襄阳源创电气小王告诉我们：   一、软起动的概念

 

    中高压电机软起动，是在中高压（主要指6KV、10KV）电动机起动过程中，随着电动机反电动势的不断建立，电机端电压由某一值逐渐平滑、无级的上升至全压，转速由0上升到额定转速，最后依靠旁路甩掉软起动控制装置。

 

    二、软起动的作用

 

    大功率交流电机直接起动会产生一系列电气和机械问题。

 

    电气方面有：

 

    1、起动时可达5-7倍的额定电流，造成电动机绕组电流引起过温，从而加速电机绝缘老化。

 

    2、造成供电网络电压波动大，当电压≤0.85UN时，影响其他设备的正常使用。

 

    机械方面有：

 

    1、过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确度。如使联轴器损坏、皮带撕裂等。

 

    2、造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命。人们为了解决以上问题，不断的寻求解决起动问题的方法，例如采用自耦变压器降压起动、串联电抗器、液体电阻器、磁控电抗器等起动方式。它们可设定起动时间、限流和各种保护值等。平滑的起动特性和免维护等使其具有传统的起动方法无法比拟的优越性。国内市场低压380V软起动主要是采用晶闸管降压软起动器，高压软起动主要采用传统有级软起动方法，近年来采用液体电阻软起动器的比较多，也有部分采用进口公司如：ABB、SIEMENS、摩托托克、AB公司生产的晶闸管降压软起动器，但其价格昂贵。

 

    软起动和传统的起动方式均属于降压起动，软起动的突出贡献在于作为降压器件是可以平滑无级改变的，这样的好处是：降低起动电流，减小电网压降，缩短起动时间，降低机械冲击。对电机、电网和负载都有好处。

 

    三、软起动的分类

 

    软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的；后者的调节是连续的。传统的软起动均是有级的，如星/角变换软起动，自耦变压器软起动，电抗器软起动等等。本文关心的是无级类的：磁控软起动、液阻软起动和晶闸管软起动等。

 

    四、变频软起动

 

    单纯从这个角度来看，采用高压变频无疑是最理想，它可以将起动电流控制在额定电流以内，又能提供足够的转矩，但仅仅把高压变频作为起动装置无疑是对资源的巨大浪费。

 

    五、液体电阻

 

    原理：利用伺服电机改变浸泡在导电液体（一般由Na2CO3和水配制）中极板的距离，使其电阻由大到小平滑无级减小。电机端电压逐渐上升至全压，实现电机软起动。

 

    液体电阻的优点是成本低，在软起动过程中不产生高次谐波，能基本解决高压电机的软起动，但其缺点和优点一样明显，主要表现在：

 

    1、高压电动反电势建立的速率和水电阻变化的速率很难吻合，从而造成了起动电流的斜率很大，严重时顶跳上级开关。

 

    2、环境温度对起动性能的影响大。

 

    水电阻导电的实质是靠离子的移动，电阻大小由导电离子的多少决定，水电阻（含热变电阻）均是由Na2CO3和水配制而成，任何化学无机物的溶解度均受外界温度的影响，温度越高溶解得越多，电阻率越小，温度越低溶解越少，电阻率越高，这就是液态电阻为什么在夏天（温度可高达40）起动电流大（有时高达5倍额定电流，简直象直接启动），而冬天（温度最低为-20）起动困难，严重时需要重新配液方可解决，加上水的蒸发和补充及其它导电离子进入液阻箱，均会引起液体电阻的改变。

 

    3、对环境的要求高，液阻软起动装置不适合于置放在易结冰的现场。

 

    4、液阻箱容积大，其根源在于阻性限流，减少容积引起温升加大，一次性起动后电解液通常会有10℃-30℃的温升，使软起动的重复性差。

 

    5、控制功能低下，起动时间、停止时间、初始电压、限压范围等主要控制参数均不能方便的调节，移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。保护功能不全，无自检、过载保护、电流不平衡、断相等保护。

 

    6、维护困难。须经常维护，须经常加液体以保持液位。在高压回路里加水作业有很大危险性。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理。

 

    7、安全性差。这是该装置最大的隐患，一旦维护不及时，至液阻位过低，起动时有引起装置爆炸的危险，爆炸后引起高压接地，给人员设备带来灾难性的后果。在起动时有噪声及电动力致使震动，特别是在极板运行中易造成导电水飞测，安全性差。在高压起动回路中，用传动电机及传动机构控制极板运行，一旦控制失灵，后果比较严重。

 

    七、热变电阻

 

    原理：利用液体的负温度特性来改变电阻，所谓负温度特性，即温度越高，阻值越小，反之亦然。在起动过程中，起动电流加热液体，温度升高，阻值减小。但是，其可行性大可质疑；大的限流器件不具备限流能力易控性，装置对使用环境温度要求度高，软起动重复性差。因为热变电阻软起动装置具有“原理”决定的、与生俱来的几个内在特点：

 

    1、电极无需动，因而减免了移动电极的伺服机构，减免了伺服机构可能带来的不安全。但是，需要采取防范蒸汽散发的措施。

 

    2、无法进行实时控制，更谈不上“闭环控制”。

 

    3、根据一次软起动的质量对装置进行下次再调整的余地不大。可能的调整仅仅是：极间距离，电解质浓度，液面高度。并且调整幅度相当有限。

 

    4、具有一切液态软起动装置的共性，如发热量大、体积大，不能作到免维护。

 

    5、对环境尤其是温度变化的耐受能力较差，难于保证不同环境温度下软起动性能的一致性。

 

    6、软起动功能单一，使适用范围受到一定的限制；不能实现软停止，不能实现带电流突跳的软起动。

 

    优点：与液阻相比，热变电阻去掉了伺服系统，只有三大桶水，因此它的结构更简单，成本更低，但缺点也更加突出。

 

    热变电阻除了继承水阻全部缺点外，有三点对它来说是致命的：

 

    1、热变电阻为保温，必须把水箱封闭，且采用两层水箱，层与层之间注入变压器油隔离，液体在有限空间内加热，极易发生爆炸，广西柳州钢铁公司发生过两次热变爆炸事故，整个柳钢停电一个多小时，现在这些热变电阻的老用户已到了谈热变而色变的地步。

 

    2、热变电阻的整个起动过程是不可控制的，更不可预测，当按下起动按钮，一切均不以人的意志为转移了。

 

    3、相比于液阻，环境温度对起动性能的影响更加严重。

 

    八、晶闸管软起动

 

    原理：利用晶闸管导通角的开通来实现软起动。

 

    特点：通过SCR器件的串连走向高压，为此，需提高SCR器件的耐压等级和开关速度，改进触发与关断的同时性。晶闸管软起动本身更适合于低压领域。

 

    缺点：

 

    1、谐波大，强迫换相，产生大功率脉冲。

 

    2、均压均流技术复杂，成本高，风险大。

 

    3、由于串并联大量的晶闸管，所以故障点多，维修复杂，检修很频繁。

 

    4、过载需加大额定电流倍率。

 

    九、磁控软起动

 

    磁控是针对水阻和热变电阻不可克服的缺点而出现的最新换代产品，其原理是：

 

    它是利用饱和电抗器的原理，在高导磁的闭合回路中，通过直流励磁平滑改变电抗器的电抗值，使电抗器两端电压由大到小平滑改变，从而完成电机平稳的起动过程。

 

    磁控软起动的突出特点：

 

    1、它的核心部件是自然冷却，其结构类同于干式变压器，不存在漏油、换油等维护方面的问题。

 

    2、不存在电压等级之间的电的联系，安全性可靠性较好。

 

    3、磁控软起动器安装方便，在大功率高等级存在节约基建投资，减少缆线敷设引起的财力和人力的浪费。

 

    4、磁控软起动器高次谐波较小，对供电电网的质量有利。

 

    5、控制速度与电机起动同步，在电力系统中，需要快，则必须快（如补偿系统慢会造成事故）。电动机起动是一个慢过程，原因是电机的大飞轮惯性所致。而电机软起动对于控制速度没有过高的要求，0.1s量级与电机起动速度吻合。

 

    6、初始电流在电机起动过程中，零初始电流意味着加速转矩的丧失，意味着电动机的堵转和软起动的延误。

 

    7、体积小，受环境温度影响小，免维护，安全可靠，易控制。

 

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