低壓異步電動機啟動方式在中小型泵站中的運用及比較

楊莉娜

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 概 述

自2007年起，湖南省根據國家對泵站的改造計劃，針對中小型排灌泵站進行更新改造，這些中小型泵站長期擔負著防澇、灌溉、抗旱的重任，在水資源的合理配置和保證工、農業生產和農民增收起著不可替代的作用。但是這些中小型泵站大多建于20世紀60～70年代，自投入運行以來，由于維修資金匱乏，同時受當時技術、經濟條件的限制，導致工程設施、機電設備存在有不同程度的安全隱患，灌溉標準逐年降低，給泵站經濟運行和安全生產帶來了巨大威脅。為此，我們對一批中小型泵站進行了更新改造設計，根據各站的實際情況和電機型號的不同，選擇不同的啟動的方式，詳述如下。

2 低壓異步電動機啟動方式在中小型泵站的具體運用及比較

根據《泵站設計規范》GB/T 50265規定，機組啟動應優先采用全電壓直接啟動方式，當母線電壓下降大于額定電壓的15%時，異步電動機須采用降壓啟動方式。通過對改造的各泵站進行計算，對電動機起動時母線電壓降大于15%的泵站，為了保證電動機啟動壓降，并結合考慮各排區內泵站供電大部分為農網供電、長期供電電壓偏低的實際情況，電機啟動方式據各泵站實際情況進行合理選擇，以減少電動機啟動電流以及啟動時對輸電網絡和其它用戶的影響。我們在設計中主要應用低壓異步電動機啟動方式有如下幾種方式：直接啟動、降壓啟動和軟啟動，常用的降壓啟動方式有自耦變壓器降壓啟動、星-三角降壓啟動、頻敏變阻啟動等。

2.1 全電壓直接啟動

全電壓直接啟動方式采用交流接觸器和熱繼電器做啟動元件和保護元件。低壓異步電動機直接啟動原理見圖1。

2.2 自耦變壓器降壓啟動

將自耦變壓器高壓側接電網，低壓側接電動機。啟動時，利用自耦變壓器分接頭來降低電動機的電壓，待轉速升到一定值時，自耦變壓器自動切除，電動機與電源相接，在全壓下正常運行。自耦變壓器降壓啟動原理見圖2。

圖1 低壓異步電動機直接啟動原理圖

圖2 低壓異步電動機自耦變壓器降壓啟動原理圖

2.3 星-三角降壓啟動

星-三角降壓啟動時將定子三相繞組作星形連接，以限制啟動電流，待轉速接近額定轉速時再換接成三角形，使電動機全壓運行。星-三角降壓啟動原理見圖3。

圖3 低壓異步電動機星-三角降壓啟動原理圖

2.4 頻敏變阻啟動

頻敏變阻器是一種由鑄鐵片或鋼板疊成鐵心，外面再套上繞組的三相電抗器，接在轉子繞組的電路中，其繞組電抗和鐵心損耗決定的等效阻抗隨著轉子電流的頻率而變化。電動機啟動初始階段，由于電動機轉速很低，轉子電流頻率較高，頻敏變阻器的阻抗(主要是鐵耗等效電阻)較大，因而限制了啟動電流，同時也增大了啟動轉矩。隨著轉子轉速的升高，轉子電流頻率逐漸降低，頻敏變阻器鐵耗的等效電阻也隨之減小，這就相當于在啟動過程中逐漸減少轉子回路的電阻，使啟動電流及轉矩保持一定數值。頻敏變阻器實際上利用轉子頻率的平滑變化達到使轉子回路總電阻平滑減小的目的。啟動結束后，轉子電流頻率很低，頻敏變阻器的阻抗很小，此時可將它切除，并把轉子繞組直接短路，見圖4。

圖4 低壓異步電動機頻敏變阻啟動原理圖

2.5 軟啟動

電動機軟啟動器是目前常用的降壓啟動方式之一，使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，減小對電網的影響，見圖5。

圖5 低壓異步電動機軟啟動原理圖

目前市場上低壓電動機軟啟動器有很多種，常用的有幾種：水阻（液態）軟啟動器、干式（固態）軟啟動器、數字式軟啟動器以及繞線式異步電動機限流增矩控制器等。

2.5.1 水阻（液態）軟啟動器

水阻（液態）軟啟動器是在電動機轉子回路中串入特制的水電阻，利用機械傳動裝置，均勻改變電阻液中兩極板之間的距離，使阻值由大無級減小直至為零，從而使電動機均勻加速，平穩啟動至額定轉速，最后切除，完成啟動過程。

2.5.2 干式（固態）軟啟動器

固態軟啟動器是以雙CPU為管理中心，采用大規模集成電路為控制器件，大功率晶閘管為主電路控制器件組成的電氣系統。由微處理器發出“觸發”脈沖加到六只晶閘管的觸發極上控制晶閘管的導通角，使晶閘管的輸出電壓受“觸發”脈沖的相位角控制，由零逐漸升至全壓，而使電動機轉速由零升到額定轉速，實現電動機的軟啟動。

2.5.3 數字式軟啟動器

數字式軟啟動器是以先進的微處理器為核心，控制大功率晶閘管組件，具有限流啟動、電壓斜坡啟動、軟停止功率，參數均可根據負載自行設定，并具有過流、過載、缺相等多種保護。

2.5.4 繞線式異步電動機限流增矩控制器

繞線式異步電動機限流增矩控制器是整體安裝在電機轉軸上，與電機轉子同步運轉，控制器的線圈繞組直接串入到了電機的轉子電流回路中，在電機啟動過程中，轉子電流頻率隨轉子轉速升高而降低，當轉子轉速上升到額定轉速時，轉子電流頻率則從50Hz平滑降到（1~3）Hz，控制器阻抗減少，當啟動結束后控制器阻抗降到很小，接近似可忽略不計，因此電機在啟動時，既能限制啟動電流，也能增加啟動轉矩。

2.6 啟動方式在中小型泵站中的運用及比較

根據對湖南中小型泵站的改造情況，對上述幾種低壓異步電動機啟動方式進行比較，見附表。

附表 低壓異步電動機啟動方式的比較

3 總 結

綜上所述，幾種常用的降壓啟動方式均能滿足中小型泵站低壓異步電動機的啟動要求，但中小型泵站主要由農村鄉鎮水利部門負責管理，技術力量有限，而且中小型泵站改造資金有限，因此要求設備簡單可靠，易于檢修維護。

上述幾種低壓異步電動機啟動裝置中，本人認為可根據泵站實際情況進行選擇，在條件允許時，應結合各泵站運行維護力量偏弱的實際情況，對于繞線式異步電動機宜優先選用限流增矩控制器，其次是頻敏變阻器，對于鼠籠式電動機可選用干式（固態）軟啟動器。