襄陽源創(chuàng)電氣有限公司小王告訴我們:目前水泥、建材、化工等行業(yè)很多大型設(shè)備的啟動都采用水阻軟啟動，西南，西北地區(qū)尤其普遍。隨著近幾年國家節(jié)能降耗政策的落實，以及國內(nèi)變頻器技術(shù)的日趨成熟和價格優(yōu)勢，部分行業(yè)由使用水阻柜考慮變頻器改造。本文就目前水阻柜的原理和變頻器的原理，著重解釋一下水阻柜調(diào)速或水阻柜啟動的高壓電機(jī)（風(fēng)機(jī)，水泵）的變頻器改造。
一、水阻柜工作原理
水阻，顧名思義，即水電阻由于電動機(jī)直接起動時，起動電流會達(dá)到電機(jī)額定電流的7~8倍，一般上一級變壓器的容量都承受不了，特別是大功率的電機(jī)，必須加裝起動設(shè)備，否則會造成變壓器局部下跳閘。早先的起動設(shè)備，主要有：電阻器起動和頻敏起動等。電阻器起動通過切換電阻的數(shù)量，改變串入電機(jī)的電阻，由于切換電阻屬于有級調(diào)速，所以切換瞬間沖擊較大。頻敏起動據(jù)說是諧波成分比較大。隨著技術(shù)的逐步進(jìn)步，后期發(fā)展的水阻柜起動，由于屬于無級調(diào)節(jié)，所以起動過程較平滑，切換無沖擊電流等等優(yōu)點。
1.1水阻柜原理
水阻起動柜是近年來運用比較廣泛的電機(jī)起動設(shè)備。水阻，也就是液體電阻（在水中添加電解粉構(gòu)成水電阻），顧名思義就是在電機(jī)定子回路（籠型電機(jī)）或轉(zhuǎn)子回路（對繞線電機(jī)）中串入液態(tài)電阻，電機(jī)在起動過程中液態(tài)電阻阻值在預(yù)定的時間內(nèi)自動無級減小，直至阻值接近為零，將液阻自動切除，電機(jī)投入正常運行，每小時最多可以啟動2-3次。
1.2組成
液體電阻起動柜主要由以下幾個部分組成：水箱、極板（分動極板及靜極板）、傳動機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)（行程開關(guān)）及相關(guān)電器元件，如繼電器（或PLC）、時間繼電器、接觸器、按鈕、指示燈等狀置構(gòu)成，主要適用于400V、3kV、6kV、10kV各個電壓等級，功率范圍從500kW-30000kW。
1.3水阻柜運行過程
運行過程如下：電機(jī)開關(guān)柜合閘的同時，水阻柜接收到真空斷路器運行信號，動極板自上而下開始運行，在設(shè)定的時間內(nèi)電阻值逐漸下降，當(dāng)電阻接近于零時，安裝在水阻柜內(nèi)的真空接觸器吸合，電機(jī)啟動完成，經(jīng)過延時幾秒后，動極板自動復(fù)位至原始狀態(tài)，等待次啟動。如水阻柜在預(yù)定的時間內(nèi)起動沒有完成就會發(fā)出一個故障報警信號，自動切斷開關(guān)柜，確保電機(jī)不開路。
1.4運行原理
對于籠型電機(jī)而言，液體電阻起動柜有兩種方案，對于星型接法的電機(jī)，如星點能夠打開，原理與繞線電機(jī)水阻柜的原理基本相同（水阻相當(dāng)于串在轉(zhuǎn)子上，當(dāng)啟動完畢后，再用水阻自帶的斷路器或者真空接觸器把電機(jī)星點短接），對于角型接法或星點不能打開的籠型電機(jī)，水阻柜只能串接在定子回路中，電機(jī)啟動完畢后需要將水阻柜用斷路器隔離開，以防水阻柜長期帶電引發(fā)安全事故。目前，不少水阻柜生產(chǎn)廠家在設(shè)計及生產(chǎn)時為降低成本，水阻柜只采用一臺真空斷路器，電機(jī)啟動完成后水阻柜仍然帶電，這是不安全的，萬一水箱受損，液體泄露，必定引發(fā)安全事故。
1.5水阻柜缺點
水阻柜只能做軟啟動。如果作為調(diào)速，必須將水阻柜箱體（液體電阻部分）長期帶電，一旦出現(xiàn)箱體漏液或者液體電阻減少或者干枯，必出現(xiàn)生產(chǎn)事故或者安全事故。并且由于箱體液體電阻長期帶電，發(fā)熱嚴(yán)重，要有外圍散熱設(shè)備才能維持運行。所以相對人力維護(hù)成本也會增加。
二、水阻柜改造變頻器原理
既然變頻器既有節(jié)能效果又有軟啟動功能，國家又提倡節(jié)能減排，國內(nèi)價格又趨于平穩(wěn)，為了響應(yīng)國家號召，很多新建項目就在考慮用變頻器，而在電網(wǎng)容量有限的地方，水阻柜也可以作為變頻器的備用，那么水阻和變頻器怎么結(jié)合呢？下面介紹一下，這同樣適合之前用水阻柜的變頻器改造。
硬件回路上只需要將水阻柜和變頻器并聯(lián)起來即可，這樣水阻上口和下口均用隔離刀隔離開，保證變頻器運行時，水阻不長期帶電，保證人身安全。另外，QS42和QS44作為機(jī)械連鎖，保證不會同時合上，這樣變頻器和水阻分別運行時都能保證對方設(shè)備的安全，同理在輸入側(cè)QS41和QS43。（此針對籠型電機(jī)，如果水阻串入轉(zhuǎn)子也就是說電機(jī)是繞線電機(jī)，怎么辦，采用變頻器改造帶水阻的設(shè)備，而電機(jī)又是繞線電機(jī)系統(tǒng)，為了實現(xiàn)全頻率范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)子繞組已沒有必要外接電組。為避免電刷與集電環(huán)之間因接觸不良引起故障，將與集電環(huán)相接的三根線之間用導(dǎo)線短接，并將電刷舉起。如果需要保留原繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速需要，僅需要增加一個高壓接觸即可。在變頻狀態(tài)，接觸器吸合，將轉(zhuǎn)子將與集電環(huán)相接的三根線短接。在變頻器需要檢修或退出運行時，接觸器斷開，電機(jī)恢復(fù)原繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式。軟件回路上如果QS42和QS44，QS41和QS43具有機(jī)械連鎖，軟件上不需要做任何修改即可實現(xiàn)變頻器改造水阻。
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