高压鼠笼电动机启动方式比较

刘顺田

（大化集团大连化工股份有限公司，辽宁大连 116308）

高压鼠笼电动机启动方式比较

刘顺田

（大化集团大连化工股份有限公司，辽宁大连 116308）

对鼠笼电动机直接起动存在问题进行分析，固态软启动器利弊，介绍一种新型热变电机设备水电阻来降低电动机的起动电流。

起动；鼠笼电动机；热变电阻；比较

1 传统的起动设备

一般小型异步电动机是可以直接起动的。当电网容量不允许或电动机起动负载较大时，如压缩机、风机、水泵等负载，就要求降压起动。其降压起动方式有Y—△，定子串电阻或电抗，接自耦变压器等。

对大型高压异步电动机多采用电抗器或自耦变压器降压起动方式。

这些起动设备各有优缺点，达到了降压起动电流的目的，但是缺点也显而易见。一是当投入各压时靠接触器短接起动设备，电压的突变造成大电流二次冲击。二是功率因数低，功耗大，体积大，需维护。三是不是微处理器控制，不易调节，难于实现网络化控制。

2 直接起动的危害

目前，企业大多数采用直接起动大型高压异步电动机，其危害有如下3点：

1）电动机起动电流大，一般是额定电流的7～8倍，功率因素低在0.15～0.25之间，所以对电网产生很大降压，而影响网上其它设备正常运行。

2）对负载设备产生加速度冲击。我们知道电机的起动转矩与电机的端电压的平方成正比。当电机端电压直接加上额定电压，设备从静止状态急速达到额定转速状态，这种冲击容易损伤设备并缩短设备使用寿命。

3）电动机的过流冲击，影响电动机寿命。表现在如下方面：

①易烧损电动机。这种全压大电流反复冲击，在电机定子线圈绝缘薄弱处易击穿，特别是定子线圈两端受到强大扭力，在铁芯两端槽口处出现线圈接地故障。

②转子断笼条。笼型转子异步电动机优点显著，明显不足为起动转矩较小，起动电流大。为了改善起动性能，电机在设计方面就设法利用“集肤效应”，使起动时转子电阻增大，以增大起动转矩并减小起动电流，在正常运行时转子电阻又能自动变小。具体做法是转子铁芯槽形窄而深，造成槽底部分漏磁比槽口上部多，这样槽底比槽口漏电抗就大。当起动时，转子频率较高，漏电抗较大，槽低那部分导条成为漏阻抗中的主要部分，导条中电流密度分布将自上而下减少，电流大部分集中到导条的上部，这就是所谓的“集肤效应”。这一现象出现，使导条的槽底部分作用很小，这相当于减小了导体有效高度和截面，使转子电阻增大，从而增加了起动转矩与限制了起动电流。转子频率越高，槽高越大，集肤效应越强。当起动完毕时，频率仅为1～3Hz，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻。所以笼型转子异步电动机的转子槽一般做的较深，在轻载起动应用非常好。但是对重载设备确存在一个问题，起动电流大，时间长，集肤效应造成导条外上表面发热，达到300℃以上，而导条下部温度很低，如此大的温差在几秒到几十秒不易分布均匀，它所产生的热应力容易使导条断裂。我单位新碱1＃、2＃透平电机为2500kW异步电动机，属直接起动方式，笼型转子的导条在靠近短路环部位上表面出现裂口，几乎每根都有裂口，必须进行修补。从笼型结构来讲，鼠笼端环又是力学性能薄弱部位。

要解决以上问题，就应从电机起动方式着手，选择合适的起动设备。

3 软启动器

目前市场上推销软启动器的产品繁多，主要有固态软启动器，还有一部分是液态软启动器，其方法是调节起动电压达到起动电动机的目的，并逐渐取代传统起动设备。

3.1 固态软启动器

固态软启动器主回路一般由晶闸管组成，每一相有二个晶闸管反并联，控制其相位角正半波正向晶闸管导通，负半波反相晶闸管导通，以此控制输送给电动机三相电压从小到大。当电压调节达到电动机额定电压时，有旁接开关的，去掉软启，直接接通主电源。这是低压软启基本原理，对高压软启其基本原理也是一样的。主要是每一个晶闸管由于耐压值不够，需多个晶闸管串联。

由于高压电气的特殊性，绝缘强度要求高，电磁干扰强，对高压软启动器制造要求非常高，远比低压。首先每相串联的晶闸管技术参数必须一致，如导通响应时间不一致，就会出现击穿晶闸管危险。触发电路一般由主触发板，再由每一相其它触发板组成，一个晶闸管就要有一个专门触发电路。触发不论是光耦、脉冲还是利用等电势触发，要求必须准确可靠。触发电源也要求非常稳定，输出能量恰到好处，否则不是打不开，就是烧管子。在高压环境下电磁干扰非常大，特别是大开关吸合、关断都会产生大量电磁波，对晶闸管信号传输、信号检测都带来很大麻烦，不仅要有合适的硬件滤波电路，控制软件也要参与滤波。

这种制造技术要求比较苛刻的高压固态软启动器，随着科学技术不断提高，正逐步趋向完善和成熟。目前应用低压固态软起比较多，但出现问题，修复得寄回厂家，费用也挺高。

固态启起有一个非常好特点，他可根据负载要求很方便选择多种起动和停车方式。

1）起动方式：

①电压斜坡：以线性斜坡的方式给电动机增加电压，达到额定为止。

②恒流控制：起动时，电流快速增加到限定值，直到电机合适运行。

③斜坡加恒流起动：以上两种组合起动。

④脉冲突跳起动：通过脉冲突跳可以施加一个短时的大起动转矩，以克服大的静摩擦力。

⑤用户自定义曲线：自定义一个转矩与时间的起动曲线，起动时完全按照用户的曲线加速。

2）停车方式：

软停车，如升降机。快速停车和准确停车等。

3.2 液体软启动器

液体软启动器有的厂家又称高压热变电阻，使用在高压电动机起动上，当起动无特殊要求条件下的正常降压起动。高压起动热变电阻器由液箱、热敏电解液、电极及导流机构组成。

它串接的电阻就是具有负温度特性的电解质水溶液，称水电阻。当三相平衡的水电阻通入电流时，电阻体温度逐步提高而电阻值逐步减少，从而使电动机端电压逐步升高，起动转矩逐步增加，以此实现电动机平稳起动且降低起动电流的目的。

这种电解液体有以下特点：

①电阻材料为液体，可流动循环，根据需要能制成各种导电结构形状。

②水溶液比热率大，可制成各种大容量电阻器。

③具有明显负温度电阻特性。

④物理—化学性质稳定，重复性强，耐久性好，性能稳定。

⑤成本低廉，无三废排放。

⑥PLC智能化控制，可调节起动时间、电阻值等参数。

采用高压热变电阻器降压起动有以下显著特点：

①恒电流，软启动。起动电流是额定电流的2.0～3.5倍，降低了电动机起动发热，对机械设备无冲击。

②起动时功率因数高。

③无谐波污染。

④静态变阻起动，安全可靠。

⑤操作简单，免维护。

高压热变电阻器很好解决了高压鼠笼电动机起动问题，与其他起动设备相比设备简单可靠，但体积较大。我企业搬迁改造，联碱系统3台2 500kW透平电动机就选用了这种装置，运行过程中每年加1、2次清水即可。

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2011－07－11