高压大容量异步电动机下串水电阻软启动及可编程序控制器的应用

高压大容量异步电动机下串水电阻软启动及可编程序控制器的应用

摘要PLC可编程序控制器是电气自动化发展应用的主流，本文以此为例，把可调水电阻降压元件串接于高压大容量三相异步电动机的星点限制启动电流，实现电动机平滑启动。本文还介绍了先进的小型三相变频调速侍服电动机驱动极板升降，调节水电阻阻值的大小，使启动平滑趋缓。

关键词水电阻；水电阻启动柜；变频调速起动；降压软启动

引言

三相交流0.4～10kV、75～104kW以上的高压大容量笼型异步电动机启动困难，采用下串水电阻软启动的PLC可编程序控制器控制，适用于建材、冶金、矿山、石油化工、水利行业的大型生产机械，如球磨机、轧钢机、破碎机、提升机、风机、水泵等。得到启动效果比较理想、平滑无级调节的下串水电阻降压软启动。

1 概述

异步电动机启动可分为直接起动、降压起动和变频起动。采用全压直接起动仅适用于小型异步电动机；频敏变阻器只适用于绕线式電动机，而且绕线式电动机价格较贵，应用受到限制；电抗器、自耦变压器降压起动是目前大、中型笼型异步电动机最普遍的启动方式，起动电流仍高达3～5 IN，对电网、设备的冲击仍然较大，因启动失败损坏起动设备的事例时有发生；变频调速起动虽然对电网、设备冲击小，效果好，应用较为广泛，但是大功率变频调速器价格昂贵，性价比低，一般不采用。水电阻降压软起动可以将起动电流Ist控制在1.3～3IN以内，实现软起动，连续起动，使高压电动机轴输出端获得较软的机械特性。

1.1 基本原理与名称

水电阻起动柜主要部分即水電阻箱，靠溶解在水中的电解质离子导电，电解质充满于两个平面极板之间（即水电阻的两个电极）构成一个离子导电体，限制电动机起动电流Ist，自身压降平滑调节，使电动机获得平稳上升的端电压，减少了对电网的冲击影响。因无感性起动元件，水电阻流过Ist虽然消耗的是有功功率，但起动时的功率因数比电抗器、自耦变压器降压起动小。通常又叫软阻柜、液阻柜，还简称为水阻柜。

1.2 水电阻优缺点

水电阻的阻值大小是靠改变水电阻箱内导电介质的浓度和两极板间的距离（随起动电流大小而调节）来完成，在现场可根据电动机的实际参数调配，起动过程中，从初始电阻逐渐随起动电流的减少而连续变化，接近0Ω为止，起动平稳，无二次切换冲击，可调性好方便使用。

1.3 使用范围与基本结构

水电阻起动柜主要适用于AC50、60 Hz额定电压0.4～10kV，功率75～10Mw 的三相大型鼠笼异步电动机的起动。其结构主要有机架、电极板移动升降系统、电阻液箱、高压真空断路器及电气控制系统组成，其中动极板经过绝缘子与移动座连接作上下移动，定极板安装在电阻液箱底部。三个电阻液箱由绝缘材料制成，安装在机架座上。电气部分安装在A相液阻箱左上部的配电箱内，如图1所示。

2 工作原理

2.1 起动运行系统

电机进线真空断路器、高压检测、继电保护、联锁等电路元件安装在运行柜内，星点短封断路器安装在星点起动柜内。每个断路器内有合闸及连锁电路等、分闸及联锁电路，合闸储能电机及联机械动作连锁，采用下串水电阻短封高压大容量异步电动机星点，减小三个水阻箱之间的电位，提高水电阻安全系数。此部分属于高压电器，且保护连锁电路比较多，因篇幅所限只作粗略提示，不作重点详细分析，侧重于FX2N系列PLC控制应用部分的说明。

2.3 分步详解

由于高压系统的辅助设备比较多，布局分散，连锁性比较高，电路比较复杂，故分步详解高压电动机下串水电阻起动的工作原理。

水电柜检测出允许电动机起动的条件：星点柜QF2位于分闸状态，液温在-10℃～+85℃之间，运行柜QF1分闸，ST2闭合，液位正常SQ3闭合，这时PLC的Y30接通KA1，对运行柜发出信号可以起动高压电机起动指令，运行柜经过储能起动合闸闭合QF1，允许起动信号结束完成任务。

2.4 跳闸保护、停机

（1）在起动过程中，如果主电机QF1闭合后50s，星点QF2还没有短封，主电机一直在低电压下运行，这时液温可能升高至85℃，PLC检测到事故状态，Y35接通KA5，闭合QF1分闸回路，断开主电机电源，以免一次电流将水电阻箱内的水烧开，保护水阻柜和主电机，动极板停留在中间位置，即起动失败。同时报警予以提示。如果主电机长期运行，水阻柜一直处在常温或低温状态，内部的液体漫漫挥发，也会减少，当液温低于-10℃以下或者液位低于检测线以下时，PLC也会检测到事故状态，报警予以提示，但不跳闸停机，只影响下次起动。

（2）主电机不论正常运行或者正常起动，只要按动机旁操作台、运行柜、星点柜、水电阻柜任何一个停机按钮，均可跳开QF1和QF2实施分闸，但任意地点误操作造成的停机，对整个工艺会产生影响，且无报警提示。

3 结束语

随着传感器与检测技术的飞速发展，PLC与变频调速应用于水电阻起动，即保证了其安全性，使可靠性大大提高，而且成本比其他起动器大幅度降低，成为大功率高压异步电动机起动之首选。