欧阳俊
[摘 要]随着经济形势的发展，大型电机的应用越来越广泛，但是电动机在全压直接启动时，起动电流会达到额定电流的4～7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。大型电机的启动方法也受到人们的关注，目前比较的是软启动器。
[关键词]软启动器 晶闸管 分析替代
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0322-02
软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。
中压软启动器在海上平台的应用已经很广泛，由于其电压等级较高，其故障率也一直很高，尤其是其核心部件晶闸管的损坏，大部分中压软启动器为国外品牌，其晶闸管造价高昂，而且人工成本也极高，在节能增效的大背景，自行选择国产品牌晶闸管替代国外品牌，势在必行。在本文中，主要阐述的就是晶闸管损坏后的更换方案。
一.晶闸管品牌选择
在三相电源与电机之间串入三相反并联晶闸管，利用晶闸管的移相控制原理，改变晶闸管的触发角，启动时电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐上升，电动机逐渐加速，直到晶闸管全部导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免过流跳闸。晶闸管反并联如图所示：
我们以AB中压软启动器为例，每一相功率单元中是有4个或6个晶闸管反并联组成，其中晶闸管品牌为ABB（AB公司订制型号，具体参数不详）。一相功率单元中有被击穿的晶闸管，其余还未被击穿也必须更换，因为晶闸管虽然没有被击穿，但是串联回路中其他晶闸管短路会有较高电压加在好的晶闸管两端，导致晶闸管的动态特性和静态特性受到影响，所以要对中压软起中的三相功率单元中的可控硅全部更换。如果还是更换原厂晶闸管，其备件成本和人工成本都很高。
通过我们的了解国内生产晶闸管的企业有很多达到了国际标准，经过反复对比我们决定采用同等级中车电气时代晶闸管进行更换，中车建有完备的检测试验中心，能对元件进行全套检测和型式试验。
中车晶闸管技术特点：
产品通态压降小，浪涌电流高，耐受电流冲击能力强；
具有高的di/dt、高dv/dt能力，动态特性好；
采用高真空电子束蒸发AI厚膜技术，器件使用寿命长；
管壳内充惰性气体确保器件长期使用的稳定性和可靠性；
拥有电子辐照中心，可以精确控制器件的反向恢复特性和通态电压的折衷关系，产品特别适用于串、并联应用要求器件Qrr或VTM等参数均匀匹配的场合。
中车建有完备的检测试验中心，能对器件进行全套例行检测和型式试验。
二、晶闸管主要技术参数
1、晶闸管的外形尺寸及电气参数的测试
（1）外形尺寸
由于功率组件都是由散热器和SCR压装而成，替换的晶闸管外形尺寸要和原有晶闸管外形尺寸一致，才能和散热器很好的压装在一起。
（2）电气参数测试
经过对海上平台中压软起调研，AB中压软起功率单元中使用的晶闸管的型号不是标准的ABB晶闸管的型号，而是AB公司的订货型号，不能确定所用晶闸管的正反向峰值电压、通态电流等特性参数。所以我们提供性能正常的单相功率组件，拆除其中晶闸管，由中车时代电气公司来进行各项动态特性和静态特性参数的检测。通过对我方提供晶闸管的特性测试，中车时代电气来确定最终能够替代的型号。
2、功率器件的选择、配对及压装
（1）选择及配对
由于电力电子器件特性的各异性（即分散性），即使相同型号规格的电力电子器件，其静态和动态伏安特性亦不相同，所以在器件选择方面，尽量采用阻断特性、开通特性、恢复特性特性一致的元器件进行串联。在安装前，按制造商提供的測试参数进行选配，用仪器测试多个器件的静态特性和动态特性，然后按特性进行选配，将特性相近的安装在一个桥臂上。
（2）压装
对选择好的晶闸管配对进行压装
如上图，移除晶闸管步骤：
1>移除短路棒插件
2>撬动散热器使它们分离
3>取出晶闸管
插入新的晶闸管步骤：
1>在晶闸管表面附加电连接化合物薄膜
2>安装晶闸管，使它固定在散热器的定位销（注意晶闸管的方向）
3>撬动散热器，使它们完全靠近接触，确保晶闸管正确的固定在两侧的定位销上
4>旋转晶闸管，使所有的导线有相同的方向。
3、功率器件保护电路的设计
晶闸管串联后会出现如下需要解决的问题：要求所加的电压均匀地分摊在每只晶闸管上，即每只器件分摊的电压基本一致。
（1）静态均压
为了减小晶闸管因为漏阻抗不等导致的两端静态电压不等，可以在其两端并联均压电阻。如果不加均压电阻，当晶闸管阻断时，每只晶闸管所承担的电压与该晶闸管阻断时正向或反向漏电阻的大小成反比，由于晶闸管特性的各异性，不同晶闸管的漏电阻可能有较大的差别，导致各晶闸管承担的电压大小也有很大不同。并联电阻后，因电阻比晶闸管漏电阻小得多，且每只晶闸管并联的电阻相等，所以各晶闸管承担的电压大小也近似相等。均压的阻值一般取晶闸管热态正、反向的漏电阻的1/3至1/5。取得太大，均压效果差，取得太小，则电阻上损耗的功率增加。
（2）动态均压
当电路启导通或关断时，由于串联的各个晶闸管导通和关断时间不一致，其中最后导通和最先关断的晶闸管将会承受全部电压而导致击穿，所以在需并联阻容均压环节，利用电容两端电压不能突变的特点来使各个管子承受的瞬间电压均匀起来。
下图为串联晶闸管的保护电路图：
R1：分压电阻
R2：緩冲器电阻
C：缓冲器电容
三、功率组件现场更换、调试
1、功率组件的安装
1>确保断开设备所有电源
2>安装三相功率组件，连接外部接线和光缆
3>检查所有的连接并核实所有连接是否正确，并连接牢靠。
2、高压空载试验
（1）中压电动机空载测试的准备工作：
1>连接电机前，对电机及其电缆进行绝缘测试。
2>确认电机准备工作完成，进行运行测试，电机与泵连接拆除。
3>连接中压输入电缆、电机电缆。
（2）高压空载测试
1>高压柜的保护参数应符合启动条件。在电动机试运行前，应投入所有电机保护。
2>确定根据电机的参数设定中压软起里的相关参数。
3>在所有启动时间读取显示在启动器显示屏上的三相电流，确定三相电流是否均衡。
4>在现场注意观察电动机的启动状态。
5>启动过程完成后，记录最大启动电流，最大启动时间。
6>进行2-3次不同参数设置的启动。
3、带载试验
1>确认用户电机具备带负载条件。
2>确认各种安全措施到位。
3>在所有启动时间读取显示在启动器显示屏上的三相电流，确定三相电流是否均衡。
5>在现场注意观察电动机的启动状态。
6>启动过程完成后，记录最大启动电流，最大启动时间。
四、方案总结
本文中晶闸管更换是以AB公司的中压软起为例，由于软启动器的工作原理一样，所以在功率模块上更换晶闸管，也适用于其他国外品牌的中压软起。
中车时代公司生产的晶闸管在国内市场占有率和影响力均处于领先地位，技术水平也在国际先进之列，该公司生产的功率器件在动车等性能要求较高的场合中大量使用，产品可靠性较高。
由于天津分公司海上平台，AB、本秀等国外公司的中压软起的应用数量很多，自行采购更换国内的晶闸管，对于中压软起晶闸管故障维修需要的时间会大大缩短、维修成本也会降低，备品备件的采购也比较灵活，对于天津分公司海上作业平台生产降本增效是有重要意义的。
