高压电机软启动的方法

无刷自控电机就是一种克服了鼠笼式异步电动机启动电流大，启动转矩小；绕线式异步电动机装有碳刷、滑环和复杂的启动装置等缺点；而保留了鼠笼电动机结构简单、维护工作量小；绕线电机启动电流小，启动转矩大等优点的电动机。它的典型结构如图1所示。无刷自控电机能根据电机转速，自动控制串入电机转子内的电阻大小，达到增加电机启动转矩，减少电机启动电流和实现绕线式异步电动无刷运行的目的。它不但能使异步电动机启动的电流由5—7Ie降到0.4—1.7Ie时，电机的启动转矩（0.4--1.6Me）和启动时间保持不变，还能使电机以最大转矩（1.6--3.1Me）启动。它可以代替鼠笼电机及其启动装置；绕线电机的滑环、碳刷及其启动装置。它可利用普通绕线式异步电动机，去掉滑环、碳刷及启动装置，并更换成无刷自控电动机启动器后获得。

2. 过大的启动电流和过小的启动转矩造成的危害

普通异步电动机启动电流达到额定电流的5--7倍，而启动转矩只有额定转矩的0.4--1.6倍。它在电网条件（电机启动时的电网压降小于10%）和工艺条件（启动转矩满足）允许的情况下，可以直接启动。但过大的启动电流、过小的启动转矩和过长的启动时间给电机和电网造成了极大的危害。

当电机启动电流达到额定电流的6--7倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的36--49倍，产生的电磁力同样达到了36--49倍。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条（特别是转子常利用趋肤效应现象，降低启动电流，转子铜条在启动时，表面的温度达到350℃以上）的使用寿命。如柳钢公司烧结厂29m2烧结主风机电机为两台1000KW鼠笼电机，全压直接启动，1997年一年内累计烧毁电机六次。1998年开始采用降压启动后，到2002年止，已累计运行4年，再没有出现一次电机烧毁事故。正因如此，有关统计显示：电机直接启动时间不及电机运行时间的0.1%，但故障率占到电机全部故障率的30%以上。

电机的供电装置一般是按电机额定电流选择的，过大的启动电流往往造成供电装置的触头发热，触头周围绝缘老化，也是供电装置损坏的一个主要原因。如南阳炼油厂丙烷装置，其供电变压器容量为800kvA，而最大电机容量只有130kw，完全具备电机直接启动的条件，但过大的启动电流，在2001年内，三次造成低压开关柜短路，生产装置三次停产检修，给该厂造成了极大的经济损失。

由于上述一些原因，大容量的电动机在电网和工艺条件均满足的情况下，也常采取减少启动电流的措施，以提高供电的可靠性和降低电机的故障率。但启动装置过高的价格（特别是中高压电动机，软启动装置+启动开关柜等的价格是电机价格的1.5倍以上）、复杂的结构，不但增加了用户的成本和降低了电力拖动系统的可靠性。同时，电机启动转矩与启动电流的平方成正比，当采用降低定子电压启动方式时，如启动电流由6Ie降到了3Ie时，电机启动转矩将减少4倍，电机启动时间增大5倍以上。正因如此，对启动转矩要求比较大、启动时间要求比较短的电机，只能利用绕线式电机代替鼠笼式电机。

绕线式电机因其有碳刷、滑环及启动控制系统，无法用在对拖动系统可靠性及免维护性要求比较高的场合。如油田广泛使用的抽油机，需要大启动转矩电机，但因它们全部安装在野外，数量具大（年产原油18万吨的河南油田，其抽油机电机数量就超过2千台、大庆油田超过5万台），为提高电机拖动的可靠性，不得不采用鼠笼电机；同时，为了增加启动转矩，又不得不增加电机容量。使得抽油机电机的平均负载率不及电机额定功率的30%。它不但增加了电力拖动系统成本、还降低了电机的固有效率，浪费了大量的能源。

为了说明无刷自控电机的优越性，现以一台1400KW、ne =1488r/min、6KV、Ie =154.A、Ist/Ie=6.38、Mmax/Me=2.3；的鼠笼型电动机拖动一台主风机和一台1400KW的绕线式电动机拖动相同的负载，并均配置水电阻软启动器（水电阻启动器的价格只及可控硅、磁饱和电抗器软启动器的1/2）为例，说明其设计方法、启动性能和拖动系统成本。

3. 鼠笼电机及其拖动系统

该拖动系统的构成如图2所示，它一般由运行高压开关柜DL1、启动高压开关柜DL2、隔离开关K柜和水电阻R及其控制装置等构成。其中水电阻R及其控制装置，就是在一个装满导电液体如盐水中，插入两个电极，形成电阻。其电阻的大小与电极的距离成正比，调节电极板的距离，就能调整这个电阻的大小，达到调节定子电流的目的。将这样的可变电阻串入电机的定子回路，就可以平滑地启动电动机。

电机定子线圈串入三相对称电阻后：

以该风机进风阀门全关闭后启动电机，并设电机启动时的加速度力矩为10%电机额定转矩，可作出表（标么值）1：

转差率 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.02 平均

转速 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 0.98

全电压转矩 1.17 1.21 1.25 1.30 1.35 1.40 1.42 1.53 1.75 2.34 1.67 1.27 1.47

全电压下电流 6.38 6.30 6.21 6.10 5.96 5.80 5.61 5.38 5.09 4.53 2.57 1.70 5.14

风机空载转矩 0.11 0.09 0.08 0.08 0.08 0.10 0.12 0.15 0.18 0.23 0.26 0.31 0.15

软启动电流 2.70 2.49 2.35 2.28 2.19 2.17 2.17 2.16 2.04 1.70 1.19 0.96 2.03

电机电压 0.42 0.40 0.38 0.37 0.37 0.38 0.39 0.40 0.40 0.38 0.46 0.56 0.41

电阻上电压降 0.89 0.89 0.88 0.88 0.88 0.87 0.86 0.85 0.82 0.75 0.64 0.44 0.80

电机输出转矩 0.21 0.19 0.18 0.18 0.18 0.20 0.21 0.25 0.28 0.33 0.36 0.40 0.25

水电阻功率 2.40 2.20 2.08 2.00 1.92 1.89 1.87 1.83 1.68 1.28 0.77 0.43 1.70

在此状态下，电机启动时间为69秒，消耗的平均电功率为2300kw、消耗的电能约44kwh（能使475kg水从20℃升到期100℃）。该电机启动完毕后，还需由操作工（或时间继电器）合上运行高压开关DL1，断开启动开关DL2和K后，才能开启风机负载阀门，否则将威胁电机和启动装置的安全运行。

该拖动系统电机价格约为17万元、启动柜及隔离开关柜约12万元、三相变阻器约需12万元；增加三根电缆，每根按30米计，加上6个电缆头，约需4.5万元，如不计基建[变阻器+启动及隔离开关柜体积约为：（1.7+1.2）×1.2×2.8 m3]费用，总计费仍将高达45.5万元（不计电机为28.5万元）。

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