幾種中高壓降壓軟啟動方式的探討

潘曉暉 喬耀武

結構簡單、成本較低以及易于維護的特點使交流異步電動機獲得了廣泛地的應用，并成為目前電氣傳動原動力的重要構成部分。全壓直接啟動模式和降壓軟啟動模式是交流起步電動機的兩種典型啟動方式。對于中高壓大容量的交流異步電動機而言，降壓軟啟動可以實現平滑啟動、降低啟動沖擊的效果。高壓變頻器在啟動中高壓電動機時，不僅可以能夠提供充足的轉矩，還能夠以額定電流進行進行啟動，但是如果只是把高壓變頻器當作中高壓電動機的啟動設備，無疑是大材小用。有鑒于此，筆者在本文中主要探討了磁控軟啟動模式、晶閘管軟啟動模式、熱變電阻軟啟動模式以及液體電阻軟起模式等四種中高壓降壓軟啟動方式，希望能夠為相關工作人員提供必要的借鑒。

1軟啟動概述

相對于傳傳統的全壓啟動模式，降壓軟啟動由于具有眾多的優勢日漸取代自藕變壓器啟動模式以及Y-△啟動模式，在眾多的工業領域當中獲得了廣泛的應用。通常而言，中高壓電動機主要電壓為6kV何10kV的電動機，在該電壓等級的電動機在啟動的過程中，降壓軟啟動模式會根據不斷建立的電動機反電動勢。電動機端的電壓會從某一個特定值無級地、逐漸地上升至全電壓，實現電動機轉速從零平滑地上升至額定轉速，并在旁路的協助下將降壓軟啟動控制設備甩掉。

采用全壓直接啟動時，需要產生一系列的機械問題和電氣問題。首先，容易出現的機械問題。如果啟動轉矩過大，在啟動時會產生強大的機械沖擊，機械的精準度和使用壽命均會受到嚴重的影響。其次，容易出現的電氣問題。全壓直接啟動時的電流通常是額定電流的五倍至七倍，電流過大會直接導致電動機繞組溫度的快速提升，電動機絕緣的老化程度會加速發展；同時，全壓直接啟動對電網系統的沖擊也是非常大的。采用降壓軟啟動的方式則能夠有效降低啟動電流，并能夠實現電動機啟動的平滑無級，不僅降低了機械沖擊，減少了啟動時間，還降低了啟動電流對電網的沖擊程度。

2中高壓降壓軟啟動方式探討

2.1磁控軟啟動模式

磁控軟啟動模式將飽和電抗器串聯在電動機的定子回路，通過直流勵磁平滑改變電抗器的電抗值，使電抗器兩端電壓由大到小平滑改變，從而完成電機平穩的啟動過程。磁控軟啟動裝置適用于中小型中壓電動機。該啟動模式具有體積小、響應速度快、受環境溫度影響小、啟動過程閉環控制可實現恒流啟動等優點。但是，周圍存在一定的漏磁，可能會對附近的繼電保護裝置和其它電子裝置造成干擾；同時，會產生一定的高次諧波，控制靈敏度比較差，噪聲較大，電抗值調節范圍較小。

2.2晶閘管軟啟動模式

晶閘管軟啟動模式將反相并聯的晶閘管串聯在感應電機定子回路，通過控制晶閘管的導通角來改變電動機端電壓的大小，實現電動機降壓軟啟動。該啟動模式具有以下特點，中高壓電機晶閘管軟啟動一般采用多組晶閘管串聯，因此需要提高晶閘管器件的耐壓等級和開關速度，改進觸發與關斷的同時性，晶閘管軟啟動本身更適合于低壓領域。但是該啟動模式也存在著許多的不足：首先，諧波較大，強迫換相，產生大功率脈沖，其次，均壓均流技術復雜，風險大，成本高·再次，由于串并聯大量的晶閘管，所以故障點多，維修復雜，檢修頻繁。最后，過載需加大額定電流倍率。

2.3熱變電阻軟啟動模式

熱變電阻軟啟動模式主要是在電動機三相定子回路當中傳人了熱變電阻器，通過熱變電阻器實現了電動機的降壓軟啟動。當需要啟動電動機時，電動機定子電流需要經過熱變電阻器，熱變電阻器在電流的作用會逐漸升溫發熱，其電阻值便會不斷降低，在保持電流基本不變的情況下，電動機端的電壓值會不斷升高，進而增大了電機起動轉矩，實現電動機啟動的平滑無級。熱變電阻軟啟動模式主要充分了利用了液體負溫度的特別屬性。該屬性的顯著特點就是溫度的升高會不斷提升液體的電解度。更多的自由離子被釋放出來，電阻的導電效率提升，進而增強了液體的導電能力；如果溫度降低，則最終會導致電阻導電能力的下降。

熱變電阻軟啟動模式不需要伺服系統，因而結構更加簡單，相應地，其成本也會因此降低不少。但是熱變電阻軟啟動模式除了具有和液體電阻軟起模式(下文即將論述)同樣的不足之外，還存在著以下幾點問題；首先，必須采用兩層水箱將熱變電阻進行封閉保溫，不同水箱層級之間注入變壓器油進行分離，由于熱變電阻在有限的空間內加熱，會導致液體的急劇膨脹，非常發生爆炸。其次，一旦啟動，則無法對熱變電阻軟啟動的過程進行控制，并且無法實現軟停止。再次。外界環境的影響非常嚴重。

2.4液體電阻軟起模式

液體電阻軟起模式主要是將可控液態電阻器串入到電動機定子回路當中，并通過伺服電動機對導電液中浸泡的極板距離進行調整，進而實現電阻值平滑無級地降低，讓電動機的啟動電壓可以逐漸升高，最終實現電動機柔和的軟啟動。

液體電阻軟起模式具有啟動中不產生高次諧波、成本低廉等優點，采用該種模式軟啟動，啟動過程幾乎不產生對電網系統的沖擊，由于沒有諧波污染，有利于維護電網的純凈。但是該模式也存在著不足：首先，高壓電動反電勢建立的速率與水阻變化的速率很難一致，從而造成了啟動電流的斜率很大，嚴重時會迫使上一級開關跳閘。其次，環境溫度對啟動性能的影響大。再次，液體電阻裝置體積大，增加基建投資。第四，必須經常維護，須定期加液體保持液位。最后，安全性一般，液體易“開鍋”。