劉宏偉，楊 銳

（1.襄樊學(xué)院 機(jī)汽學(xué)院，襄樊 441053；2.襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物工程學(xué)院，襄樊 441053）

0 引言

交流電動機(jī)的起動電流大，大的起動電流（由于起動時間短）對電機(jī)本身來說，尚不至于引起電機(jī)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(wǎng)、負(fù)載及電機(jī)本身產(chǎn)生較大的影響。電網(wǎng)電壓的顯著降低將影響接在同一母線上的其他設(shè)備的正常運(yùn)行，所以對交流電動機(jī)的起動必須根據(jù)電網(wǎng)的短路容量和變壓器容量、 電動機(jī)的起動電流的大小及負(fù)載大小等情況做綜合考慮后選擇合適的起動方法。電動機(jī)的液態(tài)軟起動就是電機(jī)常用的起動方式，定子側(cè)串入液變電阻本質(zhì)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(zhuǎn)矩負(fù)載(如風(fēng)機(jī)、泵類)或輕載起動的大功率高壓籠型電動機(jī)及同步機(jī)而言，在電網(wǎng)短路容量及變壓器容量不是足夠大或瞬時機(jī)械沖擊過大時，是可能采取的最佳起動方式之一。

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

電機(jī)起動時，在電動機(jī)定子回路串入一特制液體電阻，該電阻在電機(jī)起動初始時刻自動投入，阻值在預(yù)定起動時間內(nèi)均

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

在圖1中，當(dāng)電機(jī)起動的各項條件已備妥，合上隔離開關(guān)，按下起動按鈕，此時主回路上在開關(guān)柜內(nèi)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(jī)的起動電流和起動電壓不再發(fā)生波動，經(jīng)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(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。此時液阻柜內(nèi)仍然處于帶電狀態(tài)（切勿帶電往液阻柜內(nèi)加水）。

在圖2中，電機(jī)沒有完全起動時，主回路上的斷路器一直處于斷開狀態(tài)，當(dāng)液阻柜的各項起動條件具備后，合上隔離開關(guān)，此時，液阻柜內(nèi)的兩個主接觸器相繼吸合，電機(jī)開始起動，當(dāng)電機(jī)完全起動起來后，通過PLC控制的開關(guān)柜內(nèi)的主斷路器吸合，電機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，然后液阻柜內(nèi)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(tài)（在隔離沒有拉開之前，為了安全起見，切勿往液阻柜內(nèi)加水）。

圖1 電機(jī)星點引出式電氣主回路

圖2 電機(jī)星點無引出式電氣主回路

1 電動機(jī)串液阻起動特性分析

過大的壓降導(dǎo)致電機(jī)端電壓過低（降壓起動電機(jī)端電壓不能低于85%），起動轉(zhuǎn)矩不夠，電機(jī)起動失??；過大的起動電流使電機(jī)內(nèi)部過熱，電機(jī)溫升過高，加速電機(jī)繞組絕緣過熱老化。通過如圖3所示的特性曲線分析液態(tài)軟起動進(jìn)行降壓起動，滿足系統(tǒng)對電機(jī)起動的要求。

圖3 特性曲線

特性分析：

對于電機(jī)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(biāo)軸(電磁軸)及縱坐標(biāo)軸(轉(zhuǎn)速軸或轉(zhuǎn)差率軸)包絡(luò)的面積大小，反映了起動過程平均電磁轉(zhuǎn)矩大小，二者成正比關(guān)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(zhuǎn)矩。ML為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(ne)。Mm為最大電磁轉(zhuǎn)矩。

3）起動電磁轉(zhuǎn)矩大小反映初始起動電流大小，平均電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩很小，平均起動電磁轉(zhuǎn)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(yù)測：運(yùn)用具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的專用計算機(jī)仿真軟件對電動機(jī)起動全過程模擬仿真，達(dá)到對電動機(jī)起動過程、性能的事先預(yù)測與分析，運(yùn)用計算機(jī)Matlab軟件平臺，采用仿真技術(shù)，按照用戶提供的電動機(jī)、電網(wǎng)、負(fù)載等參數(shù)，進(jìn)行計算機(jī)仿真計算，對電動機(jī)起動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，獲得電機(jī)起動全過程，如起動電流、轉(zhuǎn)速及電網(wǎng)壓降等最佳變化曲線，達(dá)到對起動過程的事先預(yù)測，作為設(shè)計提供參考依據(jù)。

2）可調(diào)整：起動時間、液態(tài)電阻阻值等參數(shù)可根據(jù)工況現(xiàn)場調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場實際工況和用戶要求，可通過修改PLC控制程序、調(diào)整動極板的起動初始位置及傳動電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的速比，來改變動極板的行程規(guī)律，通過控制電阻阻值變化來調(diào)整電動機(jī)的平均起動轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)整起動時間的目的。由于工程設(shè)計中系統(tǒng)的特性參數(shù)計算誤差，致使一些起動設(shè)備的匹配較難達(dá)到最佳狀態(tài)，甚至可能出現(xiàn)起動失敗。本液體電阻可根據(jù)現(xiàn)場工況隨機(jī)調(diào)整其初始值。這種隨機(jī)可調(diào)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(shù)優(yōu)勢，其結(jié)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(tài)電阻阻值可按最佳電磁轉(zhuǎn)矩、最小起動電流改變，起動過程完全受控，同時電網(wǎng)起動壓降也得到有效控制，根據(jù)負(fù)載實際工況，通過調(diào)整、配制電液的濃度來改變起始電阻值的大小，還可通過調(diào)整動定極板的間距來改變電阻值的大小，同時通過PLC內(nèi)部程序控制阻值變化的規(guī)律等方法，在滿足所需最小起動轉(zhuǎn)矩的前提下，最大限度地限制起動電流。

4）可重復(fù)：初始阻值可根據(jù)環(huán)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(wěn)定性和可重復(fù)性，液體電阻具有負(fù)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(qū)在低溫段特別是環(huán)境溫度變化段。本裝置針對液阻的這種負(fù)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(jù)環(huán)境溫度或本次起動前的液溫進(jìn)行動態(tài)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(wěn)定性。

3 結(jié)論

三相異步電動機(jī)的起動存在兩種矛盾：1）電動機(jī)起動電流大，供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能力有限；2）電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩小，而負(fù)載要求有足夠的起動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。為了使電動機(jī)能夠順利起動又不對電網(wǎng)造成沖擊，并考慮電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及投資和使用費用等應(yīng)針對不同的負(fù)載情況和對起動條件的要求，結(jié)合實際情況對起動方

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

[1] 李浚源, 秦憶, 周永鵬.電力拖動基礎(chǔ)[M].武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 1999 .

[2] 趙萬伏.液體電阻軟起動裝置在新疆八一鋼廠空分上的應(yīng)用[J].氣體分離, 2005.

[3] 唐介.電機(jī)與拖動 [M].北京: 高等教育出版社.2003.