降压补偿软起动器及应用

降压补偿软起动器及应用二零一零年十月

主讲：付学强科技创造动力品质成就万洲降压补偿软起动器基本介绍

——降补软起动降压补偿软起动器及应用软起动器降压补偿降低电机端电压，减小电流补偿无功功率，降低网侧压降降压补偿软起动器：在网侧得到以较小的电流、较低的压降起动大中型异步电动机。根据补偿容量的大小不同，起动时间、网侧电流、网侧压降有差异。9/15/20232回顾——有功功率与无功功率在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。降压补偿软起动器及应用有功功率——用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能。比如电动机带动负载设备、灯泡发光照明、电热水器发热等。有功功率的大小直接反映着负载的轻重和耗电量的大小。

无功功率——它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

有功功率取决于负载，当负载不变时，无功功率越大，则功率因数越低，反应到网侧的电流就越大，给电力输送和配电网络的负担越重。9/15/20233回顾——有功功率与无功功率

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。

电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压。无功功率有什么用呢？

举一个形象的例子：修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，人好比是电网电源，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

9/15/20234电动机起动降压补偿软起动器及应用

电动机直接起动也就是全压起动，电流很大，可以达到额定电流的5-7倍。一般情况，异步电动机的功率低于15KW时允许直接起动；大于15KW的电机不建议直接起动。首先知道：电动机起动电流非常大！9/15/20235降压补偿软起动器及应用电动机起动电动机起动时电流非常大，而后电流逐渐减小，直到恢复正常。有功功率取决于负载，当负载不变时，有功电流也保持不变。在电动机起动过程中，有功功率、有功电流的变化时很小的，所以大部分的电流都是无功电流，导致视在电流很大，功率因素很低，即从电网吸取了大量的无功功率和无功电流。

当电流很大以至于超过变压器的额定负载能力时，变压器二次侧输出的电压势必降低，导致电压跌落，俗称“将电压拉垮了”。尤其是在合闸瞬间，电流最大，因为转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，抵消定子磁场的磁能，定子则会自动增加磁通以维持与现有电压相适应的磁通。电动机起动电流大导致电网压降9/15/20236什么情况下允许直接起动大中型电动机呢？降压补偿软起动器及应用电动机起动电动机起动电流很大，一般电动机的功率低于15KW时允许直接起动；大于15KW的电机不建议直接起动。（1）足够大的电网容量：只要起动时产生的压降不影响其他电器的正常起动或运行即可。所以大中型电动机直接起动一定配有一个容量比电动机功率大很多的变压器。

（2）电动机本身的结构、性能（如轴承、转子笼条、绝缘、发热等）能够承受直接起动的冲击。

（3）生产机械设备能够容忍直接起动的冲击力矩。

以上三方面应该得到核实与确认，不能全部满足上述要求应考虑加装软起动装置9/15/20237降压补偿软起动器及应用电动机起动国标编号名称允许偏差限值适用范围GB-T12325-2003电能质量供电电压允许偏差1、35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10%。2、10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的士7%。3、220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的＋7%、一10%。适用于交流50Hz电力系统在正常运行条件下供电电压对标称系统电压的偏差。电压偏差（%）=（实测电压-标称电压）/标称电压*100%—式（1）

10kV供电系统中，允许范围为9300V~10700V在此，我们重点关注电动机起动大电流及导致的压降国标中对电压允许偏差的规定：9/15/20238降压补偿软起动器及应用降压补偿软起动器的功能与应用降低电动机的起动电流→→降压软起动（固态、液态）↓↓→损失了起动转矩、不能重载起动、电网

压降较大（也能起到一定的降低压降的作用）↓→降低电机端电压、减小起动电流补偿电机起动无功功率→→补偿软起动↓↓→流过电动机的电流没有减小、起动

冲击较大↓→补偿大量无功、电网压降小、起动转矩大9/15/20239降压补偿软起动器的功能与应用启动电流与转矩难两全：当电流小时，能够满足电力系统或配电网络的要求，却不能保证电动机的起动力矩；反过来，如果保证了电动机的起动力矩，电流必然不会小，无功冲击必然大，电网的电压波动大，难以满足电力系统或配电网络的要求。降压补偿软起动器及应用9/15/202310目前电动机软起动技术的核心问题：

1、减小电流，降低无功功率对电网的冲击，减小电网压降

2、满足起动转矩要求的适当降压降压补偿软起动器及应用降压补偿软起动器的功能与应用通过降压软起动与补偿软起动的有机结合，可在起动电流、电网压降、起动转矩等方面找到平衡点。

降压补偿软起动器包含降压起动器和快速补偿系统两大组件。降压起动器可在满足起动转矩的前提下适当降低电动机的端电压，降低流过电动机的起动电流；快速补偿系统补偿电动机起动时的无功功率，实现电动机起动时无功功率就地平衡，在满足起动转矩的前提下，电网只需提供电压和少量的无功支持。9/15/202311降压补偿软起动器的功能与应用

对于实际的、有限容量的电网，电动机起动引起的电网电压波动为电动机起动时回路总的无功功率波动量占母线短路容量的百分数。即：

△U%=△Q/Smin×100%—式（2）

△U%——电网压降，如式（1）；

△Q——电动机起动时回路无功功率的波动量，Mvar;

Smin——母线最小短路容量MVA

从式（2）可看出

△U%

∝△Q

只要降低了△Q

，即只要减少电动机起动时从电网吸取的无功功率，而将所需的大部分的无功功率转由补偿装置提供，则电网压降即可按比例降低。降压补偿软起动器及应用9/15/202312降压补偿软起动器补偿容量计算客户的要求Smin——母线最小短路容量，可根据电压等级、线路距离、变压器短

路容量等参数计算得到。

△Q——补偿容量，通过式（2）计算得到。我们的控制目标（设计补偿容量的依据）我们对用户的承诺△U%——理解为需要提升或恢复的电压比例△U%=△Q/Smin×100%—式（2）9/15/202313降压补偿软起动器的功能与应用

概要——以色列Elspec公司是国际上领先进行电能质量治理和监测的公司，ElspecEqualizer-ST（简称EQ）是一种应用于电机起动的、实时快速无功补偿系统，适合于大电机带负载直接起动、解决电压跌落问题。

目标客户：钢铁、水处理、化工、港口、油田、水泥等行业大中型高低压鼠笼式电动机的起动，不需要调速的场合，电压等级为400V、6kV、10kV。补偿起动器——以色列Elspec公司的Equalizer-ST降压补偿软起动器及应用9/15/202314降压补偿软起动器的功能与应用

Elspec的动态电容柜Equalizer，基本原理是TSC，即可控硅投切电容器组，在电动机起动过程中实时跟随系统无功功率的变化，快速计算并选择电容器组的投切。

在同类产品中最为先进，Elspec的Equalizer产品在业内唯一能真正做到5-20ms投切全部电容器组。不管有多少组电容需要投切，总的完成时间一般都会在2/3周波以内，50Hz电网，投切时间T=13.3ms。

投切时间是一个非常重要的指标，这是设备运行所必须的，如果时间过长，则电压跌落的时间长，起不到好的效果，在电网较弱的场合，同样会引起保护、跳闸等误动作。降压补偿软起动器及应用9/15/202315降压补偿软起动器的功能与应用EQ-ST的歇工作制：典型的电机起动只需要一个短的起动周期，因此EQ-ST被设计成间歇工作制，即在短的时间段内承担高的电流，如此则降低了设备的制造成本和造价。

EQ-ST的一个典型的工作周期是5%，如果EQ-ST工作20秒，它需要空下来6.7分钟（380秒）。EQ-ST的限制：

EQ-ST作为单独的设备使用，可以解决电气系统的挑战——快速补偿大量无功功率，降低电网压降；当需要减少转矩的时候，EQ-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。降压补偿软起动器及应用9/15/202316应用方案一——独立补偿起动（1）中高压集中补偿起动

(3KV、6KV、10KV)降压补偿软起动器及应用低压集中补偿起动

(380V、690V)在有很多电机的情况下——作为集中补偿起动系统，EQ-ST有更加明显的优势：可以用1台补偿起动器分别起动多台电机。

1、只需能够提供最大的一台电动机起动所需的无功功率即可起动所有电机；

2、在工艺上需保证电动机可以不同时起动；

3、工艺上可以承受EQ-ST间歇性工作的周期。

用户主配变3~10KV用户主配变≤690V9/15/202317应用方案一——独立补偿起动（2）一台补偿软起动独立起动一台电动机，中高压系统（大于690V的配电系统）则配有升压变压器，补偿软起动侧的电压为交流690V，另一侧与母线侧的电压相同；低压系统（小于或等于690V的配电系统）则没有该变压器。

1、降低装置的成本，装置使用低压器件；

2、利用变压器可以承受短时过载的大电流，在刚起动瞬间，装置补偿输出很大的无功电流。用户主配变降压补偿软起动器及应用9/15/202318应用方案二——与软起动配合使用

——降压补偿软起动器降压补偿软起动器及应用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。电机起动、电机电流的限制靠降压软起动器实现，补偿系统实时跟踪系统功率因数，快速补偿。二者之间没有复杂的电气联系可适配固态、液态等多种软起动装置。用户主配变3~10KV用户主配变≤690V9/15/202319应用实例效果对比案例：6KV的电网，1000KW的电机接在4000KVA的变压器，使用直接起动、软启动器、EQ-ST全补偿、软启动器和80%的EQ-ST补偿、50%的EQ-ST部分补偿、软启动器和50%的EQ-ST补偿下面的表格描述了每一个参数、以及各个