低压异步电动机启动方式在中小型泵站中的运用及比较

杨莉娜

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概 述

自2007年起，湖南省根据国家对泵站的改造计划，针对中小型排灌泵站进行更新改造，这些中小型泵站长期担负着防涝、灌溉、抗旱的重任，在水资源的合理配置和保证工、农业生产和农民增收起着不可替代的作用。但是这些中小型泵站大多建于20世纪60～70年代，自投入运行以来，由于维修资金匮乏，同时受当时技术、经济条件的限制，导致工程设施、机电设备存在有不同程度的安全隐患，灌溉标准逐年降低，给泵站经济运行和安全生产带来了巨大威胁。为此，我们对一批中小型泵站进行了更新改造设计，根据各站的实际情况和电机型号的不同，选择不同的启动的方式，详述如下。

2 低压异步电动机启动方式在中小型泵站的具体运用及比较

根据《泵站设计规范》GB/T 50265规定，机组启动应优先采用全电压直接启动方式，当母线电压下降大于额定电压的15%时，异步电动机须采用降压启动方式。通过对改造的各泵站进行计算，对电动机起动时母线电压降大于15%的泵站，为了保证电动机启动压降，并结合考虑各排区内泵站供电大部分为农网供电、长期供电电压偏低的实际情况，电机启动方式据各泵站实际情况进行合理选择，以减少电动机启动电流以及启动时对输电网络和其它用户的影响。我们在设计中主要应用低压异步电动机启动方式有如下几种方式：直接启动、降压启动和软启动，常用的降压启动方式有自耦变压器降压启动、星-三角降压启动、频敏变阻启动等。

2.1 全电压直接启动

全电压直接启动方式采用交流接触器和热继电器做启动元件和保护元件。低压异步电动机直接启动原理见图1。

2.2 自耦变压器降压启动

将自耦变压器高压侧接电网，低压侧接电动机。启动时，利用自耦变压器分接头来降低电动机的电压，待转速升到一定值时，自耦变压器自动切除，电动机与电源相接，在全压下正常运行。自耦变压器降压启动原理见图2。

图1 低压异步电动机直接启动原理图

图2 低压异步电动机自耦变压器降压启动原理图

2.3 星-三角降压启动

星-三角降压启动时将定子三相绕组作星形连接，以限制启动电流，待转速接近额定转速时再换接成三角形，使电动机全压运行。星-三角降压启动原理见图3。

图3 低压异步电动机星-三角降压启动原理图

2.4 频敏变阻启动

频敏变阻器是一种由铸铁片或钢板叠成铁心，外面再套上绕组的三相电抗器，接在转子绕组的电路中，其绕组电抗和铁心损耗决定的等效阻抗随着转子电流的频率而变化。电动机启动初始阶段，由于电动机转速很低，转子电流频率较高，频敏变阻器的阻抗(主要是铁耗等效电阻)较大，因而限制了启动电流，同时也增大了启动转矩。随着转子转速的升高，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器铁耗的等效电阻也随之减小，这就相当于在启动过程中逐渐减少转子回路的电阻，使启动电流及转矩保持一定数值。频敏变阻器实际上利用转子频率的平滑变化达到使转子回路总电阻平滑减小的目的。启动结束后，转子电流频率很低，频敏变阻器的阻抗很小，此时可将它切除，并把转子绕组直接短路，见图4。

图4 低压异步电动机频敏变阻启动原理图

2.5 软启动

电动机软启动器是目前常用的降压启动方式之一，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，减小对电网的影响，见图5。

图5 低压异步电动机软启动原理图

目前市场上低压电动机软启动器有很多种，常用的有几种：水阻（液态）软启动器、干式（固态）软启动器、数字式软启动器以及绕线式异步电动机限流增矩控制器等。

2.5.1 水阻（液态）软启动器

水阻（液态）软启动器是在电动机转子回路中串入特制的水电阻，利用机械传动装置，均匀改变电阻液中两极板之间的距离，使阻值由大无级减小直至为零，从而使电动机均匀加速，平稳启动至额定转速，最后切除，完成启动过程。

2.5.2 干式（固态）软启动器

固态软启动器是以双CPU为管理中心，采用大规模集成电路为控制器件，大功率晶闸管为主电路控制器件组成的电气系统。由微处理器发出“触发”脉冲加到六只晶闸管的触发极上控制晶闸管的导通角，使晶闸管的输出电压受“触发”脉冲的相位角控制，由零逐渐升至全压，而使电动机转速由零升到额定转速，实现电动机的软启动。

2.5.3 数字式软启动器

数字式软启动器是以先进的微处理器为核心，控制大功率晶闸管组件，具有限流启动、电压斜坡启动、软停止功率，参数均可根据负载自行设定，并具有过流、过载、缺相等多种保护。

2.5.4 绕线式异步电动机限流增矩控制器

绕线式异步电动机限流增矩控制器是整体安装在电机转轴上，与电机转子同步运转，控制器的线圈绕组直接串入到了电机的转子电流回路中，在电机启动过程中，转子电流频率随转子转速升高而降低，当转子转速上升到额定转速时，转子电流频率则从50Hz平滑降到（1~3）Hz，控制器阻抗减少，当启动结束后控制器阻抗降到很小，接近似可忽略不计，因此电机在启动时，既能限制启动电流，也能增加启动转矩。

2.6 启动方式在中小型泵站中的运用及比较

根据对湖南中小型泵站的改造情况，对上述几种低压异步电动机启动方式进行比较，见附表。

附表 低压异步电动机启动方式的比较

3 总 结

综上所述，几种常用的降压启动方式均能满足中小型泵站低压异步电动机的启动要求，但中小型泵站主要由农村乡镇水利部门负责管理，技术力量有限，而且中小型泵站改造资金有限，因此要求设备简单可靠，易于检修维护。

上述几种低压异步电动机启动装置中，本人认为可根据泵站实际情况进行选择，在条件允许时，应结合各泵站运行维护力量偏弱的实际情况，对于绕线式异步电动机宜优先选用限流增矩控制器，其次是频敏变阻器，对于鼠笼式电动机可选用干式（固态）软启动器。