專利名稱：軟起動相變電抗電阻器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種起動器，特別涉及一種以相變電抗電阻器為核心裝置的中 低壓軟起動器。
背景技術：
目前，在380V—10000V領域，功率在20KW—8000KW的所有電機，每臺都 必須配備起動器，以減少起動瞬間，電機磁場建立前近似于短路的起動電流對 電網(wǎng)造成的巨大沖擊，否則將造成嚴重事故。
轉(zhuǎn)矩可變的為軟起動，不可變的為起動。目前使用的技術有6種1、星三 角起動；2、自耦降壓起動；3、頻敏起動；4、可控硅軟起動；5、磁控軟起動； 6、液阻起動。
1、 星三角起動只改變電機本身的接線方式，利用延長或縮短自身繞組線圈 的方式，達到降低電壓減少起動電流的目的，局限性大，轉(zhuǎn)矩無法得到保證， 大功率電機不能釆用。
2、 自耦降壓及頻敏電阻起動，釆用電磁感應原理，利用電抗特性來減少起 動電流，目前大部分釆用這種方式，但頻敏電阻一般僅應用于滑環(huán)電機上。阻 抗隨轉(zhuǎn)速自動減小。
3、 可控硅起動，釆用電子移相原理，利用可控硅的可關斷特性，控制導通 角，在交流的正負半周選擇角度和導通時間，降低加在電機上的有效電壓以達 到減小電流的目的?？煽毓柢浧饎悠麽娪玫牟牧鲜强煽毓杌蚩煽毓枘K，配電 子觸發(fā)移相電路，過"0"關斷電路，穩(wěn)壓電路，門電路，過流保護，欠壓保護 斷相保護，電路，加變壓器結(jié)構(gòu)，功率越大，線路越復雜，造價昂貴，故障率 高，起動頻率小于6次/小時，工作溫度小于85攝氏度。
4、 磁控軟起動器，利用磁放大器原理，由于鐵芯繞組獨立，磁路互相影響， 大幅增加了矽鋼片銅線繞組的重量，同時增加了單片機的程序控制，線路復雜， 重量很重，價格昂貴，起動頻率每小時小于6次，優(yōu)點是較可控硅軟起動器耐 用一些，同樣利用相變電抗電阻的優(yōu)良特性，控制回路也可使用可控硅，作為 無觸點開關，替代交流接觸器，將可控硅作為無觸點開關使用，其工作可靠性 要比作為軟起動器使用提高很多，控制也非常簡單。當然，也可釆用單片機的 程序控制，設計可多種多樣，但主要工作原理大不相同，其整機性能可做的更
加優(yōu)良。
5、液阻起動，利用液體電阻，阻值可變性，和電阻降壓原理，由于大部分 原料使用水并加適量導電液，通電后容易蒸發(fā)，其降壓過程和水電阻電焊差不 多，使用很少，且僅用于髙壓電機。
歸納上述主流產(chǎn)品的五大缺點是
1、 起動電流大， 一般都在額定電流的2—3. 5倍。
2、 必須使用造價高的金屬，自耦降壓起動器、頻敏起動器都是變壓器結(jié)構(gòu)， 需要大量的矽鋼片，銅線繞組，體積大，成本高。
3、 過載能力差，起動頻率低于9次/小時，不能頻繁使用。
4、 最高工作溫度必須小于85攝氏度，否則易燒毀。
5、 一種起動器只能在一種功率條件下使用，無法一機多用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全新的軟起動器核心裝置一一軟起動相變電抗電 阻器，由它構(gòu)成軟起動器的工作主體，與本發(fā)明相連的外接輔助線路與傳統(tǒng)起 動器的結(jié)構(gòu)相同。以相變電抗電阻器為核心裝置的中低壓軟起動器與目前巿場 已有的起動器相比，具有如下優(yōu)點
1、 主要電氣指標優(yōu)于自耦降壓起動器和可控硅起動器。最大起動電流比自 耦降壓起動器縮小1-1.5倍，比可控硅起動器縮小0.5-1倍，為額定電流的 1.2-1.5倍。并且起動轉(zhuǎn)矩可變，可保護電機不受起動力矩的變化造成傷害，是 所有起動器中起動電流最小的產(chǎn)品。在保障電機起動轉(zhuǎn)矩可變、起動性能良好 的前提下，對電網(wǎng)的沖擊已降到最低，實現(xiàn)了很好的軟起動。
2、 實現(xiàn)了一機多用，可減少一半的起動器系列。由于起動器都是一機一用， 比如CKW起動器只能用于45KW電機，不能用于30KW電機，否則將造成起動電 流過大，電機轉(zhuǎn)矩過大，引起電機發(fā)熱，損壞絕緣，影響壽命。由于力矩突變， 電機拖動的負荷設備也受到傷害。這種大馬拉不了小車的現(xiàn)象，相變電抗電阻 器能夠解決。因相變電抗電阻器具有熱敏電阻、頻敏電抗及臨界開關特性(見 大連理工大學出具的檢測報告)。
3、 所有起動器主電路的核心元件均采用大量金屬，而本起動器的核心元件 采用非金屬，可替代主電路可控硅、電抗器及可變飽和電抗器，實現(xiàn)軟起動， 造價相對低廉。
4、 提高了工作溫度，最高工作溫度為150攝氏度，傳統(tǒng)起動器最高工作溫 度為70—80攝氏度。
5、 提高了使用頻率，達到20次/小時，傳統(tǒng)起動器使用頻率為6-10次/小時。
6、 運行可靠，可廣泛用于350KW以下的低壓電機及400-8000KW中壓電機。 單獨使用時，可對不銹鋼、鐵鉻鋁、鑄鐵合金等大功率電阻增加獨特的使用特 性。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的軟起動相變電抗電阻器包括陶瓷絕緣 容器、青銅接線端子、輸入電極、電導介質(zhì)、輸出電極、鋁散熱片下片(成品)、 鋁散熱片上片(成品)、緊固螺絲桿、上下夾板、托輪。電源(1)由相變電抗 電阻輸入電極(2)輸入，通過裝在容器中的電導介質(zhì)(3)產(chǎn)生阻抗，電流隨電 機功率和轉(zhuǎn)矩動態(tài)變化，流經(jīng)電導介質(zhì)的電流由相變電抗電阻輸出電極(4),輸 出，接至電機輸入端，帶動電機(5)起動。
軟起動相變電抗電阻器中電導介質(zhì)的材料由活性炭、碳素、氯化鎂、水、 氧化鎂、粉煤灰等經(jīng)化合、高溫干燥制成，外配接線端子。
由于以相變電抗電阻器為核心裝置的中低壓軟起動器，其工作效能(即產(chǎn) 生電抗所發(fā)揮的作用)全部由相變電抗電阻器這一核心裝置實現(xiàn)，因此對相變 電抗電阻器的工作描述必須進一步以相變電抗電阻器為核心裝置的中、低壓軟 起動器的工作狀況來闡釋。
以本發(fā)明為核心裝置制作而成的低壓軟起動器包括配電箱、空氣開關、交 流接觸器、時間繼電器、電壓表、電流表、轉(zhuǎn)換開關、按鈕、相變電抗電阻、 電流互感器。主電路電源通過總空氣開關，接入交流接觸器輸入端，同時另一 臺空氣開關將電壓加至停止按鈕、起動按鈕、交流接觸器線圈、時間繼電器線 圈、電源電壓表線圏，然后通過轉(zhuǎn)換開關加至相變電阻電壓表線圈，形成回路。 同時，導線穿過電流互感器，將感應電流送至電流表，顯示三相電流。
以本發(fā)明為核心裝置制作而成的中壓軟起動器包括相變電抗電阻柜、真空 開關柜(巿場現(xiàn)有)、控制柜(巿場現(xiàn)有)，其工作過程與上述以本發(fā)明為核 心裝置制作而成的低壓軟起動器的工作過程相同。


圖l是本發(fā)明的相變電抗電阻器結(jié)構(gòu)圖2是以本發(fā)明為核心設置的起動器的電路圖。
具體實施方式一、相變電抗電阻器的制作流程、工作原理及過程(一) 軟起動相變電抗電阻器核心材料(即電導介質(zhì))的配方(比例為重 量百分比)
1、活性炭11.5%;2、碳素30. 5%;3、氯化鎂28. 5%; 4、水14. 5%; 5、氧化 鈉10.25%; 6、粉煤灰4. 75°/。。
(二) 制作流程
1、 將各種原料按重量比放入攪拌機，攪拌均勻；
2、 將絕緣陶瓷容器輸入端放入3只電極，對應的另一邊也放入3只電極；
3、 將攪拌好的原料倒入容器內(nèi)，用振動棒振動3分鐘，蓋上上蓋，放置12
小時；
4、 送入高溫干躁箱干躁2小時(干躁箱溫度為260攝氏度)，取出冷卻至 室溫后，用高溫樹脂對上蓋縫隙進行密封；
5、 清理電極表面，裝好接線端子，用緊固螺絲緊固，即完工。
(三) 工作原理
由于相變電抗電阻中碳原子核對電子的束服力最小，核外層電子處于比較 活躍的狀態(tài)，加電后在電勢作用下，核外電子首先獲得能量并脫離東服，向低 電位移動。在這一過程中，碳原子中的電子與鎂、硅原子中的電子互相碰撞， 由于原子結(jié)構(gòu)不同，電子溢出原子表面需要的電勢也不相同，各原子溢出同等 數(shù)量的電子，其速度也不同。又由于相變電阻由上述多種物質(zhì)組成，化合后， 分子間的結(jié)構(gòu)非常緊密， 一部分分子結(jié)構(gòu)被破壞形成新的分子結(jié)構(gòu)，沒有被破 壞的則形成屏障，這樣各原子核對電子的束服能力不同，激發(fā)出的電子速度不 同，互相磁撞磨擦，溫度提高，動能增加，在電勢作用下，先溢出的電子和后 溢出的電子必須具有同等能量，才能躍遷到下一能量級，通過電源，對后溢出 的電子補充能量，使躍遷過程得以進行，最終形成電抗。產(chǎn)生電抗是以軟起動 相變電抗電阻器為核心裝置的中低壓軟起動器的技術核心。
(四) 參照圖l,軟起動相變電抗電阻器結(jié)構(gòu)組成及工作過程
1、每臺電阻器由2只相變電抗電阻器組成，共同使用一組散熱片，散熱片 尺寸為40*400*600mm*2片,每臺電阻器使用10mm*280mm螺絲桿4根，作緊固 用，使用4個移動小托輪，以方便移動，托輪尺寸40mm*10mm。
每只相變電抗電阻結(jié)構(gòu)及阻值
(1) 陶瓷絕緣容器160*210*300mm (尺寸)
(2) 電導介質(zhì)16. 2KG
(3) 輸入電極3只，尺寸12*12*230mm (碳質(zhì))
(4) 輸出電極3只，尺寸12*12*230mm (碳質(zhì))
(5) 銅接線端子6只，尺寸0.5*13*60mm (自制)
(6) 單只相變電抗電阻，靜態(tài)變化值(樣機)
① 不并聯(lián)正向電阻3. 2歐姆正負變化，反向電阻7. 0歐姆正負變化；
② 并聯(lián)1組，正向電阻2.6歐姆正負變化，反向電阻6.0歐姆正負變化；
③ 并聯(lián)3組，正向電阻1.8歐姆正負變化；反向電阻5.1歐姆正負變化。 測試采用DT—9208A數(shù)字萬用表
二、參照圖2，以本發(fā)明為核心裝置的軟起動器的工作過程及原理
(一) 技術構(gòu)思
針對樣品材料(電導介質(zhì))2002年黑龍江科技大學測試和2003年大連理工 大學的計算機測試報告，結(jié)合化合物電子躍遷的理論研究，參照半導體理論、 電介質(zhì)理論、界面理論，對等效電阻率、有效電流、熱功率密度在電子躍遷過 程中的變化，及相位角、電抗特性的變化進行深入研究。對熱敏電阻、頻敏可 變電抗，以及可控硅的關斷特性對照研究，找出等效電阻率、有效電流在躍遷 過程中不穩(wěn)定的因素，進行反復實驗。在不影響電抗電阻的物理強度，保證抗 壓、抗折、凍溶參數(shù)的要求下，力爭使曲線符合理想起動器標準。
(二) 結(jié)構(gòu)組成
1、配電箱；2、空氣開關；3、交流接觸器；4、時間繼電器；5、電壓表； 6、電流表；7、轉(zhuǎn)換開關；8、按鈕；9、相變電抗電阻；10、電流互感器。
(三) 連接關系
由常規(guī)電器組成控制回路，連接到軟起動相變電抗電阻器，由相變電抗電 阻器通過不同的并聯(lián)方式，控制不同功率的電動機，起動時用3只軟起動相變 電抗電阻器起動一臺電動機。
(四) 工作過程
1、 接通空氣開關，電源經(jīng)保護后接至兩臺交流接觸器輸入端，KM1、 KM2按 下起動按鈕，KM1啟動，KM1輸出端分別接3只相變電抗電阻輸入端，(起動前 按電機功率調(diào)整好電阻的并聯(lián)狀態(tài))，輸出端接三相電機。電機進入軟啟動狀 態(tài)。
2、 KM1起動后，通過自身常開接點接通時間繼電器工作，延時后時間繼電 器常開接點閉合，帶動KM2工作，此時電源通過KM2直接接到電機上，進入正 常工作，起動過程結(jié)束。(根據(jù)電機磁場建立時間，及負載對時間繼電器進行
延時15秒一2分鐘的調(diào)節(jié))
3、 三相電源通過電流互感器CT， CT將感應電流送入三塊電流表，分別檢 測每相電流。
4、 接入電壓表l以指示電流電壓。
5、 接入電壓表2通過轉(zhuǎn)換開關并接在相變電阻兩端，以分別顯示起動時三 個電阻兩邊各自承擔的電壓降及變化，本相變電阻在起動45KW電機時承擔了 300V的電壓降，作用在電機上的有效電壓只有80V，瞬間最大電流為135A，而 后回落，隨著電機轉(zhuǎn)速的上升，電流再次上升，電阻壓降迅速減小，直至KM2 閉合，實現(xiàn)了軟起動。阻抗隨轉(zhuǎn)速上升而減小。
(五)實測情況
2007年8月3日，在大連電機集團電機制造總廠，本發(fā)明對多臺電機進行 了起動運行。實測同一相變電阻起動30KW電機，起動沖擊電流為80A,起動 45KW電機起動沖擊電流為135A，此數(shù)據(jù)明顯優(yōu)于絕大部分起動器產(chǎn)品。起動30KW 電機，相變電阻器兩端壓降為180V,作用于電機的瞬間電壓為200V,起動45KW 電機，相變電阻器兩端壓降300V,作用于電機的瞬間電壓為80V并迅速向額定 電壓變化，停電后立即起動，象操作燈開關一樣，起動沖擊電流仍不會超過30KW 的80A， 45KW的135A，這種反復操作的起動方式，在大部分起動器說明書中是 絕對禁止的。必須間隔6-10分鐘，否則容易燒毀起動器。
本電阻在頻繁起動30KW、 45KW電機2個小時，溫升為35攝氏度，從起動 壓降可知，相變電抗電阻在起動大功率電機時電抗大，在起動小功率電機時電 抗小，實現(xiàn)了電抗的可變性，這一特性非常重要，它是實現(xiàn)電機軟啟動的必要 條件，也是實現(xiàn)一機多用的先決條件，可解決起動器產(chǎn)品系列太多的問題，同 時，也可以在眾多電氣領域得到應用。
附照片，參與測試人員1、大連電機集團、電機制造總廠設計處工程師、 技術人員、電工，質(zhì)檢處、銷售處處長；2、大連理工大學陳覺先教授、梅洪玉 工程師。
權(quán)利要求1.一種軟起動相變電抗電阻器，其特征在于，包括陶瓷絕緣容器，其內(nèi)裝有可產(chǎn)生電抗的電導介質(zhì)，所述陶瓷絕緣容器的一端設有輸入電極，另一端設有輸出電極，輸入電極和輸出電極上安裝有青銅接線端子；所述輸入電極連接電源，輸出電極連接電機。
2、 如權(quán)利要求1所述的軟起動相變電抗電阻器，其特征在于，所述輸入電極設有3個， 對應的輸出電極設有3個。
3、 如權(quán)利要求2所述的軟起動相變電抗電阻器，其特征在于，采用兩個軟起動相變電抗 電阻器，并在其上下各設有一個鋁散熱片，鋁散熱片外設有上下夾板，用緊固螺絲桿固定， 下面設有4個移動用的拖輪。
專利摘要軟起動相變電抗電阻器涉及一種以相變電抗電阻器為核心裝置的中低壓軟起動器。以本實用新型為核心裝置的相變電抗電阻軟起動器克服了目前起動器系列多、造價昂貴、起動電流大、過載能力差的缺點，能夠一機多用，普遍適用于380V-10000V領域、功率在20KW-8000KW的所有電機的軟起動，替代主電路的電抗器及可變飽和電抗器，以非金屬替代金屬，造價低，可以頻繁起動。軟起動相變電抗電阻器的構(gòu)成及工作過程是電源(1)由相變電抗電阻輸入電極(2)輸入，通過裝在容器中的電導介質(zhì)(3)產(chǎn)生阻抗，電流隨電機功率和轉(zhuǎn)矩動態(tài)變化，流經(jīng)電導介質(zhì)的電流由相變電抗電阻輸出電極(4)輸出，接至電機輸入端，帶動電機(5)起動。
文檔編號H02P1/02GK201197127SQ20072019487
公開日2009年2月18日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者張海軍 申請人:張海軍;張 丹;郎 巍