泵站大中型高压交流电动机的几种起动方式

李俊杰

（益阳市大东口（明山）电排管理站 益阳市 413000）

在现代水利系统中，各种规格的高压交流电动机正普遍应用，已成为水利系统的主要动力。对于大功率交流电动机而言，在工频直接起动过程中，会产生5～7倍于电机额定电流，并且会维持10多秒时间。这一冲击电流一方面会导致电网电压下降、继电保护误动作、干扰同一母线上的其他设备正常运行，严重时导致设备停机；另一方面，将降低电动机和配电母线上高压开关的使用寿命。根据国标GB 50055-2011《通用用电设备配电设计规范》要求，即不能满足 “频繁起动不宜低于系统标称电压的90%，不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%，配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%”，电动机就要求采取降压或其他适当的起动方式。

1 中小型电机的起动方式

1.1 高压鼠笼式感应电动机的起动方式

（1）星-三角降压起动。凡定子绕组具有6个出线端子并以三角形接法作正常运行的鼠笼式感应电动机，可以采用星-三角起动，起动时电动机的定子绕组星形连接，起动力矩和起动电流为原有起动力矩和起动电流的1/3，当电动机转速达到一定数值时，将电动机定子绕组换接成正常的三角形连接。可适应（6～10）kV高压电动机起动。

（2）自耦变压器降压起动。定子串自耦变压器降压起动，也称为补偿器起动，通常用于起动力矩要求较高的场合。采用自耦变压器降压起动的优点，是可以调节起动电流和起动力矩。自耦变压器上一般有3个抽头，其电压等级一般规定为40%、60%、80%，改变这3个抽头的接线位置，便可调整起动力矩。可用高压真空接触器切换。起动完毕则用另一个高压真空接触器切除自耦变压器，把电机直接接入电网至正常运行状态。可适应（6～10）kV高压电动机起动。

1.2 交流绕线式感应电动机的起动方式

（1）转子接入变阻器的起动。绕线式感应电动机采用变阻器起动时，首先是将变阻器全部电阻接入转子绕组电路中，转子串入电阻后，起动电流减小，但转子电流与感应电动势的相角也减小，电流的有功分量增加，因此，在一定范围内能使起动转矩增加。待转速升高后，再一级一级将电阻切出。起动完毕，将全部电阻切除，而使转子绕组中的变阻器短接。

（2）转子接入频敏变阻器的起动。交流绕线式感应电动机接频敏变阻器起动，是将频敏变阻器接入转子回路，以降低起动电流的起动方式。起动转矩大可带负载起动。

频敏电阻器是一种无触点的电磁元件，相当于一个铁芯很大、损耗特大的等值阻抗。它的阻抗是随着通过转子电流的频率变化而改变，由于转子电流、频率与转差率成正比。电动机刚起动时，转差率较大，转子电流频率也大，相应频敏变阻器阻抗亦大，故能限制转子起动电流。随着转子速度不断升高，即转差率逐渐减小，转子电流频率也逐渐下降，频敏变阻器的阻抗也逐渐减小（f2=S×f1，式中f2:转子电流频率，f1:定子电流频率50Hz，S:转差率）。采用频敏变阻器能实现无极起动。有接近于恒力矩的起动特性，其元件静止，很少维护。控制原理见图1。

图1 转子串频敏变组器起动系统图

图1中电机起动时：高压配电室开关柜送电，电机定子受电则电机起动，起动时转子回路中的中压接触器KM打开，则频敏变阻器BP接入转子回路，以限制起动电流。起动（6～8）s左右可自动投入KM中压接触器，切除频敏变阻器，则电机进入正常运行状态，可适应（6～10）kV高压电动机起动。

2 大型高压交流同步电动机的起动方式

2.1 定子串水阻软起动

液体电阻起动与传统定子串电阻起动相似。它在电机的定子回路串入液体电阻，通过改变极板的距离，相应地改变极板间的液体电阻，从而实现电机的无极降压起动。速度均匀上升、平稳起动。控制原理见图2。

图2 定子串水电阻起动系统图

图2中起动时高压配电室开关柜送电，高压起动柜内高压真空接触器KM1合，KM2断开水电阻R接入，以限制起动电流，（6～8）s后KM2合，KM1断开进入电机正常运行状态。由于控制方便，液阻容量大，价格低廉，不产生高次谐波和能够实现无极调节等优点。液体电阻软起动器得到了广泛的应用。但是，对于大容量电机，每次起动后电解液会有(10～ 30)℃的温升，使软起动的重复性差。同时，液体电阻箱需正常添加液体以保持液位。

2.2 串固态晶闸管软起动

随着电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的发展，晶闸管软起动器的性能越来越优越，不仅有效解决了电动机起动过程中电流冲击和转矩冲击问题，还具有很强的适应性，可以根据负载变化调整起动参数，从而达到最优的控制效果。

固态软起动一般有下列几种起动方式：①斜坡升压软起动；②斜坡恒流软起动；③阶段起动；④脉冲冲击起动；⑤电压双斜坡起动；⑥限流起动（起动电流限制可设定）。晶闸管软起动器常采用如图3所示三相交流调压电路。

图3 定子串固态软起动系统图

图3中在三相电源和电机之间接入三对反并联晶闸管VD调压电路，通过改变晶闸管VD的导通角调节输出电压，使电机的起动电流平稳上升，减少对电流的冲击。起动时，高压配电室开关柜送电，晶闸管VD受电，KM打开，通过改变反并联晶闸管VD控制模式达到预期起动要求。起动完毕KM合上电机进入正常运行状态。

2.3 静止变频器软起动

这种软起动方式是采用电力半导体功率器件，通过同时调节频率和电压来进行调速的。现在使用的高压变频器主要采用“交-直-交”式（VVVF变频或矢量变频控制），先把工频交流电源经过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源。通过功率器件的有序开关，形成各种频率和电压的SVPWM电压波形，施加于电机端。起动过程中，频率改变的同时，保证电机磁通近似不变，即电压频率之比为常数。起动方式同样也有若干种。比固态软起动器起动方式更丰富，性能更好。其控制原理见图4和图5。

图4 定子串变频器软起动系统图

图4中起动时首先经高压配电室开关柜把电源送至高压变频器，通过变频器内部各种参数的设置，达到优良的起动性能。起动完毕，KM高压真空接触器吸合，同时高压变频器可退出，电机电源直接接入工频运行。高压同步电机励磁柜可综合控制。

图5为三相10kV进10 kV出高压变频器各功能块的控制方框图。本柜有各种现场操作按钮。有监视、显示触摸屏。并可进行远程遥控和通讯。

2.4 软起动器比较

图5 10kV高压变频器原理图

采用软起动器可以控制电动机电压在起动过程中逐渐升高，从而控制起动电流，使电机平稳起动，机械和电应力降至最小。可适应（6～10）kV高压电动机起动。水电阻、固态软起动器、变频器三种软起动方式的对比如附表所示。

3 结 语

各种起动方式各有其自身优点，可根据工况和工作需要进行选择。随着现代控制理论的发展，各种新技术的不断推出，必将有各种性价比更优越的元器件和起动方式出现。

附表 三种软起动方式对比

[1]GB50055-2011.通用用电设备配电设计规范[S].

[2]胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]王建华.电气工程师手则（第3版）[M].北京：机械工业出版社，1998.