Kornd?rfer自耦變壓器起動器

　　在電氣工程中，Korndorfer啟動器是一種用于感應(yīng)電動機(jī)降壓軟啟動的技術(shù)。希爾頓雷蒙德培根更新和改進(jìn)了這種電機(jī)啟動方法。

發(fā)動機(jī)關(guān)閉

　　Korndorfer系統(tǒng)可以手動操作。較新的設(shè)備是全自動的，可能還包含其他：三相開關(guān)、過載保險絲、分接頭連接電纜、時間繼電器、緊急啟動和停止按鈕等。

啟動-第1步

　　啟動馬達(dá)。首先關(guān)閉開關(guān)1和2。這為電機(jī)提供來自自耦變壓器的較低電壓。較低的電壓限制了最初靜止的電機(jī)的輸入電流，該電機(jī)會加速。電機(jī)的扭矩也降低。

啟動-第2步

　　電機(jī)加速，直到負(fù)載扭矩與電機(jī)扭矩相符。當(dāng)這種情況發(fā)生時，開關(guān)2斷開。電機(jī)在短時間內(nèi)以更低的電源電壓工作，因?yàn)檫@種配置中的自耦變壓器線圈用作電感器。然而，這個時間很短，因?yàn)殚_關(guān)3被打開，這導(dǎo)致電機(jī)以全工作電壓運(yùn)行。電機(jī)繼續(xù)加速到其全額定速度，在該速度下電機(jī)“軟啟動”結(jié)束，電機(jī)可以滿載運(yùn)行。

滿載

　　啟動完成后，無需向自耦變壓器供電。因此，它通過斷開開關(guān)1斷開，而電機(jī)則通過開關(guān)3直接從三相網(wǎng)絡(luò)供電。

　　關(guān)閉

　　要關(guān)閉發(fā)動機(jī)，只需斷開開關(guān)3，這會切斷電源電壓，發(fā)動機(jī)會在沒有啟動器的情況下停止。

優(yōu)點(diǎn)

　　Korndorfer啟動器顯著降低了涌浪電流。它用于無法通過直接連接到電網(wǎng)啟動或不能使用星三角啟動（例如在負(fù)載下）的中型和大型電機(jī)（功率從幾十千瓦起）。

　　與使用常規(guī)自耦變壓器啟動相比，該電路具有優(yōu)勢，常規(guī)自耦變壓器需要在啟動過程中的某個時刻完全斷開，從而引發(fā)高壓脈沖，這會損壞定子的電氣絕緣。

　　最有效的啟動是通過將自耦變壓器設(shè)置為額定電壓的65-80%左右獲得

弊病

　　電路比較復(fù)雜，自耦變壓器價格昂貴。由于整個設(shè)備的外部尺寸，可能無法將其安裝在狹窄的空間內(nèi)。

來歷

　　他于1908年5月向美國專利局提交了申請，并于1914年5月獲得了專利US 1,096,922。Max Kornd?rfer將他的專利轉(zhuǎn)讓給了通用電氣公司。

　　Max Kornd?rfer將他的專利轉(zhuǎn)讓給了通用電氣公司。

　　感應(yīng)電機(jī)在加速到全額定速度期間消耗非常高的啟動電流，通常是全負(fù)載電流的6到10倍。在電網(wǎng)容量不足或驅(qū)動負(fù)載不能承受高啟動轉(zhuǎn)矩的情況下，需要降低啟動電流。

Kornd?rfer專利1,096,922的說明

　　Max Kornd?rfer聲稱有四種使用自耦變壓器進(jìn)行降壓電機(jī)啟動的方法。

　　第四種方法是星形開關(guān)閉合，隨著電機(jī)加速，從自耦變壓器上的降低電壓抽頭切換到直接在線。

　　開始順序：

• 　　星形開關(guān)閉合

• 　　啟動開關(guān)閉合以給自耦變壓器通電。

• 　　電機(jī)連接到自耦變壓器上選定的減壓抽頭，并開始轉(zhuǎn)動和加速

• 　　預(yù)定時間后，星形開關(guān)將打開

• 　　一毫秒延遲后，運(yùn)行開關(guān)將關(guān)閉，將全線電壓連接到電機(jī)

• 　　然后啟動開關(guān)將打開，電機(jī)將處于運(yùn)行速度

　　自1920年以來，自耦變壓器起動器一直是減少感應(yīng)電動機(jī)起動電流涌入的最流行的裝置；它以最小的線電流提供最大的啟動轉(zhuǎn)矩。

　　表1-使用3個降低電壓抽頭的啟動扭矩/電流

　　制造商提供兩種配置的降壓自耦變壓器，2線圈結(jié)構(gòu)或3線圈結(jié)構(gòu)。

　　根據(jù)美國電氣制造商協(xié)會的建議，每個設(shè)備的電壓抽頭降低了50%、65%和80%。

　    單個線圈組件的0至50%繞組部分埋在單個熱質(zhì)量中的50%至100%繞組下方。

　　如圖顯示了改進(jìn)的1000 kW 11,000伏電機(jī)啟動器自耦變壓器

• 　　軸流散熱風(fēng)扇，

• 　　澆注樹脂封裝線圈，

• 　　多個繞組提供作為中央開關(guān)設(shè)備的連接方式，

• 　　9個啟動電壓分接頭連接允許圍繞NEMA推薦分接頭的±5%的啟動扭矩變化（50%、65%和80%）。這允許電機(jī)啟動扭矩的選擇與驅(qū)動負(fù)載要求緊密匹配。選擇是通過繞組部分之間的連接環(huán)節(jié)。

　　表2-9個降低電壓連接的啟動扭矩/電流

　　第一啟動階段的熱耗散通過將繞組與第二啟動步驟的繞組物理分離以達(dá)到全線電壓而最大化。

用途和樣式

　　與固態(tài)變頻驅(qū)動器相比，自耦變壓器電機(jī)啟動裝置相對簡單。由于不含任何電力電子器件，輸出波形為正弦波，無附加諧波失真或開關(guān)波形。

中型電壓啟動器

　　多年來，低電壓600 V Kornd?rfer電機(jī)啟動器是一種久經(jīng)考驗(yàn)的主力產(chǎn)品。然而，大型中/高壓電機(jī)啟動器報告了隨機(jī)自耦變壓器故障。

　　Dr.S.E.A.的IEEE文章Emam&Pro.Dr.A.H.艾因夏姆斯大學(xué)工程咨詢中心的Amer報告了為一家石油公司對5,400千瓦電機(jī)進(jìn)行的一些調(diào)查，但沒有明確的故障原因。

　　“開放式轉(zhuǎn)換”控制方案將電機(jī)與電源斷開，導(dǎo)致電機(jī)減速并與電源相位不同步，一旦重新連接，機(jī)械和電氣瞬變可能會損壞電機(jī)或其傳動系統(tǒng)。

　　瞬態(tài)持續(xù)時間非常短，不到5微秒，發(fā)生在來自自耦變壓器次級的電機(jī)電流被迫達(dá)到線電壓時。這是一個非常快的事件，并且是破壞性電壓瞬變的起源，這些瞬變已導(dǎo)致1000 kW以上的大型中高壓啟動器發(fā)生重大故障。

　　邁克爾法拉第DCL，F(xiàn)RS，在1831年發(fā)表了一篇關(guān)于他發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的論文，電磁感應(yīng)是磁通量隨時間的變化率隨線圈在該線圈中感應(yīng)出的電壓，感應(yīng)電壓的幅值與速度成正比。與線圈的磁鏈。正常運(yùn)行時，升壓自耦變壓器會在電源頻率下產(chǎn)生磁鏈；在觸點(diǎn)分離瞬間dv/dt非常快的情況下，感應(yīng)到第一啟動階段的冗余繞組中的電壓將非常大。

　　另一個瞬態(tài)問題是，對于單線圈結(jié)構(gòu)和星形開關(guān)，自耦變壓器在星形點(diǎn)開關(guān)觸點(diǎn)分離時<5微秒期間充當(dāng)升壓變壓器。將電機(jī)連接到80%的電壓抽頭時，瞬態(tài)會以5:1的比例升級。

　　低壓Kornd?rfer自耦變壓器電機(jī)啟動器<600伏也受到類似電壓瞬變的影響，具有快速上升的波前，但是由于較低的工作電壓和使用的最先進(jìn)的絕緣材料可能是延長其使用壽命的一個因素。

　　為了降低任何電壓浪涌的風(fēng)險，最好用自耦變壓器替換Kornd?rfer電機(jī)啟動器電路，該自耦變壓器具有中央開關(guān)電路，可將第一級啟動階段的冗余繞組與過渡電路斷開，從而防止任何升壓變壓器連接和電壓升高。

　　Kornd?rfer啟動器中破壞性瞬變的根本原因是電機(jī)電流轉(zhuǎn)換的隨機(jī)切換。不受控制的轉(zhuǎn)換時間允許峰值電機(jī)電流在波形的任何點(diǎn)進(jìn)行切換。如圖顯示了90度時的轉(zhuǎn)換。

　　一個3線圈自耦變壓器需要一個3極開關(guān)來控制3相電壓，圖左的檢查顯示三個正弦波以120度的間隔位移。在循環(huán)中似乎沒有真正的點(diǎn)可以在任何相等的低電機(jī)安培數(shù)下同時切換所有三相，而無需求助于復(fù)雜的交錯切換方法

　　（左）圖.-3相功率正弦曲線（右）圖.3線圈原理圖

　　（左）圖2線圈2相正弦曲線（右）圖.2線圈原理圖

　　2線圈自耦變壓器只有兩個繞組，需要在轉(zhuǎn)換時進(jìn)行切換。顯示了2線圈自耦變壓器的電機(jī)電流曲線。線路2未切換。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于受控切換。

　　對正弦曲線的檢查表明，在30度和210度時，兩個電機(jī)電流處于相同的值并且處于相同的相位象限。在30度時，自耦變壓器提供的電機(jī)電流幅度僅為90度時出現(xiàn)的峰值電機(jī)電流的一半。（sine30°=0.5）。

　　因此，中央開關(guān)防止任何升壓自耦變壓器連接和將開關(guān)瞬變控制為低于星形連接開關(guān)的值的可行方法。

　　受控中央切換的要點(diǎn)是：

• 　　中央開關(guān)在電機(jī)通電前閉合，

• 　　電機(jī)電流沒有中斷，只有電流轉(zhuǎn)移，

• 　　中央開關(guān)的同步、受控打開。

• 　　通過電機(jī)電流波形的過零進(jìn)行同步。

　　中央開關(guān)可以是機(jī)電開關(guān)或使用IGBT、EMT或其他類似固態(tài)器件的電子器件。

　　電子中央開關(guān)只需打開其電路，迫使電機(jī)電流以不間斷、閉合的轉(zhuǎn)換動作轉(zhuǎn)移到80%的繞組中。它可以提供無摩擦、準(zhǔn)確和即時的切換動作，這是操作30度轉(zhuǎn)換點(diǎn)所必需的。

　　需要一種檢測電流過零的方法來為受控切換提供定時測量。電流到電壓互感器用于精確觸發(fā)這種定時信號以控制開關(guān)打開。

　　必須仔細(xì)選擇機(jī)電中央開關(guān)，因?yàn)樗哂泄逃械拇蜷_和關(guān)閉操作時間。

由于減少電機(jī)電流浪涌的受控開關(guān)

　　通過在過渡到初級電抗器的第二啟動階段時進(jìn)行切換，可以最小化來自降低電壓階段的電動機(jī)啟動電流的變。在他的專利Max Kornd?rfer中，展示了一種外部電抗器線圈方法，“以便在轉(zhuǎn)換為直接在線之前實(shí)現(xiàn)步驟之間的電壓分級”

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