幾種中高壓降壓軟啟動(dòng)方式的探討

潘曉暉 喬耀武

結(jié)構(gòu)簡單、成本較低以及易于維護(hù)的特點(diǎn)使交流異步電動(dòng)機(jī)獲得了廣泛地的應(yīng)用，并成為目前電氣傳動(dòng)原動(dòng)力的重要構(gòu)成部分。全壓直接啟動(dòng)模式和降壓軟啟動(dòng)模式是交流起步電動(dòng)機(jī)的兩種典型啟動(dòng)方式。對(duì)于中高壓大容量的交流異步電動(dòng)機(jī)而言，降壓軟啟動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、降低啟動(dòng)沖擊的效果。高壓變頻器在啟動(dòng)中高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅可以能夠提供充足的轉(zhuǎn)矩，還能夠以額定電流進(jìn)行進(jìn)行啟動(dòng)，但是如果只是把高壓變頻器當(dāng)作中高壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備，無疑是大材小用。有鑒于此，筆者在本文中主要探討了磁控軟啟動(dòng)模式、晶閘管軟啟動(dòng)模式、熱變電阻軟啟動(dòng)模式以及液體電阻軟起模式等四種中高壓降壓軟啟動(dòng)方式，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供必要的借鑒。

1軟啟動(dòng)概述

相對(duì)于傳傳統(tǒng)的全壓啟動(dòng)模式，降壓軟啟動(dòng)由于具有眾多的優(yōu)勢日漸取代自藕變壓器啟動(dòng)模式以及Y-△啟動(dòng)模式，在眾多的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。通常而言，中高壓電動(dòng)機(jī)主要電壓為6kV何10kV的電動(dòng)機(jī)，在該電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的過程中，降壓軟啟動(dòng)模式會(huì)根據(jù)不斷建立的電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢。電動(dòng)機(jī)端的電壓會(huì)從某一個(gè)特定值無級(jí)地、逐漸地上升至全電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從零平滑地上升至額定轉(zhuǎn)速，并在旁路的協(xié)助下將降壓軟啟動(dòng)控制設(shè)備甩掉。

采用全壓直接啟動(dòng)時(shí)，需要產(chǎn)生一系列的機(jī)械問題和電氣問題。首先，容易出現(xiàn)的機(jī)械問題。如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩過大，在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械沖擊，機(jī)械的精準(zhǔn)度和使用壽命均會(huì)受到嚴(yán)重的影響。其次，容易出現(xiàn)的電氣問題。全壓直接啟動(dòng)時(shí)的電流通常是額定電流的五倍至七倍，電流過大會(huì)直接導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組溫度的快速提升，電動(dòng)機(jī)絕緣的老化程度會(huì)加速發(fā)展；同時(shí)，全壓直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊也是非常大的。采用降壓軟啟動(dòng)的方式則能夠有效降低啟動(dòng)電流，并能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的平滑無級(jí)，不僅降低了機(jī)械沖擊，減少了啟動(dòng)時(shí)間，還降低了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊程度。

2中高壓降壓軟啟動(dòng)方式探討

2.1磁控軟啟動(dòng)模式

磁控軟啟動(dòng)模式將飽和電抗器串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)的定子回路，通過直流勵(lì)磁平滑改變電抗器的電抗值，使電抗器兩端電壓由大到小平滑改變，從而完成電機(jī)平穩(wěn)的啟動(dòng)過程。磁控軟啟動(dòng)裝置適用于中小型中壓電動(dòng)機(jī)。該啟動(dòng)模式具有體積小、響應(yīng)速度快、受環(huán)境溫度影響小、啟動(dòng)過程閉環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)恒流啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，周圍存在一定的漏磁，可能會(huì)對(duì)附近的繼電保護(hù)裝置和其它電子裝置造成干擾；同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的高次諧波，控制靈敏度比較差，噪聲較大，電抗值調(diào)節(jié)范圍較小。

2.2晶閘管軟啟動(dòng)模式

晶閘管軟啟動(dòng)模式將反相并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)在感應(yīng)電機(jī)定子回路，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來改變電動(dòng)機(jī)端電壓的大小，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)。該啟動(dòng)模式具有以下特點(diǎn)，中高壓電機(jī)晶閘管軟啟動(dòng)一般采用多組晶閘管串聯(lián)，因此需要提高晶閘管器件的耐壓等級(jí)和開關(guān)速度，改進(jìn)觸發(fā)與關(guān)斷的同時(shí)性，晶閘管軟啟動(dòng)本身更適合于低壓領(lǐng)域。但是該啟動(dòng)模式也存在著許多的不足：首先，諧波較大，強(qiáng)迫換相，產(chǎn)生大功率脈沖，其次，均壓均流技術(shù)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)大，成本高·再次，由于串并聯(lián)大量的晶閘管，所以故障點(diǎn)多，維修復(fù)雜，檢修頻繁。最后，過載需加大額定電流倍率。

2.3熱變電阻軟啟動(dòng)模式

熱變電阻軟啟動(dòng)模式主要是在電動(dòng)機(jī)三相定子回路當(dāng)中傳人了熱變電阻器，通過熱變電阻器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的降壓軟啟動(dòng)。當(dāng)需要啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電流需要經(jīng)過熱變電阻器，熱變電阻器在電流的作用會(huì)逐漸升溫發(fā)熱，其電阻值便會(huì)不斷降低，在保持電流基本不變的情況下，電動(dòng)機(jī)端的電壓值會(huì)不斷升高，進(jìn)而增大了電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的平滑無級(jí)。熱變電阻軟啟動(dòng)模式主要充分了利用了液體負(fù)溫度的特別屬性。該屬性的顯著特點(diǎn)就是溫度的升高會(huì)不斷提升液體的電解度。更多的自由離子被釋放出來，電阻的導(dǎo)電效率提升，進(jìn)而增強(qiáng)了液體的導(dǎo)電能力；如果溫度降低，則最終會(huì)導(dǎo)致電阻導(dǎo)電能力的下降。

熱變電阻軟啟動(dòng)模式不需要伺服系統(tǒng)，因而結(jié)構(gòu)更加簡單，相應(yīng)地，其成本也會(huì)因此降低不少。但是熱變電阻軟啟動(dòng)模式除了具有和液體電阻軟起模式(下文即將論述)同樣的不足之外，還存在著以下幾點(diǎn)問題；首先，必須采用兩層水箱將熱變電阻進(jìn)行封閉保溫，不同水箱層級(jí)之間注入變壓器油進(jìn)行分離，由于熱變電阻在有限的空間內(nèi)加熱，會(huì)導(dǎo)致液體的急劇膨脹，非常發(fā)生爆炸。其次，一旦啟動(dòng)，則無法對(duì)熱變電阻軟啟動(dòng)的過程進(jìn)行控制，并且無法實(shí)現(xiàn)軟停止。再次。外界環(huán)境的影響非常嚴(yán)重。

2.4液體電阻軟起模式

液體電阻軟起模式主要是將可控液態(tài)電阻器串入到電動(dòng)機(jī)定子回路當(dāng)中，并通過伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)導(dǎo)電液中浸泡的極板距離進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電阻值平滑無級(jí)地降低，讓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓可以逐漸升高，最終實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)柔和的軟啟動(dòng)。

液體電阻軟起模式具有啟動(dòng)中不產(chǎn)生高次諧波、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，采用該種模式軟啟動(dòng)，啟動(dòng)過程幾乎不產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，由于沒有諧波污染，有利于維護(hù)電網(wǎng)的純凈。但是該模式也存在著不足：首先，高壓電動(dòng)反電勢建立的速率與水阻變化的速率很難一致，從而造成了啟動(dòng)電流的斜率很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)迫使上一級(jí)開關(guān)跳閘。其次，環(huán)境溫度對(duì)啟動(dòng)性能的影響大。再次，液體電阻裝置體積大，增加基建投資。第四，必須經(jīng)常維護(hù)，須定期加液體保持液位。最后，安全性一般，液體易“開鍋”。