水電阻的開發(fā)與利用（萬洲電氣墨躍生）水泥裝備技術(shù)

1、水電阻的開發(fā)與利用 墨躍生 萬洲電氣股份有限公司摘要:液體電阻（簡稱：水電阻）具有過載能力強、可以無級調(diào)節(jié)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動機的起動和調(diào)速。而由于它制作簡單、不容易受到功率的限制，在大型電機（功率在200KW20000KW)的起動控制方面更顯出它的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：液體電阻；起動；調(diào)速0 引言 ： 在電路中，隨處可見的是固體電阻，而固體電阻的應(yīng)用也比比皆是。譬如：加熱用的電加熱器、直流電機用的調(diào)速（調(diào)壓）電阻、繞線式電動機用的起動-調(diào)速電阻等等。而最近幾年，液體電阻的應(yīng)用日益增多，主要應(yīng)用在水泥、鋼鐵、化工等行業(yè)，為大型電動機的起動困難問題提供了有效的解決方案。1 水電阻的構(gòu)成 水電阻是用水

2、作溶劑，在水中加入電解粉溶化后得到溶液，再在溶液中放入相互平行的兩塊導(dǎo)電極板（一般采用導(dǎo)電性能和防腐性能較好的金屬板制成）而制成。2 水電阻的導(dǎo)電原理 水電阻是電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。其阻值正比于二塊電極板的距離，反比于電解液的電導(dǎo)率，極板距離和電導(dǎo)率都便于控制。3 水電阻的應(yīng)用3.1與繞線式異步電動機配套使用3.1.1用作對電動機的起動液體電阻起動器，以液體電阻【又稱“液體變阻器”（簡稱“水電阻”）】取代頻敏電阻和金屬電阻，起動時使液體電阻串入電機轉(zhuǎn)子回路中，同時電阻值平滑減小，從而實現(xiàn)繞線式大中型電動機的重載平滑起動。它克服了頻敏電阻起動器沖擊電流大、難起動和操作不便等問

3、題。適用于大型設(shè)備的電動機重載起動，是頻敏電阻起動器和金屬電阻起動器的替代產(chǎn)品。根據(jù)電機學(xué)理論我們知道：對于繞線式異步電動機來說，當(dāng)電網(wǎng)電壓及頻率不變時，在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，可以改善電動機的起動轉(zhuǎn)矩，它們的機械特性如下圖所示。 我們可以從上圖3看出，在繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮?，一方面可以減小起動電流，另一方面又可以增加起動轉(zhuǎn)矩，由此可見我們?nèi)裟茏尨朕D(zhuǎn)子回路中電阻隨電動機轉(zhuǎn)速增加而相應(yīng)減小，那么我們就能在起動過程中始終使電動機獲得較大起動轉(zhuǎn)矩及最小起動電流。 液體電阻起動器就是利用這一原理，在被控繞線電動機的轉(zhuǎn)子回路中串入特殊配制的液體電阻，并通過調(diào)整電解液的濃度及改變兩極板間的

4、距離使液體電阻阻值在起動過程中始終滿足電機機械特性對串入電阻值的要求，從而使電動機獲得最大起動轉(zhuǎn)矩及最小起動電流，進而平穩(wěn)起動。具體工作過程是：主電機起動時，動極板在一個小功率傳動機構(gòu)系統(tǒng)的帶動下緩慢移動，改變兩極板之間的距離，使串入主電機轉(zhuǎn)子回路的液體電阻阻值變化滿足上述條件，主電機轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)兩極板之間距離最小時，電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，將液體電阻短接，完成起動過程，轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)。 從上述過程可以看出，在其他條件不變的情況下，由于串入轉(zhuǎn)子回路中的液體電阻的阻值近似滿足了電機機械特性的要求，所以起動轉(zhuǎn)矩基本保持最大，電流基本保持在較小水平，其起動時起動特性曲線如下圖。 所以說使用液體電阻起

5、動器可以使電動機在起動過程中，加速均勻，電流沖擊小，起動過程平穩(wěn)，電網(wǎng)壓降小。 3.1.1.1性能特點 液體電阻起動器，兼有其它幾種起動方式的優(yōu)點，又克服了其缺點，使90KW以上大中型繞線式異步電動機真正實現(xiàn)了重載軟起動，與傳統(tǒng)的起動方式相比其優(yōu)良性能主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1) 軟起動，起動電流?。和l敏起動器相比其起動電流更小，一般起動電流13倍額定電流，降低了電機起動溫升，有效地延長電機使用壽命； 2) 起動過程平滑，克服頻敏起動器的二次沖擊現(xiàn)象，對機械設(shè)備無沖擊； 3) 可連續(xù)起動5-10次，克服了頻敏起動器無法連續(xù)起動的缺點； 4)可在低電壓下起動：380V電機在340V時，6KV

6、電機在5.5kV時，lOKV電機在9KV時，均可順利起動，解決了頻敏起動器等傳統(tǒng)方式低壓無法起動的問題； 5)結(jié)構(gòu)可靠、簡單，安裝、維護方便： 6)通用性好，可適用任何負載狀況下繞線式電機軟起動； 7)可以設(shè)計起動超時、失壓、超行程、液阻超溫等多重保護功能。 可廣泛應(yīng)用于水泥、化工、鋼鐵、冶金、礦業(yè)、能源等行業(yè)中的各種負載狀況下繞線式異步電機的平滑軟起動如： 球磨機、風(fēng)機、破碎機、立磨機 、壓縮機、軋鋼機 、壓榨機、輥壓機等。3.1.2用作對電動機的起動并調(diào)速在上述“液體電阻起動器”中，增加極板距離遠-近調(diào)節(jié)功能和液阻散熱系統(tǒng)就可以得到一臺電動機的液體電阻起動-調(diào)速器。其性能與“液體電阻起動器

7、”相同。3.2與鼠籠式異步電動機配套使用根據(jù)電機拖動理論，在電機的定子回路中串入起分壓和限流作用的液體電阻，起動過程中，液阻的阻值在設(shè)定時間內(nèi)自動實現(xiàn)由大到小的無級變化從而使加在電機定子上的端電壓逐步升高,起動轉(zhuǎn)矩逐步加大，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，切除液阻投入全壓運行，實現(xiàn)電機的低電流平穩(wěn)軟起動。 3.2.1性能特點 恒流軟起動：起動電流小為電動機額定電流的23.5倍； 起動過程平滑，無沖擊，電網(wǎng)壓降在10以內(nèi)，保證了電網(wǎng)的可靠安全運行，有效保護電動機及傳動機械，可延長設(shè)備的使用壽命； 不受電網(wǎng)電壓波動和負載變動的影響,可確保一次起動成功，并可連續(xù)起動三次以上，優(yōu)于高壓熱變電阻起動器； 可以

8、設(shè)置完善的報警提示功能和電動機的保護功能。3.2.2 與其它起動方式比較根據(jù)國家節(jié)能中心規(guī)定，大中型電機應(yīng)優(yōu)先選用高壓電機，而高壓電機在使用中起動是一個首要的問題，在我國各工礦企業(yè)中，大功率籠型電機一般采用直接起動、串電抗器起動、高壓變頻軟起動、串液阻降壓起動等幾種起動方式。 直接接入高壓電網(wǎng)的電機，全壓起動時，會造成電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其它設(shè)備的正常運行，甚至造成事故；接于專用變壓器的電機，對變壓器容量要求有一定的余量，而大多數(shù)企業(yè)所選配的變壓器容量余量有限，只能空載全壓起動。起動后再加負載，這樣將給電機造成很大機械沖擊，大大縮短了電機和拖動系統(tǒng)的使用壽命。在這些情況下，我們只能采取降壓

9、起動方式對籠型電機進行起動。 采用星三角減壓起動和延邊三角形減壓起動方式，不需要專用的起動設(shè)備。但是電機定子繞組抽頭多，制造工藝麻煩，電機價格較貴。由于受到電機定子繞組接法的限制，故很少采用這兩種起動方式。 電阻或電抗器減壓起動，雖然起動設(shè)備價格較便宜。但這兩種方式存在起動電流較大，起動性能不穩(wěn)定等缺點，而且在起動過程中阻抗值不可調(diào)，發(fā)熱嚴(yán)重、能耗大，起動過程不可控，且不宜連續(xù)起動，起動設(shè)備壽命短，屬淘汰產(chǎn)品熱變電阻利用液體電阻的負溫度特性來改變電阻值，而實際上液體電阻的這種阻值隨溫度升高而變小的特性相當(dāng)有限，基本上等同于一個固定電阻其雖然也能實現(xiàn)起動一次的功能，但其起動特性不能很好地滿足電機

10、起動時所要求的阻值平滑變小的需要，而且可控性很差，起動一次溫升很高，不適合需經(jīng)常起動的場合。4 結(jié)論 綜上所述，適合于大、中型繞線式異步電動機及同步電動機、鼠籠型異步電動機的液體電阻軟起動裝置，充分利用了液體電阻熱容量大，可調(diào)性好的特點，能將電機的起動電流控制在：繞線式電機（1.11.3）倍電機額定電流、鼠籠型電機（23.5）倍電機額定電流的范圍內(nèi)，極大地降低了起動電流，其良好的起動特性使之成為目前國內(nèi)大中型籠型電機理想的軟起動產(chǎn)品。 附1：繞線式電機水電阻的配置1、配液用水：一般選用經(jīng)過凈置后去掉沉淀物的生活用水即可。2、電阻溶質(zhì)即：電阻粉，由生產(chǎn)廠商提供。3、液體起動電阻RO的確定： RO

11、=0.577*U2e/I2eKFkt/kM 式中：U2e：轉(zhuǎn)子回路的開路電壓（V）I2e：電機轉(zhuǎn)子回路的額定電流（A）KF：電機功率容裕倍數(shù)。（KF=1.1-1.3,取1.2） kt：溫度倍數(shù)。(kt=1.1-1.3,取1.2) kM：起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。(kM=1.1-1.3,取1.2) 根據(jù)實際情況，我們將上述公式進行簡化后： RO=0.7*U2e/I2e 式中：U2e：電機轉(zhuǎn)子回路的開路電壓（V） I2e：電機轉(zhuǎn)子回路的額定電流（A）4、水電阻的配制：先將動極板置于起動位置，將準(zhǔn)備好的水注入到水箱規(guī)定位置的2/3左右，注意三格液位要基本相等；將配制好的溶液注入水箱中；分別向液阻箱中加水至要求液

12、位；扳動試驗按鈕，使極板上下運動二、三次，使箱內(nèi)電阻液攪拌均勻；液體電阻的測量：將液體電阻的活動極板移到起動位置后，通過自耦變壓器給每相動靜極板之間通過50Hz電，電流從0開始逐漸正大至5A左右電流I（A），記下電流表A的讀數(shù)，并測量兩極之間壓降V（V），測液體電阻值為： R（）=V（V）/I（A)電阻的調(diào)整如偏大應(yīng)增大電阻液濃度，否則應(yīng)降低其濃度，調(diào)節(jié)方法是用軟管抽出部分溶液加水或電液粉（電解粉)。附2：鼠籠式電機水電阻的配置取隨設(shè)備配送的電解粉適量用蒸餾水溶解后，以備使用；根據(jù)以下公式大致計算好需配好串入定子每相中的電阻值R0 ：串入定子每相中的電阻值 其中，Ue為電機額定電壓，Ie為電機額定電流，n為電機起動的最大起動電流倍數(shù)（選取時根據(jù)主電機所拖動的負荷輕重而定，負荷較輕時相對取小，負荷較重時相對取大），Ro為串入定子回路的水阻阻值。把蒸餾水（或純凈水、無鹽水）均勻地倒入三個水箱中，一直加到各水箱液面離水箱蓋板10cm左右；調(diào)整好動極板的位置；按下圖1接好測量液阻的電路，取事先配置好的電解液適量，緩慢加入水箱中，并一邊加，一邊攪動，同時監(jiān)視電壓表和電流表，用伏安法測量