中高压电动机起动方法之比较

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1、中高压电动机起动方法之比较 对于中高压（1kv 10kv）电动机的起动方法，当前的起动方法有直接起动、自耦变压器减压起动、水电阻减压起动、磁控减压起动、变频软起动、可控硅串联软起动（固态）、开关变压器软起动等。 一、与自耦变压器式减压起动的比较 为了讨论的方便，将开关变压器式中压电机软起动装置称为 A 装置，将自耦变压器式减压起动装置称为 B 装置。 在使用 B 时，高压侧接电网，低压侧接电动机。一般有几个分接头，可以选择不同的分压比，这样起动电流和起动转矩可以根据抽头位置来调节。采用 B 的主要优点是能减小电网电流，减小线路压降。 设自耦变压器二次电压 U2 和一次电压 U1 之比为 KV（

2、KV1），则在起动时，电机端电压为 U2=KVU1。 电机的电流，即自耦变压器的二次电流 I2 为： IZD电机直接起动时的电流 自耦变压器一次接电网，电网供给电机的电流即是自耦变压器的一次电流I1=KVI2=KV2IZD，可见此时电网电流只是直接起动电流的 KV2 倍（KV1）。 由于转矩和电压的平方成正比，起动转矩也只有直接起动时的 KV2 倍。与 A 相比，二者有如下差别： . 适用场合方面 与老式减压起动相比，B 适用于电网容量较小的场合，它对减小电网电压波动是较有利的。与 A 相比，B 并无优越性，原因是 B 的抽头变比往往较高，起动电流不会有明显的下降；而 A 的调压范围非常大，在

3、电机的低速阶段可以用低电压来限制起动电流，当电机具有一定转速时（此时电机阻抗己变大）再提高电机端电压，使起动电流能限制在更小的范围内。 控制的灵活性、可靠性方面 容量较小的电网也往往是不太稳定的电网，由于 B 是抽头式调节，在一次起动过程中电压是固定的，这样如果抽头变比比较低，在电网电压过低时，会使自耦变压器二次电压过低，因而起动转矩不足，起动时间过长，如果是定时切换，则冲击电流过大；如果抽头变比比较高，则会在电网电压较高时，对电机有较大的起动冲击，一次电流降低也不明显。 A 的控制非常灵活，电流电压都可以大范围调节，无论电网的情况如何，均可按需要调节电流和电压，确保软起动的成功率。 冲击方面

4、 应用 B 时，电压有 23 次切换，因而转矩也有 23 次突变，这对较精密的机械设备是非常不利的。在电气方面，如果变比较高，对电网的冲击也会较大。 A 因是连续调节，起动过程非常平稳，不存在冲击。 4起动方式方面 A 为软起动装置而 B 为减压起动装置，二者的其它性能完全不在一个水平上（如工作方式、可控性等）。 总之，B 对不稳定电网而言，变比的选择非常重要，如果选择不当则会产生许多不利的情况，因此在软起动已广泛应用的今天，B 的应用已越来越少。 前不久出现了一种在自耦变压器抽头处加装电容器的起动方法，这种方法其实质就是自耦变起动方法与电容补偿技术的简单结合，谈不上什么新技术。对电机而言，起

5、动情况与自耦变起动情况基本一样：多次冲击依旧、电流会稍大一些。这种方法的出现是为了解决小容量电网起动较大电机的情况，使电机起动时的感性电流较少地流入电网。 采用电容器来减小流入电网的感性电流是众所周知的方法，那么过去为什么较少使用这种方法呢？我想不会是人们没想到它，可能下述几个问题是人们所担心的： 电机起动时电流突变中的高次谐波是否会影响电容器的寿命？会不会形成某次谐波振荡？ 电容器合闸时会产生很大的涌流，致使这种方法不适于频繁起动。 起动过程中如因事故跳闸，则可能发生电机振荡现象，严重危及机械设备的安全。 当电机起动接近结束时电流会下降，此时要及时切除电容器，否则会有过补偿发生。 这些问题今

6、天是否已经解决了？所以我们在选起动方法时当三思而后行，以免留下隐患。当前在 10000kw 以下的中小电机已比较少见有选用自耦变压器作起动的，不知为什么在大电机起动上竞有人选用。 二、与变频器软起动装置的比较 变频器装置主要是用在交流电机的调速上，具有明显的节能效果。如果把它用在电机软起动上，则不应再把它的调速性能与我公司产品相比较。把变频装置用来做软起动，在整个起动过程中电机不会有过流现象，起动转矩大，具有很好的起动性能。但对于起动转矩小的风机水泵类负荷，变频装置的这一优点则表现不出来。与我公司产品相比它也存在一些不足： 1.变频技术还处于发展阶段，由于开关损耗还比较大，所以可靠性还比较低，

7、故障率比较高，属于可维修性设备。各单位往往由于维修技术跟不上而造成停工时间长，某钢铁公司曾发生 35000KW 高炉鼓风机一个多星期才起动起来的事例。也有搁置一旁不敢用的情况。 2.变频装置输出电压中，高次谐波的含量大，会在电机齿槽上产生局部过热现象，烧毁绝缘，影响电机使用寿命。在调速应用时要使用特殊设计的变频电机就是这个原因；而我公司产品高次谐波含量小，对电机的伤害小。 3.用变频装置做软起动，当达到亚同步转速要从变频电源向工频电源切换时，必须有良好的同步功能（有的变频装置不具备此功能），否则会产生机械冲击，损伤机械设备。 4.变频装置价格高 5.变频装置电路原理复杂，对维修技术水平要求高，

8、维修时间长，而我公司产品一般技术工人即能维修，提供的图纸资料齐全。 与变频装置相比，开关变压器式软起动装置的不足之处仅仅是起动过程中有过流现象，但时间并不长；过电流倍数也不大，空载起动不超过额定电流的 2 倍，负载起动（风机泵类负荷）不超过额定电流的 3 倍。所以综合起来，开关变压器式高压电机软起动装置应该是高压电机软起动产品中的最佳产品。 三、与可控硅串联式软起动装置的比较 为了讨论的方便，将开关变压器式中压电机软起动装置称为 A 装置，将可控硅串联式软起动动装置称为 B 装置。 A 装置与 B 装置二者都是相位控制调压软起动装置。主要性能有许多相近之处，二者比较尚有如下差别： 1.可靠性

9、装置由于采用可控硅串联，因此对元器件特性参数的一致性要求很高。不容易得到保证。元器件在使用一段时间后特性参数会发生变化，使均压性能降低，极易造成整串元器件的损坏，一旦损坏用户很难修复；而 A 装置由于采用了开关变压器技术，元器件不用串联。因此可靠性大大提高。使用寿命远大于 B。 2.高次谐波 二者虽然都是相控。产生谐波的情况是一样的。但 A 装置的开关变压器具有很大的电感量。谐波电压大部分加在它上面，加到电源和电机上的谐波电压较小。所以 A 比 B 对电机的高次谐波伤害要小得多。 3.体积 B 比 A 的体积小 四、 与液态减压起动装置的比较 为了讨论的方便，将开关变压器式中压电机软起动装置称

10、为 A 装置，将液态减压起动装置称为 B 装置。 A 装置与 B 装置二者不是一个层次的产品，A 装置具有全面的优势，主要表现在： 1.控制的灵活性方面 A 装置为一个纯电气装置，控制参数及曲线的调整范围大，灵活性强。比如对大惯量负荷可采取首脉冲方式；而 B 装置是用控制电机带动水电阻的极板运动，灵活性较差。 2.控制精度方面 A 装置的控制精度非常高，且不受环境条件的影响，每次起动都能按调定的方式工作，而 B 装置的水电阻受环境条件的影响很大，起动电流控制不准确（据了解有这样的情况，安装时调定在 3IN ，有时起动竞达 4IN 以上），这很容易产生意想不到的后果。 3.能量损耗方面 B 装置

11、采用水电阻分压，起动时会产生很大的焦耳热，为有损耗起动；而 A 装置采用开关变压器分压，只 图 2-1 有很小的铜损和铁损（为常规变压器损耗的一半左右）。 由电机学可知，起动电流与加在电机上的电压成正比，假定电机全压起动时的起动电流为 5IN，如果要以 3IN 来软起动，则电机上的电压 UD 要达 0.6U，因为电机在起动时的功率因数很小（仅 0.2 左右），可近似认为 UD=UX（电机感抗上的电压），由此算出水电阻电压 UR+Ur(电机电压的阻性分量)0.8U ，从中去掉 Ur（小于 0.2U），可得：UR0.6U，这时水电阻上消耗的功率为： PR= UR3IN=1.8 UIN=1.8 PN

12、 就是说如果电机为 10000KW，则起动时水电阻上消耗的功率为 18000KW，如此大的功率使极板附近的水汽化，汽化电阻不好控制且这便是控制精度不高的原因，有时甚至有起动失败的情况。 4.起动瞬间的电流尖峰问题 B 装置的起动电流是靠汽化电阻来限制的，在水汽化之前的很短时间内，水电阻很小，这时的电流会远大于设定值。在电网容量不是很大的情况下，此大电流会使电网电压急剧下降，失去了软起动的意义，还很有可能导致起动失败。 5.起动电流调节范围方面 起动时 B 装置有大量的功率消耗，因此对于大容量电机其起动电流不可能较小，否则将使水箱体积更大、尖峰电流冲击更大，增加了控制的难度，而 A 装置不存在这

13、样的问题，电机再大也不影响起动电流的调节范围。 6.过电流时间问题 B 装置在起动过程中使电机始终保持较大的设定电流，直至起动结束，过电流时间长，对电机的伤害大，而 A 装置在起动时，开始电机电流很小，随着电机的加速慢慢增加电流，达到设定电流的时间很短，对电机的伤害小。 7.关于起动失败问题 据了解热变电阻式减压起动装置有起动失败的情况，而我们的产品绝不会有起动失败的情况，这是因为我们产品的起动过程是调压的。根据公式 M=KU2，在调压软起动时，电压由 0 变化到 UN ，转矩 M 也由 0 变化到 MN，空载转矩M0 一定是小于 MN 的，所以在软起过程中，电机总会在电压达到一定值时转起来，

14、且逐步达到额定工况。任何 一台电机依其负载情况的不同，要达到额定转速都必须跨 图 2-2 过一个门坎电流值 IM，其值一般在 2IN 上下变化，由于热变电阻受外界温度变化的影响较大，有时会发生汽化电阻太大，起动电流不能跨过门坎值的情况，这时电机会达不到额定转速，造成起动失败，要第二次起动，可能要等 23 个小时降温，这对生产的影响会是很大的。 8)对主开关寿命的影响 A 装置的软起动开关投入时主电路电流为 0，运行开关投入时两端电压很小，有利于延长主开关的寿命。而 B 装置的合闸电流仍然很大，对开关的寿命不利。 9)连续起动次数方面 由于 B 装置起动时会产生很大的热量损耗，所以对连续起动次数

15、是有限制的，比如 1250KW 以上只允许 23 次（资料中未提时间间隔）；而 A 装置损耗很小，可以连续起动（当连续次数大于 5 时，只需保证时间间隔 510 分钟），用户不必为电机的起停担惊受怕。 10)体积方面 A 装置的体积远比 B 装置的体积小，安装方便、土建投资少、总造价低。 11)检修周期方面 B 装置要周期性换水（有的经销商说周期为半年）另外其电极驱动部份有可移动部件要经常检查其工作状况；而 A 装置无可移动部件，其检修周期要长得多、使用寿命也长的多。 五、 与磁控式减压起动装置的比较 为了讨论的方便，将开关变压器式中压电机软起动装置称为 A 装置，将磁控式减压起动装置称为 B

16、 装置。 A 装置与 B 装置的区别主要表现在： 1)控制性能 A 的输出电压、电流全范围可调。电压、电流波形可任意设定，是严格意义上的软起动产品。 B 的调节范围很小，一般只能做恒流式起动。 “磁控” 即饱和电抗器，它是靠改变铁芯的磁饱和度来改变其电抗值，从而改变其与电机的分压。铁磁性材料的磁化曲线如右图所示，磁饱和电抗器靠改变其直流激磁 0 来改变电抗器的电抗值。由图可见磁化曲线的斜率（对应电抗值）变化范围很小，只有 角的范围。因此 B 的阻抗值变化 图 2-3 范围不大。电机端电压的变化范围不大。 用固定的电抗器起动时，电压是不可调的。随着电机的加速，起动电流将下降，如果电网容量不足，很容易引起起动失败（或切换到全压时冲击很大）。饱和电抗器与固定电抗器相比，仅在于它能保持电流不下降，但能不能造成起动失败（或起动时间过长或切换时冲击过大），还要看最大电抗值的选择。最大电抗值选的小些，起动失败的可能性小，但合闸时对电网和机械设备的冲