襄陽源創電氣有限公司小王告訴我們:目前水泥、建材、化工等行業很多大型設備的啟動都采用水阻軟啟動,西南,西北地區尤其普遍。隨著近幾年國家節能降耗政策的落實,以及國內變頻器技術的日趨成熟和價格優勢,部分行業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速或水阻柜啟動的高壓電機(風機,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直接起動時,起動電流會達到電機額定電流的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,必須加裝起動設備,否則會造成變壓器局部下跳閘。早先的起動設備,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量,改變串入電機的電阻,由于切換電阻屬于有級調速,所以切換瞬間沖擊較大。頻敏起動據說是諧波成分比較大。隨著技術的逐步進步,后期發展的水阻柜起動,由于屬于無級調節,所以起動過程較平滑,切換無沖擊電流等等優點。
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起動設備。水阻,也就是液體電阻(在水中添加電解粉構成水電阻),顧名思義就是在電機定子回路(籠型電機)或轉子回路(對繞線電機)中串入液態電阻,電機在起動過程中液態電阻阻值在預定的時間內自動無級減小,直至阻值接近為零,將液阻自動切除,電機投入正常運行,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)、傳動機構、限位機構(行程開關)及相關電器元件,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:電機開關柜合閘的同時,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,在設定的時間內電阻值逐漸下降,當電阻接近于零時,安裝在水阻柜內的真空接觸器吸合,電機啟動完成,經過延時幾秒后,動極板自動復位至原始狀態,等待次啟動。如水阻柜在預定的時間內起動沒有完成就會發出一個故障報警信號,自動切斷開關柜,確保電機不開路。
1.4運行原理
對于籠型電機而言,液體電阻起動柜有兩種方案,對于星型接法的電機,如星點能夠打開,原理與繞線電機水阻柜的原理基本相同(水阻相當于串在轉子上,當啟動完畢后,再用水阻自帶的斷路器或者真空接觸器把電機星點短接),對于角型接法或星點不能打開的籠型電機,水阻柜只能串接在定子回路中,電機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安全事故。目前,不少水阻柜生產廠家在設計及生產時為降低成本,水阻柜只采用一臺真空斷路器,電機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。如果作為調速,必須將水阻柜箱體(液體電阻部分)長期帶電,一旦出現箱體漏液或者液體電阻減少或者干枯,必出現生產事故或者安全事故。并且由于箱體液體電阻長期帶電,發熱嚴重,要有外圍散熱設備才能維持運行。所以相對人力維護成本也會增加。
二、水阻柜改造變頻器原理
既然變頻器既有節能效果又有軟啟動功能,國家又提倡節能減排,國內價格又趨于平穩,為了響應國家號召,很多新建項目就在考慮用變頻器,而在電網容量有限的地方,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備的安全,同理在輸入側QS41和QS43。(此針對籠型電機,如果水阻串入轉子也就是說電機是繞線電機,怎么辦,采用變頻器改造帶水阻的設備,而電機又是繞線電機系統,為了實現全頻率范圍內的恒轉矩控制。轉子繞組已沒有必要外接電組。為避免電刷與集電環之間因接觸不良引起故障,將與集電環相接的三根線之間用導線短接,并將電刷舉起。如果需要保留原繞線式異步電動機轉子串電阻的調速需要,僅需要增加一個高壓接觸即可。在變頻狀態,接觸器吸合,將轉子將與集電環相接的三根線短接。在變頻器需要檢修或退出運行時,接觸器斷開,電機恢復原繞線式異步電動機轉子串電阻的調速方式。軟件回路上如果QS42和QS44,QS41和QS43具有機械連鎖,軟件上不需要做任何修改即可實現變頻器改造水阻。
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