一、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程是指電動(dòng)機(jī)得電后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由靜態(tài)（零速）逐漸加速，直到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。對(duì)于高壓大功率籠型異步或同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用中工程技術(shù)人員?？紤]兩個(gè)方面的問(wèn)題：
1、電流沖擊的問(wèn)題
一般地，籠型電機(jī)直接起動(dòng)電流大約為電機(jī)額定電流的5～7倍，過(guò)大的起動(dòng)電流沖擊將對(duì)電網(wǎng)、負(fù)載及電機(jī)本身產(chǎn)生較大的影響；同時(shí)短時(shí)壓降可能大于15%甚至更大。如此一來(lái)，嚴(yán)重影響到同臺(tái)變壓器供電的其它負(fù)載。同時(shí)過(guò)大的壓降，導(dǎo)致電機(jī)端電壓過(guò)低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠，電機(jī)起動(dòng)失??；過(guò)大的起動(dòng)電流使電機(jī)內(nèi)部過(guò)熱，電機(jī)溫升過(guò)高，加速電機(jī)繞組絕緣過(guò)熱老化。
2、機(jī)械沖擊的問(wèn)題
籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩約為額定電磁轉(zhuǎn)矩的1.4～2.4倍。直接起動(dòng)產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)受到過(guò)大的扭矩力沖擊，容易損壞設(shè)備或縮短設(shè)備的使用壽命。如轉(zhuǎn)子籠條斷裂、變速箱齒輪打壞、轉(zhuǎn)軸變形等等。因此在很多工況中，如空壓機(jī)組、風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，并不需要太大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以要設(shè)法減小起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩。
因而在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的實(shí)際工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，我們總是試圖滿足以下幾個(gè)方面：
?、俪跏计饎?dòng)電磁轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)過(guò)程平均電磁轉(zhuǎn)矩足夠大；
?、诒M可能地限制電機(jī)起動(dòng)電流；
?、燮饎?dòng)設(shè)備安全可靠，操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；
?、芷饎?dòng)過(guò)程功耗小，無(wú)諧波污染等等。 2 高壓籠型電動(dòng)機(jī)液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品原理與性能
二、液態(tài)軟起動(dòng)技術(shù)
1、液態(tài)軟起動(dòng)技術(shù)的電氣原理
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，在電動(dòng)機(jī)定子回路串接液體電阻，起動(dòng)電流在液體電阻上將產(chǎn)生電壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也得到減小，從而達(dá)到對(duì)主電機(jī)降壓限流的目的。
定子側(cè)串入液變電阻本質(zhì)上屬于降壓起動(dòng)。對(duì)于大功率高壓籠型電動(dòng)機(jī)及同步機(jī)而言，在電網(wǎng)短路容量及變壓器容量不是足夠大或瞬時(shí)機(jī)械沖擊過(guò)大時(shí)，是佳起動(dòng)方式之一。
2、液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品的工作原理
電機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)定子回路串入一特制液體電阻，該電阻在電機(jī)起動(dòng)初始時(shí)刻自動(dòng)投入，阻值在預(yù)定起動(dòng)時(shí)間內(nèi)均勻無(wú)級(jí)減小，并在阻值幾近為零時(shí)刻切除，實(shí)現(xiàn)限制主電機(jī)電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)勻滑上升的目的。
3、特性分析
對(duì)于電機(jī)降壓限流起動(dòng)，這里用串可變液阻與串分級(jí)切換阻抗作對(duì)比定性分析。
（1）圖中起動(dòng)曲線與橫坐標(biāo)軸（電磁軸）及縱坐標(biāo)軸（轉(zhuǎn)速軸或轉(zhuǎn)差率軸）包絡(luò)的面積大小，反映了起動(dòng)過(guò)程平均電磁轉(zhuǎn)矩大小，二者成正比關(guān)系。
（2）圖中起動(dòng)曲線與橫軸交叉點(diǎn)（Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe）為起動(dòng)初始電磁轉(zhuǎn)矩。ML為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（Ne）。Mm為大電磁轉(zhuǎn)矩。
?。?）起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩大小反映初始起動(dòng)電流大小，平均電磁轉(zhuǎn)矩大小反映起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短。從上圖串可變液阻降壓起動(dòng)特性曲線可以看出，其初始起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩很小，平均起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩足夠大，因此初始起動(dòng)電流小，而起動(dòng)時(shí)間不長(zhǎng)。
4、 高壓電動(dòng)機(jī)可變液阻軟起動(dòng)所面臨的問(wèn)題
（1）電化學(xué)性能與導(dǎo)電介質(zhì)的穩(wěn)定性；
（2）液溫變化對(duì)電液飽合度及阻值的影響；
?。?）電液的發(fā)熱、散熱與液箱容積；
（4）起動(dòng)過(guò)程中電液阻值在變化中的三相平衡性；
（5）柔性傳動(dòng)中的極板運(yùn)動(dòng)及限流響應(yīng)速度；
（6）電機(jī)拖動(dòng)理論與電機(jī)過(guò)渡過(guò)程的分析與研究；
?。?）電氣絕緣與安全性。
5、 產(chǎn)品性能特點(diǎn)
?。?）起動(dòng)過(guò)程可預(yù)測(cè)
以電機(jī)拖動(dòng)理論建立的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)向計(jì)算機(jī)輸入電機(jī)、電網(wǎng)、負(fù)載三大參數(shù)，調(diào)整液阻值變化規(guī)律，可獲得電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的特性曲線（如電流、轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓、電磁轉(zhuǎn)矩等）。輸入不同的液阻變化規(guī)律，就可獲得不同效果和起動(dòng)特性曲線，可獲得一組佳的起動(dòng)曲線，對(duì)應(yīng)的液阻變化規(guī)律作為控制的依據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過(guò)程的預(yù)知預(yù)測(cè)，達(dá)到優(yōu)化控制的目的。
（2）起動(dòng)電流與起動(dòng)時(shí)間可控制
電機(jī)起動(dòng)電流與起動(dòng)時(shí)間是兩個(gè)互為反比的參數(shù)，起動(dòng)電流大則起動(dòng)時(shí)間短，起動(dòng)電流小則起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。用戶根據(jù)電網(wǎng)容量大小及實(shí)際工藝與設(shè)備要求，有時(shí)要求起動(dòng)電流盡可能小，時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)沒(méi)關(guān)系；有時(shí)要求起動(dòng)時(shí)間盡可能短，電流可以稍微大一點(diǎn)，而可變液阻起動(dòng)產(chǎn)品正是通過(guò)調(diào)整電液濃度、改變PLC控制程序、調(diào)整動(dòng)極板初始位置、調(diào)節(jié)減速節(jié)比等手段來(lái)控制電機(jī)起動(dòng)電流大小，以滿足用戶不同的要求。
?。?）對(duì)工況條件變化及液溫變化的可調(diào)整
其一，調(diào)試或使用中，當(dāng)用戶實(shí)際工況發(fā)生變化，可變液阻軟起動(dòng)產(chǎn)品可以通過(guò)簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)效果依然保持佳。
其二，液阻值大小與電液溫度成反比，因季節(jié)變換或重復(fù)起動(dòng)引起的電液溫差，會(huì)導(dǎo)致電液初始液阻值有較大變化，引起起動(dòng)效果有很大的不同，甚至導(dǎo)致起動(dòng)失敗?？勺円鹤柢浧饎?dòng)產(chǎn)品具有液溫檢測(cè)及阻值自動(dòng)校驗(yàn)調(diào)整功能，以確保每次起動(dòng)效果的相同性、穩(wěn)定性及可靠性。
?。?）二次控制采用PLC控制，PLC引進(jìn)原裝西門子可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊及計(jì)算機(jī)集中控制，滿足DCS系統(tǒng)控制要求，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化通訊管理及控制要求。
?。?）產(chǎn)品熱容量大，可塑性好，可恢復(fù)性強(qiáng)，可重復(fù)性好，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
?。?）產(chǎn)品安全可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
（7）具有液位、液溫檢測(cè)與顯示、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、極板超程、綜合報(bào)警等告警功能，同時(shí)有完善的設(shè)備電氣聯(lián)鎖保護(hù)功能。
（8）同高壓開(kāi)關(guān)柜配合，可實(shí)現(xiàn)過(guò)電流、速斷、短路、差動(dòng)、零序、欠壓、過(guò)壓、網(wǎng)內(nèi)操作過(guò)電壓、雷擊等保護(hù)功能。
（9）絕緣耐壓嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，出廠試驗(yàn)嚴(yán)格要求。
三、工程中常見(jiàn)的起動(dòng)方式對(duì)比分析
按照電機(jī)拖動(dòng)理論，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有這么三種方式：全壓直接起動(dòng)、降壓限流起動(dòng)、變頻變壓（VVVF）起動(dòng)。
1、對(duì)于額定電壓直接起動(dòng)制接通電源既可，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，基本不需要什么投資。
但是全壓起動(dòng)主要的問(wèn)題是：起動(dòng)電流大（約為5～7IN），起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊大（約為1.4～2.4TN），這在前面已經(jīng)講過(guò)。而且能否全壓直起，還受到很多因素和條件的限制：比如，交流電網(wǎng)短路容量、供電變壓器容量、供電線路長(zhǎng)度、其它負(fù)載對(duì)電壓穩(wěn)定性要求、起動(dòng)是否頻繁、拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電業(yè)部門相關(guān)的要求與規(guī)定等等。
2、 降壓限流起動(dòng)
?。?）電抗器起動(dòng)機(jī)械特性較硬，起動(dòng)電流大，工況適應(yīng)性差，成功率低。電抗器一般根據(jù)用戶提供的電機(jī)及負(fù)載參數(shù)制作，一次成形，參數(shù)不可調(diào)節(jié)。
?。?）自耦變壓器起動(dòng)機(jī)械特性也比較硬，起動(dòng)電流較小，平均起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩小，不允許連續(xù)起動(dòng)及頻繁起動(dòng)，一般有三種抽頭可供選擇，但難以保證電機(jī)起動(dòng)性能佳，甚至有可能滿足不了起動(dòng)要求。而且對(duì)工況變化不可能做到佳的適應(yīng)性調(diào)整。
3、高壓變頻起動(dòng)
變頻器可大限度地限制電機(jī)的起動(dòng)電流，減少電網(wǎng)壓降，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩及變轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。應(yīng)該說(shuō)，在各種起動(dòng)方式中，變頻器的起動(dòng)性能是優(yōu)秀的。
但也有一些不足之處。比如：電壓等級(jí)與容量有限，且當(dāng)前主要依賴進(jìn)口，一次投資和維護(hù)成本均高。運(yùn)行中產(chǎn)生諧波污染。對(duì)電機(jī)本身的影響。PWM調(diào)制導(dǎo)致高du/dt，及高頻電壓分量損壞電機(jī)的絕緣，影響電機(jī)壽命。高次諧波引起電機(jī)發(fā)熱，使電機(jī)不能滿足出力運(yùn)行。因而高壓變頻器用于短時(shí)的電機(jī)起動(dòng)，其一次投資與收益極不平衡，因此工程實(shí)際應(yīng)用并不是很廣泛。
4、其它起動(dòng)方式
① 液力耦合器利用能耗轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)原理，起動(dòng)時(shí)負(fù)載與電機(jī)主軸脫離，相當(dāng)于空載全壓起動(dòng)。電機(jī)全速運(yùn)行后，通過(guò)調(diào)節(jié)液力耦合器工作腔內(nèi)的油量實(shí)現(xiàn)柔性連接，逐步升速。
?、?電動(dòng)機(jī)組采用同極小容量異步機(jī)作為輔機(jī)，容量約為主機(jī)的5～15%。用輔機(jī)將主機(jī)拖到一定轉(zhuǎn)速后，主機(jī)投入電網(wǎng)后切除輔機(jī)。
四、高壓軟起動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與新產(chǎn)品
——閉環(huán)恒流液態(tài)軟起動(dòng)與人工智能化
1、 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖與工作原理
由可編程控制器PLC采集主電機(jī)M的起動(dòng)電流信號(hào)、電網(wǎng)電壓、液態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC程序進(jìn)行計(jì)算和邏輯處理，控制執(zhí)行電機(jī)適時(shí)的改變液體電阻的效果，從而達(dá)到閉環(huán)恒流軟起動(dòng)。同時(shí)PLC將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)PC/PPI通訊協(xié)議傳輸給計(jì)算機(jī)（PC）,計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生所需的各種起動(dòng)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、起動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)顯示，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)人工智能化。
2、性能特點(diǎn)
（1）閉環(huán)恒流起動(dòng)控制技術(shù)
?、?電液初始阻值的自動(dòng)校驗(yàn)與調(diào)整：起動(dòng)開(kāi)始前，由PLC根據(jù)電液溫度情況，控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行，調(diào)整電液箱內(nèi)動(dòng)極板的初始位置，來(lái)確定起動(dòng)初始的電液阻值，這是確保獲得相同的良好起動(dòng)效果的前提。
?、?起動(dòng)電流的事先預(yù)置和設(shè)定：預(yù)先通過(guò)PLC程序設(shè)定合理的參數(shù)，起動(dòng)時(shí)對(duì)主電機(jī)起動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行采樣，經(jīng)PLC計(jì)算、分析及邏輯處理后，輸出控制傳動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電極板實(shí)現(xiàn)極板的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)以自動(dòng)調(diào)整電阻值，從而達(dá)到控制主電機(jī)按照預(yù)先設(shè)定電流進(jìn)行恒流起動(dòng)的目的。
?、?可大程度地降壓限流恒流軟起動(dòng)，以滿足和保證弱電網(wǎng)系統(tǒng)下的大容量電動(dòng)機(jī)的成功起動(dòng)。
（2）智能化人機(jī)界面技術(shù)
?、?采用KINGVIEW6.0組態(tài)軟件，編制液態(tài)軟起動(dòng)裝置上位機(jī)程序（組態(tài)）。將起動(dòng)過(guò)程分為七個(gè)動(dòng)態(tài)顯示畫面選擇界面（主菜單）、起動(dòng)界面、曲線界面、起動(dòng)監(jiān)視、運(yùn)行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)幫助等。
?、?實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)電壓、主電機(jī)電流、運(yùn)行電流、電液溫升曲線，并可對(duì)曲線進(jìn)行保存、查閱、打印。
?、?起動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)記錄與實(shí)時(shí)顯示，如：電網(wǎng)電壓、起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)電流峰值、起動(dòng)時(shí)間、初始起動(dòng)電流、電液溫度等。
?、?人機(jī)對(duì)話功能，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)裝置的遠(yuǎn)程界面控制，如手動(dòng)試驗(yàn)極板升降、緊急停機(jī)等。
⑤ 電網(wǎng)電壓、起動(dòng)電流、液溫實(shí)時(shí)棒狀圖動(dòng)態(tài)顯示功能。
⑥ 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可歷史查詢。
?、?人機(jī)界面的幫助系統(tǒng)，即人機(jī)界面的使用說(shuō)明書。
目前該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、礦山、建材、供水、制藥、造紙等行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵、磨機(jī)、傳輸機(jī)等多種負(fù)荷上。產(chǎn)品覆蓋全國(guó)并出口東南亞、中東、非洲等地區(qū)，產(chǎn)品性能已十分穩(wěn)定。
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