以色列Elspec公司*新推出的ElspecEqualizer-ST是一种应用于电机起动的快速补偿系统,适合于电机带负载直接起动,目标客户是钢铁、水电、化工、港口、油田、水泥等行业大容量中压电机的起动,电压等级为400V、6kV、10kV。
电气系统的挑战——电机在起动的短时间内需要一个非常高的无功功率,这个需求会生成6-7倍的额定电流,结果造成电网电压的跌落、通常电网未必能负担这么大的暂态电流,电网电压的跌落会对其他负载造成影响,一些情况下会造成电机不能正常起动。
机械系统的挑战——在一些情况下对于机械系统来说,起动过程中的转矩是过度的,需要进行消除。
解决方法——高性价比的快速补偿系统
对于电气系统的挑战*优化的方法,是使用一个非常快速的补偿系统、在短时间内提供全部所需要的无功能量。但在市场上普遍的接触器反应的系统速度过慢,而象Equalizer这样的电子开关投切的补偿设备相对价格过高。
Equalizer-ST的概念
Equalizer-ST和Elspec的动态补偿Equalizer非常相似,但相同的容量Equalizer-ST要比Equalizer便宜近50%(对大于1.5MVAr的系统)。Equalizer-ST系统适合于工作在相对较短的时间内,在短时间��行后、装置需要复位较长的时间。
典型的电机起动只需要一个短的起动周期,因此Equalizer-ST只是被设计在短的时间段内承担高的电流。在这样的方式下,设备的制造成本以及造价都降低了。一个典型的任务周期是5%,这意味着如果Equalizer-ST工作20秒,它需要空下来6.7分钟。
Equalizer-ST作为单独的设备,可以作为解决电气系统的挑战。当需要减少转矩的时候,Equalizer-ST可以与软启动器进行组合、来达到减少机械转矩和进行无功补偿的目标。
对于交流电机市场上现在存在的主要解决方案有:传统电机起动(星/三角启动、自动变压器、通过斩波或串电阻)、电机软启动(适中的价格)、变频调速器(变频调速装置,非常高的价格)。
传统的电机起动——为了帮助电机起动,一般情况下是把电机连接到电网上,使用接触器进行通断。
优点:价格便宜。
缺点:有步数的改变,引起了电气和机械的问题。
软启动器——通过电子装置(通常是晶闸管),电机的电压是使用相位进行控制。用这种方法起动时不会有步数,延长了电机起动的时间并减少了起动转矩。这*终减少了电机起动时的电流需求,同时使得电机能够起动。
优点:减少启动时的转矩、减少启动时的电流。
缺点:当在弱电网的情况下,软启动器不能减少足够的电压跌落来进行成功的起动;会产生大量的谐波;每个电机都需要专门配一台软启动器;只是提供了部分的解决方法,不能够完全地防止电压跌落和高起动电流。
变频调速器(变频调速装置)——变频调速装置将电压转变成直流、然后再逆变成交流(通常是通过脉冲调制),这种方法可以控制电机的转矩和速度。
优点:电机速度可以被控制、*优化的过程被达到;转矩可以被控制;起动电流和电压跌落可以被控制。
缺点:价格非常昂贵;对电网会产生谐波;因为脉宽调制可能会发出高频波;每个电机需要一个分别的变频调速器。
特定的 Equalizer-ST应用
单独应用
在任何情况下如果需要直接起动电机,而且不会产生机械破坏,Equalizer-ST可以是一个非常有效的解决方法。在有很多电机的情况下——作为集中补偿系统,Equalizer-ST的优势更加地明显,可以分别起动多台电机。Equalizer-ST提高了电网的电能质量,而软启动器和变频器产生了谐波和电能质量问题。据统计很大比例的电机市场是可以进行直接起动的。
组合应用
如果需要降低启动时的转矩,Equalizer-ST不能单独使用,但可以和电机软启动器组合应用:
在一些较弱的电网中,如果电机软启动无法充分地防止电压降低,电机有时将无法起动。如果电机调速不是非常必须的情况下,Equalizer-ST对于变频调速是一个相对比较便宜的方式。在电机起动发生电能质量问题的时候,Equalizer-ST可以改善电能质量。
Equalizer-ST 系统计算选型
在很多情况下并不需要对于全部的无功需求进行补偿,正确的系统容量计算是基于电压跌落在预定义的、可接受的范围内。
当计算*大的电压跌落的时候,很重要的是要把电力标准所允许的电网电压跌落考虑进去。根据EN-50160电压波动是:Un=±10%,95%的时间电压跌落应该在Un=±10%之内,这意味着在任何时候*大10%的电压跌落是允许的。而其他5%的时间是允许电压从额定值跌落15%。
总结:这个案例研究是6Kv的电网,1MW的电机接在4MVa的变压器,说明了使用:
直接起动、软启动器、Equalizer-ST全补偿、软启动器和80%的Equalizer-ST补偿、50%的Equalizer-ST部分补偿、软启动器和50%的Equalizer-ST补偿。
下面的表格描述了每一个参数、以及各个参数所带来的结果,各方案的测试图例及详细计算(略)。
Elspec Equalizer——常规的动态补偿起动系统
ElspecEqualizer-ST使用于电机起动阶段,是短时工作制;如果需要电机起动+常规动态补偿,可以使用Equzlizer系统。大功率的电机直接连到电网,在起动的时候消耗很大的电流(比稳态的时候高出6倍);长距离输送导线线损造成的电压降落,同样使得电机没有足够的力矩进行起动。
ElspecEquzlizer能够跟随这无功电流,5-20ms全部无功补偿,减少了无功电流的瞬时损耗,减少了电压跌落,保护了用电设备。在很多场合由于Elspec动态补偿产品的使用,取代了原有的降压启动、或者是电机软启动器。
五、试验设备及仪器:
水泵电机:380V110KW;输送配线截面240m㎡、距离长度500m。动态无功补偿装置:EQ300/5-2-400.50-P7。
九、试验结论:
1、启动时间大大缩短:使用软启动器启动电机,启动时间为24S;使用动态无功补偿装置全压直接启动电机,启动时间仅为4S。
2、启动时,电压波动小,运行电压提高:使用软启动时,外加电压387.2V,启动电机的压降为86.4V,运行电压为363.6V,压差为23.6V;使用动态无功补偿装置全压直接启动时,外加电压392V,启动电机的压降为47V,运行电压为377.4V,压差为14.6V。
3、启动时电流减小:使用软启动器启动电机*大启动电流为668.7A,运行电流为208.8A;使用动态无功补偿装置全压直接启动电机*大启动电流为368A,运行电流为164.6A。
4、功率因数得到提高:使用软启动启动电机启动过程中,*低功率因数为0.052(此时有功功率为3.4KW,无功功率为64.2KVAr),运行时为0.78;使用动态无功补偿装置全压直接启动电机启动过程中,*低功率因数为0.65(此时有功功率为35.3KW,无功功率为39.8KVAr),运行时为0.956。
5、启动中输入无功量减小了112.8-40.2=72.6KVAr,运行中减小了27.2-10.5=16.7KVAr。
6、谐波率减小:使用软启动启动电机时电压谐波率为16.38%,电流谐波率为5.57%;使用动态无功补偿装置全压直接启动电机时电压谐波率为1.75%,电流谐波率为4.12%.
从上面数据分析得出:使用ElspecEquzlizer代替软启动装置起动大功率电机,起动效果比较明显,起动时间大大缩短,能有效的提高供电质量,提高功率因数、稳定末端电压、减小谐波率等。对于远距离的大电机代替软启动器起电机方案是可行的,对于多台大功率电机更为适用,可以满足“电机起动+无功补偿”,性价比非常出色。