Kornd?rfer自耦變壓器起動(dòng)器

　　在電氣工程中，Korndorfer啟動(dòng)器是一種用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)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(dòng)方法。

發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉

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

啟動(dòng)-第1步

　　啟動(dòng)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(huì)加速。電機(jī)的扭矩也降低。

啟動(dòng)-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(shí)，開關(guān)2斷開。電機(jī)在短時(shí)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(gè)時(shí)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(dòng)”結(jié)束，電機(jī)可以滿載運(yùn)行。

滿載

　　啟動(dòng)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(dòng)機(jī)，只需斷開開關(guān)3，這會(huì)切斷電源電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在沒有啟動(dòng)器的情況下停止。

優(yōu)點(diǎn)

　　Korndorfer啟動(dòng)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(dòng)或不能使用星三角啟動(dòng)（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(dòng)相比，該電路具有優(yōu)勢，常規(guī)自耦變壓器需要在啟動(dòng)過程中的某個(gè)時(shí)刻完全斷開，從而引發(fā)高壓脈沖，這會(huì)損壞定子的電氣絕緣。

　　最有效的啟動(dòng)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(jià)格昂貴。由于整個(gè)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(dòng)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(dòng)負(fù)載不能承受高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下，需要降低啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)和加速

• 　　預(yù)定時(shí)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(dòng)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(dòng)器一直是減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩。

　　表1-使用3個(gè)降低電壓抽頭的啟動(dòng)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(huì)的建議，每個(gè)設(shè)備的電壓抽頭降低了50%、65%和80%。

　    單個(gè)線圈組件的0至50%繞組部分埋在單個(gè)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(dòng)器自耦變壓器

• 　　軸流散熱風(fēng)扇，

• 　　澆注樹脂封裝線圈，

• 　　多個(gè)繞組提供作為中央開關(guān)設(shè)備的連接方式，

• 　　9個(gè)啟動(dòng)電壓分接頭連接允許圍繞NEMA推薦分接頭的±5%的啟動(dòng)扭矩變化（50%、65%和80%）。這允許電機(jī)啟動(dòng)扭矩的選擇與驅(qū)動(dòng)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(gè)降低電壓連接的啟動(dòng)扭矩/電流

　　第一啟動(dòng)階段的熱耗散通過將繞組與第二啟動(dòng)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(dòng)器相比，自耦變壓器電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)器

　　多年來，低電壓600 V Kornd?rfer電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)器報(bào)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(bào)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(huì)損壞電機(jī)或其傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　瞬態(tài)持續(xù)時(shí)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(shí)。這是一個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)，升壓自耦變壓器會(huì)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(dòng)階段的冗余繞組中的電壓將非常大。

　　另一個(gè)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(shí)<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(shí)，瞬態(tài)會(huì)以5:1的比例升級。

　　低壓Kornd?rfer自耦變壓器電機(jī)啟動(dòng)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(gè)因素。

　　為了降低任何電壓浪涌的風(fēng)險(xiǎn)，最好用自耦變壓器替換Kornd?rfer電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)的轉(zhuǎn)換。

　　一個(gè)3線圈自耦變壓器需要一個(gè)3極開關(guān)來控制3相電壓，圖左的檢查顯示三個(gè)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(shí)切換所有三相，而無需求助于復(fù)雜的交錯(cuò)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(gè)繞組，需要在轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)，兩個(gè)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(shí)，自耦變壓器提供的電機(jī)電流幅度僅為90度時(shí)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(dòng)作轉(zhuǎn)移到80%的繞組中。它可以提供無摩擦、準(zhǔn)確和即時(shí)的切換動(dòng)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(shí)測量。電流到電壓互感器用于精確觸發(fā)這種定時(shí)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(shí)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(dòng)階段時(shí)進(jìn)行切換，可以最小化來自降低電壓階段的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)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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