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自动电液起动变阻器的试制与应用

自动电液起动变阻器的试制与应用 2011年12月09日 来源： 大型绕线式异步电动机在水泥厂应用广泛。这种电机起动时要求在转子回路中串入起动变阻设备。起动变阻设备是决定电机及机组起动特性的重要因素。　　国内原来采用的变阻器主要有两类：　　1.多级电阻器。通电后随着转速的提高以手动或自动将其分段切除。手动的为油冷，体积较小，但只用于500千瓦以下的电机。自动的为电阻片式，空气冷却，可以得到大功率，但无定型产品供应，用户只得以非标准件自行设计制造。　　多级电阻器能很方便地控制起动时间。但因分级切除，便带来以下缺点：　　(1)在分段切除的每一瞬间，都产生一次较强的电流冲击和机械应力冲击，对整个机组和电源变压器的运行极为不利。　　(2)对空气冷却的分段电阻而言，级数多、体积大，需要多个继电器和接触器。因此线路复杂、运行可靠性差、维修不便，造价也高。　　2.频敏变阻器。这是目前大量采用的起动设备，起动过程中转子回路电频率逐渐降低，铁芯内涡流随之减小，当量电阻也逐渐减小，最后以接触器切除。　　理论上，这个过程是自动进行的，起动过程应该是平稳的。又因不需多级切除，还应有结构简单维护方便的优点。但实际使用中频敏变阻器也有相当大的缺点。主要是：　　(1)转子回路cosψ2很低，起动力矩也低，不适于大功率电机的重载起动。　　(2)起动时间短促，且不易调整。加之cosψ2低，便造成起动电流大，有时竞达额定电流的3.5～4倍。　　(3)短路前的转速远达不到额定值，因此它也规定分级切除。这使它应具有的“结构简单、起动平稳”无法实现。　　(4)起动电流大，线路电压降也大。电机的端电压因此降低，其程度取决于变压器的容量和线路截面，严重时无法起动。　　为了改善大型绕线电机的起动特性，并解决我厂水泥磨用电机的起动问题，我们自行研制了新型变阻设备——自动电液变阻器。投产使用近两年，效果良好，已于1988年底通过了技术鉴定。 1 电液起动变阻器的构造及牲能特点(见图1)　　电液变阻器是利用导电液体的电阻来起动电机的。它分两部分：变阻器柜和控制柜。　　变阻器柜是设备的主体。内有装液体的绝缘箱、固定电极和活动电极。通过传动装置驱使活动极运动，完成减阻。为了工作可靠，其中还装有温度及液位检测元件。 　 图　1 　 　　控制箱内集中了各种电器，其任务在于控制变阻箱内活动电极的运动。电机主回路通电之后，活动电极随之动作，电阻逐渐减小至0，接触器动作，将液体变阻器切除，同时控制活动电极反向运动复位，为下次起动作好准备。控制箱内还有温度仪表，除指示温度外，还与电液变阻箱内的液位元件、限位元件一起，在各自不正常的情况下发出禁止起动信号并阻止起动，以确保安全。　　减阻过程是由机电装置自动完成的。按电阻定律 　 L 　 R＝ρ ── (1)　 F

式中：R──液体电阻；　　　ρ──液体比电阻；　　　L──导电距离；　　　F──导电面积。 减小导电距离L便可减小R。最后L=0、R=0，即可完成减阻过程。　　从以上所述，可知电液起动变阻器有以下特点：　　1.容易通过合理地设计L、F、ρ来满足对本同初始电阻R0的需要。　　2.可按需要得到要求的起动时间，而不象频敏变阻器那样难以调整。　　3.电阻R随L逐渐减小，不存在突变，起动过程可达到接近理想状态──恒转矩起动，克服了频敏变阻器和多级电阻器的应力冲击。　　4.它没有线圈，不存在电感作用而造成的cosψ2降低。相反，其电极间形成了电容器结构，能提高cosψ2。这使电机的起动转矩明显增大，便于解决大功率电机的重载起动问题。 2 自动电液变阻器的起动过程及起始相电阻R0的确定　　用自动电液变阻器时电机的起动过程如图2所示。其中曲线1和2分别代表转子内不串外电阻(即外电阻R=0)时电机的固有特性曲线和通电前转子内串有外电阻R0的人工特性曲线。可以想象，在曲线1、2之间存在无限多条通过n0的曲线束，起动过程的每一瞬间对应其中一条。起动开始，n=0，电机状态处于a点。起动过程为aKj折线。K点为外电阻完全切除那一瞬间的运行状态。随着电机加速，沿曲线1至j点达到稳定运行为止。　　　　 　 图　2 　 　　从图2可见，起始外电阻R0必须使电机的起始转矩Mq介于额定转矩Me和最大转矩Mmax之间，即 Me＜Mq＜Mmax　　　　　　(2) 而Mmax=λMM。 λM为电机的最大转矩倍数，可由电机样本或随机文件查得，一般为1.8～2.5。　　由电力拖动理论知，在a点和K点之间有如下关系： r2 　 Sk 　 ── ＝ ── (3)R 　 Sa

式中：R=R0+r2 　　R0──电液变阻器的初始电阻；　　r2──转子内阻。可从电

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