襄陽(yáng)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(dòng)都采用水阻軟啟動(dòng)，西南，西北地區(qū)尤其普遍。隨著近幾年國(guó)家節(jié)能降耗政策的落實(shí)，以及國(guó)內(nèi)變頻器技術(shù)的日趨成熟和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(dòng)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(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到電機(jī)額定電流的7~8倍，一般上一級(jí)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(dòng)設(shè)備，否則會(huì)造成變壓器局部下跳閘。早先的起動(dòng)設(shè)備，主要有：電阻器起動(dòng)和頻敏起動(dòng)等。電阻器起動(dòng)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(jí)調(diào)速，所以切換瞬間沖擊較大。頻敏起動(dòng)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(dòng)，由于屬于無級(jí)調(diào)節(jié)，所以起動(dòng)過程較平滑，切換無沖擊電流等等優(yōu)點(diǎn)。
1.1水阻柜原理
水阻起動(dòng)柜是近年來運(yùn)用比較廣泛的電機(jī)起動(dòng)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(duì)繞線電機(jī)）中串入液態(tài)電阻，電機(jī)在起動(dòng)過程中液態(tài)電阻阻值在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)無級(jí)減小，直至阻值接近為零，將液阻自動(dòng)切除，電機(jī)投入正常運(yùn)行，每小時(shí)最多可以啟動(dòng)2-3次。
1.2組成
液體電阻起動(dòng)柜主要由以下幾個(gè)部分組成：水箱、極板（分動(dòng)極板及靜極板）、傳動(dòng)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(shí)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(gè)電壓等級(jí)，功率范圍從500kW-30000kW。
1.3水阻柜運(yùn)行過程
運(yùn)行過程如下：電機(jī)開關(guān)柜合閘的同時(shí)，水阻柜接收到真空斷路器運(yùn)行信號(hào)，動(dòng)極板自上而下開始運(yùn)行，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)電阻值逐漸下降，當(dāng)電阻接近于零時(shí)，安裝在水阻柜內(nèi)的真空接觸器吸合，電機(jī)啟動(dòng)完成，經(jīng)過延時(shí)幾秒后，動(dòng)極板自動(dòng)復(fù)位至原始狀態(tài)，等待次啟動(dòng)。如水阻柜在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)起動(dòng)沒有完成就會(huì)發(fā)出一個(gè)故障報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)切斷開關(guān)柜，確保電機(jī)不開路。
1.4運(yùn)行原理
對(duì)于籠型電機(jī)而言，液體電阻起動(dòng)柜有兩種方案，對(duì)于星型接法的電機(jī)，如星點(diǎn)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(dòng)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(diǎn)短接），對(duì)于角型接法或星點(diǎn)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(dòng)完畢后需要將水阻柜用斷路器隔離開，以防水阻柜長(zhǎng)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(jì)及生產(chǎn)時(shí)為降低成本，水阻柜只采用一臺(tái)真空斷路器，電機(jī)啟動(dòng)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(diǎn)
水阻柜只能做軟啟動(dòng)。如果作為調(diào)速，必須將水阻柜箱體（液體電阻部分）長(zhǎng)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(zhǎng)期帶電，發(fā)熱嚴(yán)重，要有外圍散熱設(shè)備才能維持運(yùn)行。所以相對(duì)人力維護(hù)成本也會(huì)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(dòng)功能，國(guó)家又提倡節(jié)能減排，國(guó)內(nèi)價(jià)格又趨于平穩(wěn)，為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，很多新建項(xiàng)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(yùn)行時(shí)，水阻不長(zhǎng)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(huì)同時(shí)合上，這樣變頻器和水阻分別運(yùn)行時(shí)都能保證對(duì)方設(shè)備的安全，同理在輸入側(cè)QS41和QS43。（此針對(duì)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(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速需要，僅需要增加一個(gè)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(yùn)行時(shí)，接觸器斷開，電機(jī)恢復(fù)原繞線式異步電動(dòng)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(shí)現(xiàn)變頻器改造水阻。
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