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(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，大的起動(dòng)電流（由于起動(dòng)時(shí)間短）對(duì)電機(jī)本身來(lái)說(shuō)，尚不至于引起電機(jī)溫度的顯著提高（頻繁起動(dòng)除外），但過(guò)大的起動(dòng)電流沖擊對(duì)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(xiàn)上的其他設(shè)備的正常運(yùn)行，所以對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)必須根據(jù)電網(wǎng)的短路容量和變壓器容量、 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dòng)方法。電動(dòng)機(jī)的液態(tài)軟起動(dòng)就是電機(jī)常用的起動(dòng)方式，定子側(cè)串入液變電阻本質(zhì)上屬于降壓起動(dòng)，它以損失部分起動(dòng)力矩為代價(jià)。對(duì)于非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(如風(fēng)機(jī)、泵類(lèi))或輕載起動(dòng)的大功率高壓籠型電動(dòng)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(shí)機(jī)械沖擊過(guò)大時(shí)，是可能采取的最佳起動(dòng)方式之一。

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

電機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)定子回路串入一特制液體電阻，該電阻在電機(jī)起動(dòng)初始時(shí)刻自動(dòng)投入，阻值在預(yù)定起動(dòng)時(shí)間內(nèi)均

勻無(wú)級(jí)減小，并在阻值幾近為0時(shí)刻切除，實(shí)現(xiàn)限制主電機(jī)電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)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(dòng)的示意圖，具體的操作如下：

在圖1中，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)的各項(xiàng)條件已備妥，合上隔離開(kāi)關(guān)，按下起動(dòng)按鈕，此時(shí)主回路上在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的高壓斷路器吸合，液阻柜的動(dòng)極板開(kāi)始向定極板移動(dòng)，電阻值由大變小，直到動(dòng)定極板距離無(wú)限接近時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)電壓不再發(fā)生波動(dòng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)繼電器延時(shí)后，星點(diǎn)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(shí)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(méi)有完全起動(dòng)時(shí)，主回路上的斷路器一直處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)液阻柜的各項(xiàng)起動(dòng)條件具備后，合上隔離開(kāi)關(guān)，此時(shí)，液阻柜內(nèi)的兩個(gè)主接觸器相繼吸合，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)完全起動(dòng)起來(lái)后，通過(guò)PLC控制的開(kāi)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(gè)接觸器的主觸點(diǎn)依次斷開(kāi)。此時(shí)液阻柜處于斷電狀態(tài)（在隔離沒(méi)有拉開(kāi)之前，為了安全起見(jiàn)，切勿往液阻柜內(nèi)加水）。

圖1 電機(jī)星點(diǎn)引出式電氣主回路

圖2 電機(jī)星點(diǎn)無(wú)引出式電氣主回路

1 電動(dòng)機(jī)串液阻起動(dòng)特性分析

過(guò)大的壓降導(dǎo)致電機(jī)端電壓過(guò)低（降壓起動(dòng)電機(jī)端電壓不能低于85%），起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠，電機(jī)起動(dòng)失敗；過(guò)大的起動(dòng)電流使電機(jī)內(nèi)部過(guò)熱，電機(jī)溫升過(guò)高，加速電機(jī)繞組絕緣過(guò)熱老化。通過(guò)如圖3所示的特性曲線(xiàn)分析液態(tài)軟起動(dòng)進(jìn)行降壓起動(dòng)，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)電機(jī)起動(dòng)的要求。

圖3 特性曲線(xiàn)

特性分析：

對(duì)于電機(jī)降壓限流起動(dòng)，這里用串可變液阻與串分級(jí)切換阻抗作對(duì)比定性分析。

1）圖中起動(dòng)曲線(xiàn)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(dòng)過(guò)程平均電磁轉(zhuǎn)矩大小，二者成正比關(guān)系。

2）圖中起動(dòng)曲線(xiàn)與橫軸交叉點(diǎn)(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)為起動(dòng)初始電磁轉(zhuǎn)矩。ML為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對(duì)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(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩大小反映初始起動(dòng)電流大小，平均電磁轉(zhuǎn)矩大小反映起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短。從圖3串可變液阻降壓起動(dòng)特性曲線(xiàn)可以看出，其初始起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩很小，平均起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩足夠大，因此初始起動(dòng)電流很小，而起動(dòng)時(shí)間不長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，串可變液阻起動(dòng)較之電抗器類(lèi)固定阻抗具有良好的起動(dòng)特性。

2 主要性能特點(diǎn)

1）可預(yù)測(cè)：運(yùn)用具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)全過(guò)程模擬仿真，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程、性能的事先預(yù)測(cè)與分析，運(yùn)用計(jì)算機(jī)Matlab軟件平臺(tái)，采用仿真技術(shù)，按照用戶(hù)提供的電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)、負(fù)載等參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，獲得電機(jī)起動(dòng)全過(guò)程，如起動(dòng)電流、轉(zhuǎn)速及電網(wǎng)壓降等最佳變化曲線(xiàn)，達(dá)到對(duì)起動(dòng)過(guò)程的事先預(yù)測(cè)，作為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2）可調(diào)整：起動(dòng)時(shí)間、液態(tài)電阻阻值等參數(shù)可根據(jù)工況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況和用戶(hù)要求，可通過(guò)修改PLC控制程序、調(diào)整動(dòng)極板的起動(dòng)初始位置及傳動(dòng)電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的速比，來(lái)改變動(dòng)極板的行程規(guī)律，通過(guò)控制電阻阻值變化來(lái)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)整起動(dòng)時(shí)間的目的。由于工程設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的特性參數(shù)計(jì)算誤差，致使一些起動(dòng)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(dòng)失敗。本液體電阻可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況隨機(jī)調(diào)整其初始值。這種隨機(jī)可調(diào)整性、起動(dòng)電阻的無(wú)級(jí)變化及起動(dòng)效果的可知性，是突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其結(jié)合大大拓展了起動(dòng)性能的可塑性，充分保證了起動(dòng)成功率及起動(dòng)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(dòng)電流改變，起動(dòng)過(guò)程完全受控，同時(shí)電網(wǎng)起動(dòng)壓降也得到有效控制，根據(jù)負(fù)載實(shí)際工況，通過(guò)調(diào)整、配制電液的濃度來(lái)改變起始電阻值的大小，還可通過(guò)調(diào)整動(dòng)定極板的間距來(lái)改變電阻值的大小，同時(shí)通過(guò)PLC內(nèi)部程序控制阻值變化的規(guī)律等方法，在滿(mǎn)足所需最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下，最大限度地限制起動(dòng)電流。

4）可重復(fù)：初始阻值可根據(jù)環(huán)境溫度、上次起動(dòng)液溫自動(dòng)檢測(cè)、校正，保證多次起動(dòng)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(xiàn)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(duì)液阻的這種負(fù)溫度特性，增加了起動(dòng)電阻的溫度自動(dòng)校正功能，其電液電阻初值可據(jù)環(huán)境溫度或本次起動(dòng)前的液溫進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤修正，使每一次起動(dòng)時(shí)的電液電阻值都基本相等，從而充分保證起動(dòng)效果的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)存在兩種矛盾：1）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大，供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能力有限；2）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，而負(fù)載要求有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。我們總是希望在起動(dòng)電流比較小的情況下能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了使電動(dòng)機(jī)能夠順利起動(dòng)又不對(duì)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(fèi)用等應(yīng)針對(duì)不同的負(fù)載情況和對(duì)起動(dòng)條件的要求，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)起動(dòng)方

案做出合理的選擇。相對(duì)于傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備（如降壓電抗器等），高壓液態(tài)軟啟動(dòng)器是一個(gè)新型設(shè)備， 只有在實(shí)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(dòng)基礎(chǔ)[M].武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 1999 .

[2] 趙萬(wàn)伏.液體電阻軟起動(dòng)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(dòng) [M].北京: 高等教育出版社.2003.