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電動機(jī)的起動過程是指電動機(jī)得電后，電動機(jī)轉(zhuǎn)速由靜態(tài)(零速)逐漸加速，直到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。對于高壓大功率籠型異步或同步電動機(jī)的起動，實(shí)際應(yīng)用中工程技術(shù)人員常考慮兩個(gè)方面的問題：

1、電流沖擊的問題

一般地，籠型電機(jī)直接起動電流大約為電機(jī)額定電流的5～7倍，過大的起動電流沖擊將對電網(wǎng)、負(fù)載及電機(jī)本身產(chǎn)生較大的影響;同時(shí)短時(shí)壓降可能大于15%甚至更大。如此一來，嚴(yán)重影響到同臺變壓器供電的其它負(fù)載。同時(shí)過大的壓降，導(dǎo)致電機(jī)端電壓過低，起動轉(zhuǎn)矩不夠，電機(jī)起動失敗;過大的起動電流使電機(jī)內(nèi)部過熱，電機(jī)溫升過高，加速電機(jī)繞組絕緣過熱老化。

2、機(jī)械沖擊的問題

籠型電動機(jī)直接起動時(shí)，起動電磁轉(zhuǎn)矩約為額定電磁轉(zhuǎn)矩的1.4～2.4倍。直接起動產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，會使整個(gè)傳動系統(tǒng)受到過大的扭矩力沖擊，容易損壞設(shè)備或縮短設(shè)備的使用壽命。如轉(zhuǎn)子籠條斷裂、變速箱齒輪打壞、轉(zhuǎn)軸變形等等。因此在很多工況中，如空壓機(jī)組、風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，并不需要太大的起動轉(zhuǎn)矩，所以要設(shè)法減小起動電磁轉(zhuǎn)矩。

因而在電動機(jī)起動的實(shí)際工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，我們總是試圖滿足以下幾個(gè)方面：

①初始起動電磁轉(zhuǎn)矩小，起動過程平均電磁轉(zhuǎn)矩足夠大;

②盡可能地限制電機(jī)起動電流;

③起動設(shè)備安全可靠，操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠;

④起動過程功耗小，無諧波污染等等。 2 高壓籠型電動機(jī)液態(tài)軟起動產(chǎn)品原理與性能

二、液態(tài)軟起動技術(shù)

1、液態(tài)軟起動技術(shù)的電氣原理

電動機(jī)起動過程中，在電動機(jī)定子回路串接液體電阻，起動電流在液體電阻上將產(chǎn)生電壓降，降低了電動機(jī)定子繞組上的電壓，起動電流也得到減小，從而達(dá)到對主電機(jī)降壓限流的目的。

定子側(cè)串入液變電阻本質(zhì)上屬于降壓起動。對于大功率高壓籠型電動機(jī)及同步機(jī)而言，在電網(wǎng)短路容量及變壓器容量不是足夠大或瞬時(shí)機(jī)械沖擊過大時(shí)，是最佳起動方式之一。

2、液態(tài)軟起動產(chǎn)品的工作原理

電機(jī)起動時(shí)，在電動機(jī)定子回路串入一特制液體電阻，該電阻在電機(jī)起動初始時(shí)刻自動投入，阻值在預(yù)定起動時(shí)間內(nèi)均勻無級減小，并在阻值幾近為零時(shí)刻切除，實(shí)現(xiàn)限制主電機(jī)電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速無級勻滑上升的目的。

3、特性分析

對于電機(jī)降壓限流起動，這里用串可變液阻與串分級切換阻抗作對比定性分析。

(1)圖中起動曲線與橫坐標(biāo)軸(電磁軸)及縱坐標(biāo)軸(轉(zhuǎn)速軸或轉(zhuǎn)差率軸)包絡(luò)的面積大小，反映了起動過程平均電磁轉(zhuǎn)矩大小，二者成正比關(guān)系。

(2)圖中起動曲線與橫軸交叉點(diǎn)(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)為起動初始電磁轉(zhuǎn)矩。ML為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(Ne)。Mm為最大電磁轉(zhuǎn)矩。

(3)起動電磁轉(zhuǎn)矩大小反映初始起動電流大小，平均電磁轉(zhuǎn)矩大小反映起動時(shí)間長短。從上圖串可變液阻降壓起動特性曲線可以看出，其初始起動電磁轉(zhuǎn)矩很小，平均起動電磁轉(zhuǎn)矩足夠大，因此初始起動電流小，而起動時(shí)間不長。

4、 高壓電動機(jī)可變液阻軟起動所面臨的問題

(1)電化學(xué)性能與導(dǎo)電介質(zhì)的穩(wěn)定性;

(2)液溫變化對電液飽合度及阻值的影響;

(3)電液的發(fā)熱、散熱與液箱容積;

(4)起動過程中電液阻值在變化中的三相平衡性;

(5)柔性傳動中的極板運(yùn)動及限流響應(yīng)速度;

(6)電機(jī)拖動理論與電機(jī)過渡過程的分析與研究;

(7)電氣絕緣與安全性。

5、 產(chǎn)品性能特點(diǎn)

(1)起動過程可預(yù)測

以電機(jī)拖動理論建立的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過向計(jì)算機(jī)輸入電機(jī)、電網(wǎng)、負(fù)載三大參數(shù)，調(diào)整液阻值變化規(guī)律，可獲得電機(jī)起動過程的特性曲線(如電流、轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓、電磁轉(zhuǎn)矩等)。輸入不同的液阻變化規(guī)律，就可獲得不同效果和起動特性曲線，可獲得一組最佳的起動曲線，對應(yīng)的液阻變化規(guī)律作為控制的依據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)起動過程的預(yù)知預(yù)測，達(dá)到最優(yōu)化控制的目的。

(2)起動電流與起動時(shí)間可控制

電機(jī)起動電流與起動時(shí)間是兩個(gè)互為反比的參數(shù)，起動電流大則起動時(shí)間短，起動電流小則起動時(shí)間長。用戶根據(jù)電網(wǎng)容量大小及實(shí)際工藝與設(shè)備要求，有時(shí)要求起動電流盡可能小，時(shí)間長一點(diǎn)沒關(guān)系;有時(shí)要求起動時(shí)間盡可能短，電流可以稍微大一點(diǎn)，而可變液阻起動產(chǎn)品正是通過調(diào)整電液濃度、改變PLC控制程序、調(diào)整動極板初始位置、調(diào)節(jié)減速節(jié)比等手段來控制電機(jī)起動電流大小，以滿足用戶不同的要求。

(3)對工況條件變化及液溫變化的可調(diào)整

其一，調(diào)試或使用中，當(dāng)用戶實(shí)際工況發(fā)生變化，可變液阻軟起動產(chǎn)品可以通過簡單的現(xiàn)場調(diào)整，使電動機(jī)起動效果依然保持最佳。

其二，液阻值大小與電液溫度成反比，因季節(jié)變換或重復(fù)起動引起的電液溫差，會導(dǎo)致電液初始液阻值有較大變化，引起起動效果有很大的不同，甚至導(dǎo)致起動失敗。可變液阻軟起動產(chǎn)品具有液溫檢測及阻值自動校驗(yàn)調(diào)整功能，以確保每次起動效果的相同性、穩(wěn)定性及可靠性。

(4)二次控制采用PLC控制，PLC引進(jìn)原裝西門子可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊及計(jì)算機(jī)集中控制，滿足DCS系統(tǒng)控制要求，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化通訊管理及控制要求。

(5)產(chǎn)品熱容量大，可塑性好，可恢復(fù)性強(qiáng)，可重復(fù)性好，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

(6)產(chǎn)品安全可靠，操作簡單，維護(hù)方便。

(7)具有液位、液溫檢測與顯示、起動時(shí)間過長、極板超程、綜合報(bào)警等告警功能，同時(shí)有完善的設(shè)備電氣聯(lián)鎖保護(hù)功能。

(8)同高壓開關(guān)柜配合，可實(shí)現(xiàn)過電流、速斷、短路、差動、零序、欠壓、過壓、網(wǎng)內(nèi)操作過電壓、雷擊等保護(hù)功能。

(9)絕緣耐壓嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，出廠試驗(yàn)嚴(yán)格要求。

三、工程中常見的起動方式對比分析

按照電機(jī)拖動理論，電動機(jī)的起動有這么三種方式：全壓直接起動、降壓限流起動、變頻變壓(VVVF)起動。

1、對于額定電壓直接起動制接通電源既可，簡單經(jīng)濟(jì)，基本不需要什么投資。

但是全壓起動主要的問題是：起動電流大(約為5～7IN)，起動轉(zhuǎn)矩沖擊大(約為1.4～2.4TN)，這在前面已經(jīng)講過。而且能否全壓直起，還受到很多因素和條件的限制：比如，交流電網(wǎng)短路容量、供電變壓器容量、供電線路長度、其它負(fù)載對電壓穩(wěn)定性要求、起動是否頻繁、拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量、電業(yè)部門相關(guān)的要求與規(guī)定等等。

2、 降壓限流起動

(1)電抗器起動機(jī)械特性較硬，起動電流大，工況適應(yīng)性差，成功率低。電抗器一般根據(jù)用戶提供的電機(jī)及負(fù)載參數(shù)制作，一次成形，參數(shù)不可調(diào)節(jié)。

(2)自耦變壓器起動機(jī)械特性也比較硬，起動電流較小，平均起動電磁轉(zhuǎn)矩小，不允許連續(xù)起動及頻繁起動，一般有三種抽頭可供選擇，但難以保證電機(jī)起動性能最佳，甚至有可能滿足不了起動要求。而且對工況變化不可能做到最佳的適應(yīng)性調(diào)整。

3、高壓變頻起動

變頻器可最大限度地限制電機(jī)的起動電流，減少電網(wǎng)壓降，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩及變轉(zhuǎn)矩起動。應(yīng)該說，在各種起動方式中，變頻器的起動性能是最優(yōu)秀的。

但也有一些不足之處。比如：電壓等級與容量有限，且當(dāng)前主要依賴進(jìn)口，一次投資和維護(hù)成本均高。運(yùn)行中產(chǎn)生諧波污染。對電機(jī)本身的影響。PWM調(diào)制導(dǎo)致高du/dt，及高頻電壓分量損壞電機(jī)的絕緣，影響電機(jī)壽命。高次諧波引起電機(jī)發(fā)熱，使電機(jī)不能滿足出力運(yùn)行。因而高壓變頻器用于短時(shí)的電機(jī)起動，其一次投資與收益極不平衡，因此工程實(shí)際應(yīng)用并不是很廣泛。

4、其它起動方式

① 液力耦合器利用能耗轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)原理，起動時(shí)負(fù)載與電機(jī)主軸脫離，相當(dāng)于空載全壓起動。電機(jī)全速運(yùn)行后，通過調(diào)節(jié)液力耦合器工作腔內(nèi)的油量實(shí)現(xiàn)柔性連接，逐步升速。

② 電動機(jī)組采用同極小容量異步機(jī)作為輔機(jī)，容量約為主機(jī)的5～15%。用輔機(jī)將主機(jī)拖到一定轉(zhuǎn)速后，主機(jī)投入電網(wǎng)后切除輔機(jī)。

四、高壓軟起動技術(shù)創(chuàng)新與新產(chǎn)品

——閉環(huán)恒流液態(tài)軟起動與人工智能化

1、 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖與工作原理

由可編程控制器PLC采集主電機(jī)M的起動電流信號、電網(wǎng)電壓、液態(tài)軟起動系統(tǒng)相關(guān)信號，經(jīng)過PLC程序進(jìn)行計(jì)算和邏輯處理，控制執(zhí)行電機(jī)適時(shí)的改變液體電阻的效果，從而達(dá)到閉環(huán)恒流軟起動。同時(shí)PLC將相關(guān)數(shù)據(jù)通過PC/PPI通訊協(xié)議傳輸給計(jì)算機(jī)(PC),計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生所需的各種起動曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、起動過程動態(tài)顯示，并可實(shí)現(xiàn)對整個(gè)傳動系統(tǒng)的監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)人工智能化。

2、性能特點(diǎn)

(1)閉環(huán)恒流起動控制技術(shù)

① 電液初始阻值的自動校驗(yàn)與調(diào)整：起動開始前，由PLC根據(jù)電液溫度情況，控制傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，調(diào)整電液箱內(nèi)動極板的初始位置，來確定起動初始的電液阻值，這是確保獲得相同的良好起動效果的前提。

② 起動電流的事先預(yù)置和設(shè)定：預(yù)先通過PLC程序設(shè)定合理的參數(shù)，起動時(shí)對主電機(jī)起動狀態(tài)進(jìn)行采樣，經(jīng)PLC計(jì)算、分析及邏輯處理后，輸出控制傳動電機(jī)，驅(qū)動導(dǎo)電極板實(shí)現(xiàn)極板的復(fù)雜運(yùn)動以自動調(diào)整電阻值，從而達(dá)到控制主電機(jī)按照預(yù)先設(shè)定電流進(jìn)行恒流起動的目的。

③ 可最大程度地降壓限流恒流軟起動，以滿足和保證弱電網(wǎng)系統(tǒng)下的大容量電動機(jī)的成功起動。

(2)智能化人機(jī)界面技術(shù)

① 采用KINGVIEW6.0組態(tài)軟件，編制液態(tài)軟起動裝置上位機(jī)程序(組態(tài))。將起動過程分為七個(gè)動態(tài)顯示畫面選擇界面(主菜單)、起動界面、曲線界面、起動監(jiān)視、運(yùn)行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)幫助等。

② 實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)電壓、主電機(jī)電流、運(yùn)行電流、電液溫升曲線，并可對曲線進(jìn)行保存、查閱、打印。

③ 起動及運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)動態(tài)記錄與實(shí)時(shí)顯示，如：電網(wǎng)電壓、起動電流倍數(shù)、起動電流峰值、起動時(shí)間、初始起動電流、電液溫度等。

④ 人機(jī)對話功能，可實(shí)現(xiàn)軟起動裝置的遠(yuǎn)程界面控制，如手動試驗(yàn)極板升降、緊急停機(jī)等。

⑤ 電網(wǎng)電壓、起動電流、液溫實(shí)時(shí)棒狀圖動態(tài)顯示功能。

⑥ 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可歷史查詢。

⑦ 人機(jī)界面的幫助系統(tǒng)，即人機(jī)界面的使用說明書。

目前該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、礦山、建材、供水、制藥、造紙等行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵、磨機(jī)、傳輸機(jī)等多種負(fù)荷上。產(chǎn)品覆蓋全國并出口東南亞、中東、非洲等地區(qū)，產(chǎn)品性能已十分穩(wěn)定。