关于电动机液态软启动的探讨

刘宏伟，杨 锐

（1.襄樊学院 机汽学院，襄樊 441053；2.襄樊职业技术学院 生物工程学院，襄樊 441053）

0 引言

交流电动机的起动电流大，大的起动电流（由于起动时间短）对电机本身来说，尚不至于引起电机温度的显著提高（频繁起动除外），但过大的起动电流冲击对电网、负载及电机本身产生较大的影响。电网电压的显著降低将影响接在同一母线上的其他设备的正常运行，所以对交流电动机的起动必须根据电网的短路容量和变压器容量、 电动机的起动电流的大小及负载大小等情况做综合考虑后选择合适的起动方法。电动机的液态软起动就是电机常用的起动方式，定子侧串入液变电阻本质上属于降压起动，它以损失部分起动力矩为代价。对于非恒转矩负载(如风机、泵类)或轻载起动的大功率高压笼型电动机及同步机而言，在电网短路容量及变压器容量不是足够大或瞬时机械冲击过大时，是可能采取的最佳起动方式之一。

电动机起动过程中，在电动机定子回路串接液体电阻，起动电流在液体电阻上将产生电压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也得到减小，从而达到对主电机降压限流的目的。

电机起动时，在电动机定子回路串入一特制液体电阻，该电阻在电机起动初始时刻自动投入，阻值在预定起动时间内均

匀无级减小，并在阻值几近为0时刻切除，实现限制主电机电流及电机转速无级匀滑上升的目的。图1和图2为大电机采用液态软起动的示意图，具体的操作如下：

在图1中，当电机起动的各项条件已备妥，合上隔离开关，按下起动按钮，此时主回路上在开关柜内的高压断路器吸合，液阻柜的动极板开始向定极板移动，电阻值由大变小，直到动定极板距离无限接近时，电机的起动电流和起动电压不再发生波动，经过一个继电器延时后，星点短接柜的主断路器完全吸合，电机处于工频运行状态。此时液阻柜内仍然处于带电状态（切勿带电往液阻柜内加水）。

在图2中，电机没有完全起动时，主回路上的断路器一直处于断开状态，当液阻柜的各项起动条件具备后，合上隔离开关，此时，液阻柜内的两个主接触器相继吸合，电机开始起动，当电机完全起动起来后，通过PLC控制的开关柜内的主断路器吸合，电机处于工频运行状态，然后液阻柜内的两个接触器的主触点依次断开。此时液阻柜处于断电状态（在隔离没有拉开之前，为了安全起见，切勿往液阻柜内加水）。

图1 电机星点引出式电气主回路

图2 电机星点无引出式电气主回路

1 电动机串液阻起动特性分析

过大的压降导致电机端电压过低（降压起动电机端电压不能低于85%），起动转矩不够，电机起动失败；过大的起动电流使电机内部过热，电机温升过高，加速电机绕组绝缘过热老化。通过如图3所示的特性曲线分析液态软起动进行降压起动，满足系统对电机起动的要求。

图3 特性曲线

特性分析：

对于电机降压限流起动，这里用串可变液阻与串分级切换阻抗作对比定性分析。

1）图中起动曲线与横坐标轴(电磁轴)及纵坐标轴(转速轴或转差率轴)包络的面积大小，反映了起动过程平均电磁转矩大小，二者成正比关系。

2）图中起动曲线与横轴交叉点(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)为起动初始电磁转矩。ML为额定负载转矩，对应的转速为电机额定转速(ne)。Mm为最大电磁转矩。

3）起动电磁转矩大小反映初始起动电流大小，平均电磁转矩大小反映起动时间长短。从图3串可变液阻降压起动特性曲线可以看出，其初始起动电磁转矩很小，平均起动电磁转矩足够大，因此初始起动电流很小，而起动时间不长。由此可见，串可变液阻起动较之电抗器类固定阻抗具有良好的起动特性。

2 主要性能特点

1）可预测：运用具有国内领先水平的专用计算机仿真软件对电动机起动全过程模拟仿真，达到对电动机起动过程、性能的事先预测与分析，运用计算机Matlab软件平台，采用仿真技术，按照用户提供的电动机、电网、负载等参数，进行计算机仿真计算，对电动机起动参数进行优化设置，获得电机起动全过程，如起动电流、转速及电网压降等最佳变化曲线，达到对起动过程的事先预测，作为设计提供参考依据。

2）可调整：起动时间、液态电阻阻值等参数可根据工况现场调整，根据现场实际工况和用户要求，可通过修改PLC控制程序、调整动极板的起动初始位置及传动电机减速机构的速比，来改变动极板的行程规律，通过控制电阻阻值变化来调整电动机的平均起动转矩，达到调整起动时间的目的。由于工程设计中系统的特性参数计算误差，致使一些起动设备的匹配较难达到最佳状态，甚至可能出现起动失败。本液体电阻可根据现场工况随机调整其初始值。这种随机可调整性、起动电阻的无级变化及起动效果的可知性，是突出的技术优势，其结合大大拓展了起动性能的可塑性，充分保证了起动成功率及起动效果。

3）可控制：液态电阻阻值可按最佳电磁转矩、最小起动电流改变，起动过程完全受控，同时电网起动压降也得到有效控制，根据负载实际工况，通过调整、配制电液的浓度来改变起始电阻值的大小，还可通过调整动定极板的间距来改变电阻值的大小，同时通过PLC内部程序控制阻值变化的规律等方法，在满足所需最小起动转矩的前提下，最大限度地限制起动电流。

4）可重复：初始阻值可根据环境温度、上次起动液温自动检测、校正，保证多次起动性能的稳定性和可重复性，液体电阻具有负温度特性（NTC特性），即液体温度升高，阻值反而减小，且阻值的变化是非线性的，其敏感区在低温段特别是环境温度变化段。本装置针对液阻的这种负温度特性，增加了起动电阻的温度自动校正功能，其电液电阻初值可据环境温度或本次起动前的液温进行动态跟踪修正，使每一次起动时的电液电阻值都基本相等，从而充分保证起动效果的稳定性。

3 结论

三相异步电动机的起动存在两种矛盾：1）电动机起动电流大，供电网络承受冲击电流能力有限；2）电动机起动转矩小，而负载要求有足够的起动转矩。我们总是希望在起动电流比较小的情况下能获得较大的起动转矩。为了使电动机能够顺利起动又不对电网造成冲击，并考虑电机的经济运行及投资和使用费用等应针对不同的负载情况和对起动条件的要求，结合实际情况对起动方

案做出合理的选择。相对于传统的降压启动设备（如降压电抗器等），高压液态软启动器是一个新型设备， 只有在实际中不断总结， 才能更好、 更合理地应用它。

[1] 李浚源, 秦忆, 周永鹏.电力拖动基础[M].武汉: 华中科技大学出版社, 1999 .

[2] 赵万伏.液体电阻软起动装置在新疆八一钢厂空分上的应用[J].气体分离, 2005.

[3] 唐介.电机与拖动 [M].北京: 高等教育出版社.2003.