高压电动机软启动问题探讨

近几年来，随着我国经济的快速发展，许多行业的生产规模越来越大，使用高压异步电动机的数目也越来越多，单机容量也越来越大。高压电机的可靠启动问题成为用户的难题，而高压电机的启动，又会对电网造成较强干扰，尤其是在工业领域中的重在启动，有时可能对设备和电网的运行安全构成严重威胁，因而三相异步电动机的软启动越来越受到重视，以下是对高压电动机软启动问题探讨。

1 高压电动机的软启动

对于大功率高压电动机而言，软启动比直接启动具有下述优势。

（1）减小启动过程引起的电网下降，使之不影响共网其他电气设备的正常运行。

（2）减小电动机的冲击电流，避免电动机局部过热影响电动机的寿命。

（3）减小硬启动带来的机械冲力，减缓传动机械（轴、啮合齿轮等的磨损。

（4）减少电磁干扰，避免冲击电流以电磁波的形式干扰电子设备和电气仪表的正常运行。

基于上述原因，对高压电机软启动的研究就具有十分重要的意义。目前无极调节的软启动主要有以下3中，即以电解液限流的液阻软启动、以晶闸管为限流器件的晶闸管软启动和以磁饱和电抗器为限流元件的磁控软启动。同时，还有一种可控变压电抗器式软启动方案，软启动方式的选择上提供一定的帮助。

2 液阻软启动

液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电本质是阴阳离子。其阻值正比于2块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制，且液阻的热容量大。液阻的这两大大特点，恰恰是软启动所需要的，加上另一个十分重要的有时即低成本，使液阻软启动得到了广泛的应用。但是，液阻启动柜也有十分明显的缺点。

（1）基于液阻限流，液阻箱容积大，且一次软启动后电解液通常会有10℃~30℃的升温，使软启动的重复性差。

（2）移动极板需要伺服机构，移动速度较慢，难以实现启动方式的多样化和控制的精确性。

（3）液阻软启动装置液箱中的液态，需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要定期处理。

（4）液阻软启动装置不合适放置在易结冰或颠簸的环境中。

液阻软启动装置可以串接在绕线式电动机转子回路中，以实现重载电动机的软启动，在软启动过程中不产生高次谐波，且售价低廉，这是它的突出优点。

3 晶闸管软启动

这种启动方式首先在国外中高压压供电领域中获得应用，近年来在国内的使用量在增长。它应用了可控硅串联技术，通过光纤传输控制信号，控制可控硅的同时导通和关断，从而控制高压电机的启动过程。

其优点在于：晶闸管具有调节快速度好、闭环控制、控制方式的菜单化等优点，而且体积小、结构紧凑，维护量小、功能齐全、菜单丰富、启动重复性好、保护周全。

其缺点在于：首先，处于晶闸管的电压耐受能力在国际上都没有得到解决，所以，在3kV以上电压系统，它的每个高压桥臂上都有3到4个晶闸管串联，这样，同步触发是关键技术，解决不好就会造成控制失败；其次晶闸管的耐压均匀性问题，即对每个晶闸管的一致性有非常高的要求，如果个别晶闸管参数发生变化或性能较差，就会导致整个设备的连锁烧损；三是高压产品的介个偏高，因此在国内中高压系统中没有普及。

4 磁控软启动

（1）磁控软启动是从电抗器软启动衍生出来的，将三相电抗器串接在电源和电动机定子之间实现降压是两者的共同点。磁控软启动不同于电抗器软启动的主要特点是其点抗值可控，启动开始时电抗器的电抗值较大，在软启动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软启动完成后被旁路。

（2）电抗器电抗值的变化时通过控制直流励磁电流改变铁心的饱和度实现的，所以叫做磁控软启动。因此磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍，也称为“磁放大器”。

（3）磁控软启动的优点首先是电抗值的调节是静止的、无接触的、非机械式的，这就为微电子技术的介入打开了大门。所以，在工作原理上磁控软启动与晶闸管软启动是相同的，因此说磁控软启动能够实现软停止，能够具有晶闸管软启动所具有的几乎全部功能，其原因盖出于此。磁饱和电抗器具有0.1s量级的惯性，这使得磁控软启动的快速性比晶闸管软启动慢一个数量级；而对于电动机系统的大惯性来说，磁控软启动的惯性是不足为虑的。

（4）磁控软启动的缺点首先是磁控软启动的调节范围有限，启动时施加在电动机的电压不能被控制得很低，启动电流不能从0开始；同时启动时需要较大的启动电流而磁控不能提供（最大3.5倍额定电流）；而且切换时施加在电动机的电压达不到额定电压，最大在93%全电压左右，所以切换时有一定的机械冲击。其次，磁控软启动时的电抗器饱和引起的非线性，会产生高次谐波，只是磁饱和电抗器产生的高次谐波比工作于斩波状态的晶闸管要小一些。第三，磁控软启动装置需要有相对功率较大的辅助电源，噪声较大。

5 可控变压电抗器式软启动

5.1 基本原理

（1）由于在定子回路串联电抗器或采用自耦变压器降压启动、在转子回路中串联液体电阻器启动及在定子回路中串磁饱和电抗器启动这些启动方式使用的设备调节范围有限，不能随意调节启动转矩，不能做到启动特性和负载转矩特性完善配合，所以仍然存在大的冲击电流和机械冲击。而且它们都没有软停止功能，因此对于水泵（会产生水锤效应）之类的负载时不适用的。

（2）可控变压器电抗器软启动的基本原理是启动电抗器设置1个抵押绕组实现电抗器的变压可控，在变压电抗器的原边串入电机定子回路，通过控制可控硅短接变压电抗器的副边，通过改变其低压绕组上的电压来改变高压绕组的电压来改变原边电流，从而控制电动机的起动过程，实现电动机的软起动。此种软启动方式是通过变压器的降压原理，避免了可控硅的直接串接，从而回避了技术能点。

5.2技术优点

原理上磁控软启动和可控变压电抗器式软启动都是调节电动机主回路串联的电抗器的电抗值，但调节效果是不同的，相比之下，变压电抗器式软启动有如下特点。

（1）电压和电流能从零起连续可调，对电动机无操作过电压伤害、无转矩冲击，对电网无冲击；转速慢慢上升，有利于润滑，能延长电动机及机械设备的使用寿命；高压断路器合闸时电流（或电压）为零，能显著提高断路器寿命。

（2）控制灵活，重复精度高。

（3）在启动过程中，能在额定电流以内给电机以充分加速，因此能最大限度地降低启动电流的最大值，且最大值的保持时间短。

（4）可控变压器是一种高可靠性设备，低压侧电压低，不用采用晶闸管串联，可控硅的控制技术很成熟，因此该装置为高可靠性设备。

（5）该装置本身功耗很小，可以连续启动，可以一拖多（容量可不同）。

（6）变压电抗器具有很大的电感值，晶闸管产生的高次谐波主要由电抗器承担，不会干扰电源和电动从零机。

6 总结

（1）随着高压电动机的应用越来越普遍，研究高压电动机的软启动对于保障电网的安全运行、延长设备的使用寿命、实现电动机的精确控制等具有重要意义。

（2）针对不同的应用场合、电动机容量的不同、控制要求的不同等，应针对性地选择电动机的启动方式，固态软启动应该是未来的发展方向。

（3）可控变压电抗器式软启动结合了磁控软启动、可控硅软启动的优点，克服了它们的各种缺点，是一种高可靠性的软启动方案。