无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点

无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点 3．1 无刷自控电机软起动器简介

无刷自控电机软起动器是结合了无刷无环起动器和液态电阻起动柜的优点而设计的。它的控制原理与绕

线电机液态电阻起动柜相当，所不同的是，将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产

生的离心力作为动力，控制起动电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电

动机实现无刷自控运行的装置。它主要由机壳、电解液、动极板、施密特接触装置、弹簧、接线柱、安

全阀、排气阀等构成。它的内部原理结构简图如图1所示，当电机起动时，一方面，随着电机转速的升高

，动极板在离心力的作用下，逐步靠近机壳，串入电机转子内的电阻逐步减少，并在达到额定转速时，

与外壳短接，电阻降为零；另一方面，动极板与机壳间的水电阻，因通过电流而发热，在水电阻负温度

特性的作用下，电阻也会逐步减少。在上述两方面的作用下，使电动机以近似于恒定电流、恒定转矩起

动。

3． 2刷自控电机软起动器工作原理

无刷自控电机软起动器控制原理如图2所示，起动器出厂后，用户可以通过改变电解液的浓度，改变起始

电阻的大小，以达到方便调整电机的起始（堵转）电流，满足不同负荷对起始电流的要求。在电机起动

过程中，水电阻大小通过下述方法进行调节：

a） 改变极板的距离：随着电机转速的升高，离心力加大，水电阻极板距离逐步减少，并在电机转速达

到电机额定转速经过一段延时后，将水电阻极板距离降为零。

b） 改变水电阻的温度：水电阻通过电流后温度自动升高，在水电阻负温度特性的作用下，电阻逐步减

少。

3 .3 刷自控电机软起动器结构特点

为保证水电阻能在电机转子上长期免维护运行，无刷自控电机软起动器在整体设计上应用了以下技术：

1、 选用具有下述特性的电解液为水电阻：A、对金属（铜和钢）具有防锈作用；B、通过大电流后，不

发生电解液变质、极板腐蚀、产生气体的化学反应；C、电解液的冰点为-25℃，沸点为120℃，以满足不

同环境下安全工作的要求。

2、 起动器采用金属全密封结构，尽可能减少密封面数量。

3、 设置安全排气阀，在电机转速达到额定转速后，自动打开排气阀，保证正常运行时，起动器内部的

压力与大气压一致；同时，为避免因电机长时间堵转，电解液烧开、起动器内部压力升高，设置了安全

阀，保证电机及起动器的安全。

4、 为防止极板在额定转速附近，处于断续接触状态，同时，为增加触头接触应力，减少接触电阻，设

置了施密特接触装置，提高短接触头使用寿命和电机正常运行时的损耗和起动器的发热量。 4 达到的效果

无刷自控电机软起动器实现了绕线式异步电动机无刷自控运行，避免了绕线式异步电机因存在滑环、碳

刷，造成运行维护工作量大、故障率高的缺点，达到了以下效果：

a) 无刷自控电机软起动器能以起动比为1的方式起动电动机。避免了鼠笼式异步电动机直接起动，起动

比小于0.2。安装液态电阻（热变电阻）、磁控电抗器、固态（晶闸管）软起动设备，起动转矩与起动电

流的平方成正比，当电流降低50%时，起动转矩降低75%的影响，起动比小于0.1这一缺点。 b) 无刷自控电机软起动器出厂后，用户可以通过改变电解液的浓度，改变起始电阻的大小，以达到调整

电机的起始（堵转）电流，满足不同负荷对起始电流和起动转矩的要求。

c) 无刷自控电机软起动器起动过程是电机根据本身的转速自动完成，无需人去干涉。其它起动装置一般

靠时间继电器、电流继电器等间接控制；电机起动结束后，还要靠人去将起动装置退出运行（特别是高

压电机），如退出时机不对，会威胁电机、机械、供电和起动设备的安全运行。

d) 当电网电压较低或负载较重，造成电机输出转矩不足时，水电阻的温度会因通过电流而升高，电阻自

动降低，从而逐步提高电机电流，增加电机起动转矩，确保电机一次起动成功。

e) 无刷自控电机软起动器使电机的起动电流限制在额定电流附近，避免过大的起动电流对电机和供电设

备造成的各种危害。

f) 如电机出现堵转现象，电机会自动加热电解液。由于消耗在电解液上的有功功率远大于消耗在电机绕

组上的有功功率，电解液的热惯性小于电机绕组的热惯性，当电解液烧干后，电机转子没有通电回路，

相当于起动电阻变成无穷大，电机转子电流会自动降为零，避免电机因长时间堵转而烧坏。 g) 电机运行过程中，遇到突加负载（如轧钢机在轧钢过程中出现堵转），随着电机转速的降低，起动电

阻会自动串入转子回路，达到增加转矩，减少电流，保护电机安全的目的。 h) 一台1400KW电机无刷自控电机软起动器的市场售价仅1万元。是相同容量的常规软起动装置需10万元

以上，一台1400KW电机无刷自控电机软起动器外形仅是一个Φ600×320的圆柱体，并直接安装在电机上

。而相同容量的高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电阻）起动装置外形尺寸为(1700+1200)×1200×

2800，需进行基建投资。

i) 电机和起动装置合为一体变成了无刷自控电机。对用户来说，它就是一台具有优良起动性能（不用配

置起动控制柜及相应电力电缆、控制电缆，不用考虑起动设备安装调试，就能使电机以起动比为1起动）

的“鼠笼式异步电动机”。起动设备安装完成后，对起动装置无需进行任何操作和维护。 河南全新液态起动设备有限公司专业生产 高低压固态、液态软启动器和液态调速运行器

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