關于電動機液態軟啟動的探討

劉宏偉，楊 銳

（1.襄樊學院 機汽學院，襄樊 441053；2.襄樊職業技術學院 生物工程學院，襄樊 441053）

0 引言

交流電動機的起動電流大，大的起動電流（由于起動時間短）對電機本身來說，尚不至于引起電機溫度的顯著提高（頻繁起動除外），但過大的起動電流沖擊對電網、負載及電機本身產生較大的影響。電網電壓的顯著降低將影響接在同一母線上的其他設備的正常運行，所以對交流電動機的起動必須根據電網的短路容量和變壓器容量、 電動機的起動電流的大小及負載大小等情況做綜合考慮后選擇合適的起動方法。電動機的液態軟起動就是電機常用的起動方式，定子側串入液變電阻本質上屬于降壓起動，它以損失部分起動力矩為代價。對于非恒轉矩負載(如風機、泵類)或輕載起動的大功率高壓籠型電動機及同步機而言，在電網短路容量及變壓器容量不是足夠大或瞬時機械沖擊過大時，是可能采取的最佳起動方式之一。

電動機起動過程中，在電動機定子回路串接液體電阻，起動電流在液體電阻上將產生電壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也得到減小，從而達到對主電機降壓限流的目的。

電機起動時，在電動機定子回路串入一特制液體電阻，該電阻在電機起動初始時刻自動投入，阻值在預定起動時間內均

勻無級減小，并在阻值幾近為0時刻切除，實現限制主電機電流及電機轉速無級勻滑上升的目的。圖1和圖2為大電機采用液態軟起動的示意圖，具體的操作如下：

在圖1中，當電機起動的各項條件已備妥，合上隔離開關，按下起動按鈕，此時主回路上在開關柜內的高壓斷路器吸合，液阻柜的動極板開始向定極板移動，電阻值由大變小，直到動定極板距離無限接近時，電機的起動電流和起動電壓不再發生波動，經過一個繼電器延時后，星點短接柜的主斷路器完全吸合，電機處于工頻運行狀態。此時液阻柜內仍然處于帶電狀態（切勿帶電往液阻柜內加水）。

在圖2中，電機沒有完全起動時，主回路上的斷路器一直處于斷開狀態，當液阻柜的各項起動條件具備后，合上隔離開關，此時，液阻柜內的兩個主接觸器相繼吸合，電機開始起動，當電機完全起動起來后，通過PLC控制的開關柜內的主斷路器吸合，電機處于工頻運行狀態，然后液阻柜內的兩個接觸器的主觸點依次斷開。此時液阻柜處于斷電狀態（在隔離沒有拉開之前，為了安全起見，切勿往液阻柜內加水）。

圖1 電機星點引出式電氣主回路

圖2 電機星點無引出式電氣主回路

1 電動機串液阻起動特性分析

過大的壓降導致電機端電壓過低（降壓起動電機端電壓不能低于85%），起動轉矩不夠，電機起動失敗；過大的起動電流使電機內部過熱，電機溫升過高，加速電機繞組絕緣過熱老化。通過如圖3所示的特性曲線分析液態軟起動進行降壓起動，滿足系統對電機起動的要求。

圖3 特性曲線

特性分析：

對于電機降壓限流起動，這里用串可變液阻與串分級切換阻抗作對比定性分析。

1）圖中起動曲線與橫坐標軸(電磁軸)及縱坐標軸(轉速軸或轉差率軸)包絡的面積大小，反映了起動過程平均電磁轉矩大小，二者成正比關系。

2）圖中起動曲線與橫軸交叉點(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)為起動初始電磁轉矩。ML為額定負載轉矩，對應的轉速為電機額定轉速(ne)。Mm為最大電磁轉矩。

3）起動電磁轉矩大小反映初始起動電流大小，平均電磁轉矩大小反映起動時間長短。從圖3串可變液阻降壓起動特性曲線可以看出，其初始起動電磁轉矩很小，平均起動電磁轉矩足夠大，因此初始起動電流很小，而起動時間不長。由此可見，串可變液阻起動較之電抗器類固定阻抗具有良好的起動特性。

2 主要性能特點

1）可預測：運用具有國內領先水平的專用計算機仿真軟件對電動機起動全過程模擬仿真，達到對電動機起動過程、性能的事先預測與分析，運用計算機Matlab軟件平臺，采用仿真技術，按照用戶提供的電動機、電網、負載等參數，進行計算機仿真計算，對電動機起動參數進行優化設置，獲得電機起動全過程，如起動電流、轉速及電網壓降等最佳變化曲線，達到對起動過程的事先預測，作為設計提供參考依據。

2）可調整：起動時間、液態電阻阻值等參數可根據工況現場調整，根據現場實際工況和用戶要求，可通過修改PLC控制程序、調整動極板的起動初始位置及傳動電機減速機構的速比，來改變動極板的行程規律，通過控制電阻阻值變化來調整電動機的平均起動轉矩，達到調整起動時間的目的。由于工程設計中系統的特性參數計算誤差，致使一些起動設備的匹配較難達到最佳狀態，甚至可能出現起動失敗。本液體電阻可根據現場工況隨機調整其初始值。這種隨機可調整性、起動電阻的無級變化及起動效果的可知性，是突出的技術優勢，其結合大大拓展了起動性能的可塑性，充分保證了起動成功率及起動效果。

3）可控制：液態電阻阻值可按最佳電磁轉矩、最小起動電流改變，起動過程完全受控，同時電網起動壓降也得到有效控制，根據負載實際工況，通過調整、配制電液的濃度來改變起始電阻值的大小，還可通過調整動定極板的間距來改變電阻值的大小，同時通過PLC內部程序控制阻值變化的規律等方法，在滿足所需最小起動轉矩的前提下，最大限度地限制起動電流。

4）可重復：初始阻值可根據環境溫度、上次起動液溫自動檢測、校正，保證多次起動性能的穩定性和可重復性，液體電阻具有負溫度特性（NTC特性），即液體溫度升高，阻值反而減小，且阻值的變化是非線性的，其敏感區在低溫段特別是環境溫度變化段。本裝置針對液阻的這種負溫度特性，增加了起動電阻的溫度自動校正功能，其電液電阻初值可據環境溫度或本次起動前的液溫進行動態跟蹤修正，使每一次起動時的電液電阻值都基本相等，從而充分保證起動效果的穩定性。

3 結論

三相異步電動機的起動存在兩種矛盾：1）電動機起動電流大，供電網絡承受沖擊電流能力有限；2）電動機起動轉矩小，而負載要求有足夠的起動轉矩。我們總是希望在起動電流比較小的情況下能獲得較大的起動轉矩。為了使電動機能夠順利起動又不對電網造成沖擊，并考慮電機的經濟運行及投資和使用費用等應針對不同的負載情況和對起動條件的要求，結合實際情況對起動方

案做出合理的選擇。相對于傳統的降壓啟動設備（如降壓電抗器等），高壓液態軟啟動器是一個新型設備， 只有在實際中不斷總結， 才能更好、 更合理地應用它。

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