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論軟起動器的短路掩護

時辰:2018-02-28    作者:津信變頻    點擊:次
論軟起動器的短路掩護
The short circuit protection for soft motor starter
 
摘 要:機電軟起動器能主動節制機電電壓,并監控機電電流,作過載或過流掩護。軟起動器的主回路器件是可控硅,因為可控硅無自關斷才能,是以在產生短路的時辰沒法靠電子線路疾速呼應關斷的方法停止短路掩護,必須引入別的斷路掩護機制。本文闡發了快熔作軟起動器短路掩護的可行性和必要性。
 
關頭詞: 軟起動器  短路掩護  可控硅  快熔
 
Abstract:  Motor soft starter can control the voltage supplied to the motor, it can monitor the motor current to protect the overload and over current too. The main power device of soft start  is SCR, which has no self turn off ability. So the fast react electronic circuit cannot be used to switch off the short circuit current, some other method must be used to protect the soft starter  from short circuit damage. The thesis will analyze the fast fuse used as soft start short circuit protect.
Key words:   Soft Starter, Short Circuit Protect,  SCR,  Fast Fuse
 

弁言:Danfoss軟起動器在很多產業現場有普遍利用。比來咱們為幾個用戶現場解除了軟起動器毛病,發明毛病緣由都是因為軟起動器前端不按照Danfoss申明書的請求裝配疾速保險絲,在機電或機電電纜線產生相間或對地短路毛病時形成軟起動器可控硅破壞,是以在此會商一下軟起動器的短路掩護題目。

一、               軟起動器任務道理:

 

軟起動器的主回路功率器件為SCR可控硅,軟起動器的任務道理為經由進程節制可控硅的觸發旌旗燈號導通角以到達節制輸入三訂交換電壓的目標。軟起動器最罕見的毛病為主回路可控硅破壞縱貫,短路電流的熱效應是形成可控硅破壞的首要緣由。短路電流的熱效利用I2t值表現,短路時的電流值和短路延續的時辰是短路掩護的首要參考參數。SCR觸發導通今后不自關斷的才能,若是靠可控硅天然換流關斷的話,最是非路關斷延不時辰將到達半個交換周波,對50Hz的工頻電網而言為10mS。可控硅的短途經流耐受才能普通不那末強,以是軟起動器請求由內部裝配供給短途經流掩護。
 

二、軟起動器的短路掩護:

上面以丹佛斯220kW軟起動器MCD3220為例,會商一下軟起動器的短路掩護辦法。
MCD3220額外輸入才能見下表:

 

當起動電流倍數為3倍時,額外機電滿載電流430A,由此推算其額外輸入電流才能為:
Ie = 430×3.0 = 1290 A
    丹佛斯軟起動器MCD3220主回路可控硅模塊為EUPEC公司出品的T588N16TOF,相干手藝參數以下:
  
 
 

關頭數據1:通態電流有用值1250A,與軟起動器的額外輸入電流才能1290A類似不異;
關頭數據2:單次10ms最大峰值有用電流8000A,即靠可控硅天然換流關斷的話最大短路電流不許可跨越8000A;
關頭數據3:最高結溫(125℃)時的I2t熱耐受才能為320000A2S,這是半導體器件的短路熱耐受才能,短路掩護的首要參考數據。
 
短路電流的巨細
    短路電流究竟有多大,由短路的范例和電網內阻決議。短路范例有三相前方同時短路,兩相前方之間短路和單相前方接地短路,此中以三相前方同時短路最為嚴峻。咱們就以此種短路情勢闡發短路電流。


圖二、差別電網容量和電網內阻時的短路電流

 
 
    三相前方同時短路時的短路電流為Isca:

    
  此中S為電網(變壓器)容量;
  Z為電網(變壓器加上電纜)內阻。圖二以電網內阻為5%和2%為例,別離計較出Isca的值。

    MCD3220用于能夠或許或許的較差的500kVA容量、5%內阻的電網中時,短路電流也到達13222A,比可控硅模塊T588N16TOF能夠或許或許耐受的單次10ms最大峰值有用電流8000A大。以是靠可控硅天然換流關斷沒法作靠得住的短途經流掩護。是以丹佛斯軟起動器本體只供給過載和剎時過載兩個過載掩護。

 
上圖是丹佛斯軟起動器剎時過載掩護的整定參數。
 
    凡是用于短路掩護的電氣裝配是斷路器和熔斷器,上面就他們的利用停止會商。
 
會商一、用斷路器作短路掩護
    選配斷路器作短路掩護的話,按機電額外電流430A選,若是選用施耐德公司的產物,應挑選NS630斷路器。此斷路器能夠或許設置裝備擺設兩種脫扣器,其一為電磁式MA(MAE500)型脫扣器,只需短路電流掩護功效,因為MCD3000自帶過載掩護,以是能夠或許選用此型號的斷路器,最快舉措時辰為牢固的20ms。NS630還可設置裝備擺設別的一種機電公用電子式脫扣器STR43ME(500A),有短路和過載掩護,短路掩護最大舉措時辰為10ms。
    可是因為斷路器是一種機器裝配,機器裝配有較大的舉措滯后,以是施耐德給出總分斷時辰約為60ms。總分斷時辰與選用何種脫扣器不干系。別的也有文獻預算斷路器的分斷最少提早一個工頻周期,即20mS。
若是選用國產斷路器,以上海華通的產物為例,被選用機電公用型SM30 630A或SM40 630A斷路器,最快短路掩護時辰為牢固的20ms,查不到也問不到總分斷時辰,可是因為國際產物大都仿造入口產物,以是能夠或許估量現實總分斷時辰不會優于施耐德的產物。
上述傳統斷路器的掩護舉措延時都比SCR可控硅的天然換流關斷時辰長很多,是以不適于作軟起動器的短途經流掩護。
再看一下施耐德NS斷路器的高等功效 — reflex能量跳閘功效,據稱在短路毛病時能產生一種壯大氣體壓力間接感化于一個活塞機構,使斷路器疾速靠得住地分斷。因為舉措很是敏捷,<10ms,以是猶如疾速熔斷器一樣,具備天然按捺短路電流的功效。其限流特征曲線以下圖:
 
  
從圖三能夠或許看出NS630在預期短路電流>30kA以上時,有較著的限定短路電流才能,可是30kA對可控硅來講其實太大了,并且舉措延不時辰也要到達半個工頻周波10mS,是以reflex功效也不適于作軟起動器的短途經流掩護。現實上施耐德推出此功效自身也只是定位在改良對能源電纜或母線的掩護上的。
 
會商二、 用半導體掩護公用疾速熔斷器作短路掩護(丹佛斯申明書的請求)
    丹佛斯保舉MCD3220軟起動器前級裝配800A的疾速熔斷器。
    疾速熔斷器的熔斷特征如圖四所示:

圖四、疾速熔斷器的舉措特征
    熔斷器舉措時辰分為兩段,第一四是弧前時辰,即熔斷器熔解的時辰,時代電流與預期短路電流不異。
 
    弧前時辰詳細值可從圖五查得。能夠或許查到額外電流800A的疾速熔斷器,當短路電流為13222A時,弧前時辰<2mS;當短路電流為99165A時,弧前時辰< 0.1mS。
 
    第二段為弧斷時辰,這是產生電弧和滅弧所需的時辰,在此時代電流是不時減小的。
 

圖五、疾速熔斷器的弧前時辰
    總的來講疾速熔斷器在產生毛病時的總舉措時辰與短路電流的熱效應相干,是以快熔的關頭參數不是舉措時辰,而是舉措進程中的累計電流發燒量I2t,這與可控硅短路掩護必要參考的數據目標是分歧的。只需快熔的總I2t值與被掩護的半導體器件的I2t值相婚配,就能夠或許起到有用的短路掩護感化。
 
下表是丹佛斯軟起動器請求的前級短路掩護快熔選型表:
 
 
    丹佛斯申明書中請求MCD3220前級裝配BUSSMANN的170M6012半導體熔斷器,請求的可控硅必要的短路掩護I2t值為320000A2S,也便是MCD3220軟起動器利用的可控硅T588N16TOF必要的短路掩護I2t值。
半導體熔斷器170M6012的數據見下表:
 
 


    因為BUSSMANN的手冊中給出的弧斷I2t值為660V電網電壓時的數據,以是還要查表求出400V電網電壓時的批改系數,從下圖能夠或許查到批改系數約為0.61。


則可得:
170M6012在400V電網中的弧斷I2t 。
    弧斷I2t = 465000×0.61= 283650
    170M6012的總I2t值 = 弧前I2t + 弧斷I2t
                       = 69500 + 283650
                       = 353150
    此值與可控硅掩護必要的I2t值320000附近。

 
論斷:
    半導體器件掩護公用疾速熔斷器能夠或許或許供給軟起動器短路掩護。對凡是客戶,必須請求接納丹佛斯保舉的半導體熔斷器作軟起動器短路掩護。斷路器不能知足軟起動器短路掩護的請求。
 

三、               國產疾速熔斷器選型:

 
    國際也有半導體元件掩護公用的疾速熔斷器,為了下降本錢,也能夠或許斟酌利用國產的半導體熔斷器作軟起動器的短路掩護,選型的時辰應參照入口產物的相干參數,知足以下請求:
1.  電壓: ≥ 380VAC
2.  電流:參照欲替代的BUSSMANN保險絲的額外電流
3.  I2t:國際因為貧乏規范,以是也不相干的產物數據,但按照經歷曉得,國產疾速熔斷器在熔絲材料和型狀方面是完整仿入口產物的,是以這個數據應當與入口產物相差未幾。
 
選用國產半導體熔斷器時,真正必要擔憂的卻是國產產物的品質,如疾速熔斷器本體在額外電流時會不會過熱?會不會老化生效?會不會沒法分斷?…
   下表以上海電器陶瓷廠的半導體器件掩護用熔斷器為例,列出合用于丹佛斯軟起動器短路掩護用的國產疾速熔斷器選型:
軟起動器型號 疾速熔斷器型號 熔斷器座型號
MCD3007 NGT00C-380V/125  (63A) sist101
MCD3015 NGT00C-380V/125 (125A)
MCD3018 NGTC1-380V/250 (160A) sist201
MCD3022 NGTC1-380V/250 (160A)
MCD3030 NGTC1-380V/250 (160A)
MCD3037 NGTC2-380V/400 (280A) sist401
MCD3045 NGTC2-380V/400 (280A)
MCD3055 NGTC2-380V/400 (280A)
MCD3075 NGTC2-380V/400 (400A)
MCD3090 NGTC3-380V/630 (500A) sist601
MCD3110 NGTC3-380V/630 (560A)
MCD3132 NGTC3-380V/630 (630A)
MCD3185 RST3-500V/800 (700A) 無座
MCD3220 RST3-500V/800 (800A)
MCD3300 RST3-500V/1200 (1000A)
MCD3315 RST3-500V/1200 (1200A)
MCD3400 RST1-1000V/2000 (1600A)
MCD3500 RST1-1000V/2000 (2000A)
MCD3600 RST1-1000V/2000 (2000A)
MCD3700 RST1-1000V/2000 (2000A)
MCD3800 RST1-1000V/2000 (2000A)
 

參考文獻 

[1] MCD3000操縱申明. MG.15.A.41. Danfoss公司.
[2] Compact NS 塑殼開關利用指南. SC DOC 797-LV. 梅蘭日蘭公司. 2005
[3] Marketing Information T588N. Eupec公司. 1996
[4] High Speed Fuse Application Guide. Bussmann公司.
[5] High Speed Fuse Catalog. Bussmann公司.
 
申明:
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