劉順田

（大化集團大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308）

高壓鼠籠電動機啟動方式比較

劉順田

（大化集團大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308）

對鼠籠電動機直接起動存在問題進行分析，固態(tài)軟啟動器利弊，介紹一種新型熱變電機設備水電阻來降低電動機的起動電流。

起動；鼠籠電動機；熱變電阻；比較

1 傳統(tǒng)的起動設備

一般小型異步電動機是可以直接起動的。當電網(wǎng)容量不允許或電動機起動負載較大時，如壓縮機、風機、水泵等負載，就要求降壓起動。其降壓起動方式有Y—△，定子串電阻或電抗，接自耦變壓器等。

對大型高壓異步電動機多采用電抗器或自耦變壓器降壓起動方式。

這些起動設備各有優(yōu)缺點，達到了降壓起動電流的目的，但是缺點也顯而易見。一是當投入各壓時靠接觸器短接起動設備，電壓的突變造成大電流二次沖擊。二是功率因數(shù)低，功耗大，體積大，需維護。三是不是微處理器控制，不易調(diào)節(jié)，難于實現(xiàn)網(wǎng)絡化控制。

2 直接起動的危害

目前，企業(yè)大多數(shù)采用直接起動大型高壓異步電動機，其危害有如下3點：

1）電動機起動電流大，一般是額定電流的7～8倍，功率因素低在0.15～0.25之間，所以對電網(wǎng)產(chǎn)生很大降壓，而影響網(wǎng)上其它設備正常運行。

2）對負載設備產(chǎn)生加速度沖擊。我們知道電機的起動轉矩與電機的端電壓的平方成正比。當電機端電壓直接加上額定電壓，設備從靜止狀態(tài)急速達到額定轉速狀態(tài)，這種沖擊容易損傷設備并縮短設備使用壽命。

3）電動機的過流沖擊，影響電動機壽命。表現(xiàn)在如下方面：

①易燒損電動機。這種全壓大電流反復沖擊，在電機定子線圈絕緣薄弱處易擊穿，特別是定子線圈兩端受到強大扭力，在鐵芯兩端槽口處出現(xiàn)線圈接地故障。

②轉子斷籠條。籠型轉子異步電動機優(yōu)點顯著，明顯不足為起動轉矩較小，起動電流大。為了改善起動性能，電機在設計方面就設法利用“集膚效應”，使起動時轉子電阻增大，以增大起動轉矩并減小起動電流，在正常運行時轉子電阻又能自動變小。具體做法是轉子鐵芯槽形窄而深，造成槽底部分漏磁比槽口上部多，這樣槽底比槽口漏電抗就大。當起動時，轉子頻率較高，漏電抗較大，槽低那部分導條成為漏阻抗中的主要部分，導條中電流密度分布將自上而下減少，電流大部分集中到導條的上部，這就是所謂的“集膚效應”。這一現(xiàn)象出現(xiàn)，使導條的槽底部分作用很小，這相當于減小了導體有效高度和截面，使轉子電阻增大，從而增加了起動轉矩與限制了起動電流。轉子頻率越高，槽高越大，集膚效應越強。當起動完畢時，頻率僅為1～3Hz，集膚效應基本消失，轉子導條內(nèi)的電流均勻分布，導條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻。所以籠型轉子異步電動機的轉子槽一般做的較深，在輕載起動應用非常好。但是對重載設備確存在一個問題，起動電流大，時間長，集膚效應造成導條外上表面發(fā)熱，達到300℃以上，而導條下部溫度很低，如此大的溫差在幾秒到幾十秒不易分布均勻，它所產(chǎn)生的熱應力容易使導條斷裂。我單位新堿1＃、2＃透平電機為2500kW異步電動機，屬直接起動方式，籠型轉子的導條在靠近短路環(huán)部位上表面出現(xiàn)裂口，幾乎每根都有裂口，必須進行修補。從籠型結構來講，鼠籠端環(huán)又是力學性能薄弱部位。

要解決以上問題，就應從電機起動方式著手，選擇合適的起動設備。

3 軟啟動器

目前市場上推銷軟啟動器的產(chǎn)品繁多，主要有固態(tài)軟啟動器，還有一部分是液態(tài)軟啟動器，其方法是調(diào)節(jié)起動電壓達到起動電動機的目的，并逐漸取代傳統(tǒng)起動設備。

3.1 固態(tài)軟啟動器

固態(tài)軟啟動器主回路一般由晶閘管組成，每一相有二個晶閘管反并聯(lián)，控制其相位角正半波正向晶閘管導通，負半波反相晶閘管導通，以此控制輸送給電動機三相電壓從小到大。當電壓調(diào)節(jié)達到電動機額定電壓時，有旁接開關的，去掉軟啟，直接接通主電源。這是低壓軟啟基本原理，對高壓軟啟其基本原理也是一樣的。主要是每一個晶閘管由于耐壓值不夠，需多個晶閘管串聯(lián)。

由于高壓電氣的特殊性，絕緣強度要求高，電磁干擾強，對高壓軟啟動器制造要求非常高，遠比低壓。首先每相串聯(lián)的晶閘管技術參數(shù)必須一致，如導通響應時間不一致，就會出現(xiàn)擊穿晶閘管危險。觸發(fā)電路一般由主觸發(fā)板，再由每一相其它觸發(fā)板組成，一個晶閘管就要有一個專門觸發(fā)電路。觸發(fā)不論是光耦、脈沖還是利用等電勢觸發(fā)，要求必須準確可靠。觸發(fā)電源也要求非常穩(wěn)定，輸出能量恰到好處，否則不是打不開，就是燒管子。在高壓環(huán)境下電磁干擾非常大，特別是大開關吸合、關斷都會產(chǎn)生大量電磁波，對晶閘管信號傳輸、信號檢測都帶來很大麻煩，不僅要有合適的硬件濾波電路，控制軟件也要參與濾波。

這種制造技術要求比較苛刻的高壓固態(tài)軟啟動器，隨著科學技術不斷提高，正逐步趨向完善和成熟。目前應用低壓固態(tài)軟起比較多，但出現(xiàn)問題，修復得寄回廠家，費用也挺高。

固態(tài)啟起有一個非常好特點，他可根據(jù)負載要求很方便選擇多種起動和停車方式。

1）起動方式：

①電壓斜坡：以線性斜坡的方式給電動機增加電壓，達到額定為止。

②恒流控制：起動時，電流快速增加到限定值，直到電機合適運行。

③斜坡加恒流起動：以上兩種組合起動。

④脈沖突跳起動：通過脈沖突跳可以施加一個短時的大起動轉矩，以克服大的靜摩擦力。

⑤用戶自定義曲線：自定義一個轉矩與時間的起動曲線，起動時完全按照用戶的曲線加速。

2）停車方式：

軟停車，如升降機?？焖偻＼嚭蜏蚀_停車等。

3.2 液體軟啟動器

液體軟啟動器有的廠家又稱高壓熱變電阻，使用在高壓電動機起動上，當起動無特殊要求條件下的正常降壓起動。高壓起動熱變電阻器由液箱、熱敏電解液、電極及導流機構組成。

它串接的電阻就是具有負溫度特性的電解質水溶液，稱水電阻。當三相平衡的水電阻通入電流時，電阻體溫度逐步提高而電阻值逐步減少，從而使電動機端電壓逐步升高，起動轉矩逐步增加，以此實現(xiàn)電動機平穩(wěn)起動且降低起動電流的目的。

這種電解液體有以下特點：

①電阻材料為液體，可流動循環(huán)，根據(jù)需要能制成各種導電結構形狀。

②水溶液比熱率大，可制成各種大容量電阻器。

③具有明顯負溫度電阻特性。

④物理—化學性質穩(wěn)定，重復性強，耐久性好，性能穩(wěn)定。

⑤成本低廉，無三廢排放。

⑥PLC智能化控制，可調(diào)節(jié)起動時間、電阻值等參數(shù)。

采用高壓熱變電阻器降壓起動有以下顯著特點：

①恒電流，軟啟動。起動電流是額定電流的2.0～3.5倍，降低了電動機起動發(fā)熱，對機械設備無沖擊。

②起動時功率因數(shù)高。

③無諧波污染。

④靜態(tài)變阻起動，安全可靠。

⑤操作簡單，免維護。

高壓熱變電阻器很好解決了高壓鼠籠電動機起動問題，與其他起動設備相比設備簡單可靠，但體積較大。我企業(yè)搬遷改造，聯(lián)堿系統(tǒng)3臺2 500kW透平電動機就選用了這種裝置，運行過程中每年加1、2次清水即可。

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