劉順田

（大化集團(tuán)大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308）

高壓鼠籠電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式比較

劉順田

（大化集團(tuán)大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308）

對鼠籠電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)存在問題進(jìn)行分析，固態(tài)軟啟動(dòng)器利弊，介紹一種新型熱變電機(jī)設(shè)備水電阻來降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。

起動(dòng)；鼠籠電動(dòng)機(jī)；熱變電阻；比較

1 傳統(tǒng)的起動(dòng)設(shè)備

一般小型異步電動(dòng)機(jī)是可以直接起動(dòng)的。當(dāng)電網(wǎng)容量不允許或電動(dòng)機(jī)起動(dòng)負(fù)載較大時(shí)，如壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載，就要求降壓起動(dòng)。其降壓起動(dòng)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(dòng)機(jī)多采用電抗器或自耦變壓器降壓起動(dòng)方式。

這些起動(dòng)設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，達(dá)到了降壓起動(dòng)電流的目的，但是缺點(diǎn)也顯而易見。一是當(dāng)投入各壓時(shí)靠接觸器短接起動(dòng)設(shè)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(hù)。三是不是微處理器控制，不易調(diào)節(jié)，難于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制。

2 直接起動(dòng)的危害

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

1）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(shè)備正常運(yùn)行。

2）對負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生加速度沖擊。我們知道電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的端電壓的平方成正比。當(dāng)電機(jī)端電壓直接加上額定電壓，設(shè)備從靜止?fàn)顟B(tài)急速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，這種沖擊容易損傷設(shè)備并縮短設(shè)備使用壽命。

3）電動(dòng)機(jī)的過流沖擊，影響電動(dòng)機(jī)壽命。表現(xiàn)在如下方面：

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

②轉(zhuǎn)子斷籠條?；\型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)顯著，明顯不足為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，起動(dòng)電流大。為了改善起動(dòng)性能，電機(jī)在設(shè)計(jì)方面就設(shè)法利用“集膚效應(yīng)”，使起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻增大，以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并減小起動(dòng)電流，在正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電阻又能自動(dòng)變小。具體做法是轉(zhuǎn)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(dāng)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率較高，漏電抗較大，槽低那部分導(dǎo)條成為漏阻抗中的主要部分，導(dǎo)條中電流密度分布將自上而下減少，電流大部分集中到導(dǎo)條的上部，這就是所謂的“集膚效應(yīng)”。這一現(xiàn)象出現(xiàn)，使導(dǎo)條的槽底部分作用很小，這相當(dāng)于減小了導(dǎo)體有效高度和截面，使轉(zhuǎn)子電阻增大，從而增加了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與限制了起動(dòng)電流。轉(zhuǎn)子頻率越高，槽高越大，集膚效應(yīng)越強(qiáng)。當(dāng)起動(dòng)完畢時(shí)，頻率僅為1～3Hz，集膚效應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的電流均勻分布，導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻。所以籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽一般做的較深，在輕載起動(dòng)應(yīng)用非常好。但是對重載設(shè)備確存在一個(gè)問題，起動(dòng)電流大，時(shí)間長，集膚效應(yīng)造成導(dǎo)條外上表面發(fā)熱，達(dá)到300℃以上，而導(dǎo)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(yīng)力容易使導(dǎo)條斷裂。我單位新堿1＃、2＃透平電機(jī)為2500kW異步電動(dòng)機(jī)，屬直接起動(dòng)方式，籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)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(jìn)行修補(bǔ)。從籠型結(jié)構(gòu)來講，鼠籠端環(huán)又是力學(xué)性能薄弱部位。

要解決以上問題，就應(yīng)從電機(jī)起動(dòng)方式著手，選擇合適的起動(dòng)設(shè)備。

3 軟啟動(dòng)器

目前市場上推銷軟啟動(dòng)器的產(chǎn)品繁多，主要有固態(tài)軟啟動(dòng)器，還有一部分是液態(tài)軟啟動(dòng)器，其方法是調(diào)節(jié)起動(dòng)電壓達(dá)到起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的目的，并逐漸取代傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備。

3.1 固態(tài)軟啟動(dòng)器

固態(tài)軟啟動(dòng)器主回路一般由晶閘管組成，每一相有二個(gè)晶閘管反并聯(lián)，控制其相位角正半波正向晶閘管導(dǎo)通，負(fù)半波反相晶閘管導(dǎo)通，以此控制輸送給電動(dòng)機(jī)三相電壓從小到大。當(dāng)電壓調(diào)節(jié)達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電壓時(shí)，有旁接開關(guān)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(gè)晶閘管由于耐壓值不夠，需多個(gè)晶閘管串聯(lián)。

由于高壓電氣的特殊性，絕緣強(qiáng)度要求高，電磁干擾強(qiáng)，對高壓軟啟動(dòng)器制造要求非常高，遠(yuǎn)比低壓。首先每相串聯(lián)的晶閘管技術(shù)參數(shù)必須一致，如導(dǎo)通響應(yīng)時(shí)間不一致，就會(huì)出現(xiàn)擊穿晶閘管危險(xiǎn)。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(gè)晶閘管就要有一個(gè)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(zhǔn)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(guān)吸合、關(guān)斷都會(huì)產(chǎn)生大量電磁波，對晶閘管信號(hào)傳輸、信號(hào)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(shù)要求比較苛刻的高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器，隨著科學(xué)技術(shù)不斷提高，正逐步趨向完善和成熟。目前應(yīng)用低壓固態(tài)軟起比較多，但出現(xiàn)問題，修復(fù)得寄回廠家，費(fèi)用也挺高。

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

1）起動(dòng)方式：

①電壓斜坡：以線性斜坡的方式給電動(dòng)機(jī)增加電壓，達(dá)到額定為止。

②恒流控制：起動(dòng)時(shí)，電流快速增加到限定值，直到電機(jī)合適運(yùn)行。

③斜坡加恒流起動(dòng)：以上兩種組合起動(dòng)。

④脈沖突跳起動(dòng)：通過脈沖突跳可以施加一個(gè)短時(shí)的大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以克服大的靜摩擦力。

⑤用戶自定義曲線：自定義一個(gè)轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的起動(dòng)曲線，起動(dòng)時(shí)完全按照用戶的曲線加速。

2）停車方式：

軟停車，如升降機(jī)。快速停車和準(zhǔn)確停車等。

3.2 液體軟啟動(dòng)器

液體軟啟動(dòng)器有的廠家又稱高壓熱變電阻，使用在高壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)上，當(dāng)起動(dòng)無特殊要求條件下的正常降壓起動(dòng)。高壓起動(dòng)熱變電阻器由液箱、熱敏電解液、電極及導(dǎo)流機(jī)構(gòu)組成。

它串接的電阻就是具有負(fù)溫度特性的電解質(zhì)水溶液，稱水電阻。當(dāng)三相平衡的水電阻通入電流時(shí)，電阻體溫度逐步提高而電阻值逐步減少，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以此實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)且降低起動(dòng)電流的目的。

這種電解液體有以下特點(diǎn)：

①電阻材料為液體，可流動(dòng)循環(huán)，根據(jù)需要能制成各種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)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(fù)溫度電阻特性。

④物理—化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)，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(dòng)時(shí)間、電阻值等參數(shù)。

采用高壓熱變電阻器降壓起動(dòng)有以下顯著特點(diǎn)：

①恒電流，軟啟動(dòng)。起動(dòng)電流是額定電流的2.0～3.5倍，降低了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)熱，對機(jī)械設(shè)備無沖擊。

②起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)高。

③無諧波污染。

④靜態(tài)變阻起動(dòng)，安全可靠。

⑤操作簡單，免維護(hù)。

高壓熱變電阻器很好解決了高壓鼠籠電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題，與其他起動(dòng)設(shè)備相比設(shè)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(tái)2 500kW透平電動(dòng)機(jī)就選用了這種裝置，運(yùn)行過程中每年加1、2次清水即可。

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