中，不论是快速变化的无功负荷还是急速变化的无功负荷，EQ均能实时跟踪其变化的无功电流将其就地补偿。

同样在大电机启动中应用，可替代其它启动设备如（Y—△启动器、自耦变压器启动器、软启动器等设备）。

并可集中控制补偿启动电流，防止电压跌落，提高功率因数，而且可直接将电动机接入电网全电压启动获得最大的启动转矩，这是ELSPEC公司EQ产品独特之点。

可集中对大量电机启动的补偿功能，大大地节省设备的投资和提高设备的利用，具有极好经济效益。