关于电机水阻柜改造变频器的原理

 目前水泥、建材、化工等行业很多大型设备的启动都采用水阻软启动，西南，西北地区尤其普遍。随着近几年国家节能降耗政策的落实，以及国内变频器技术的日趋成熟和价格优势，部分行业由使用水阻柜考虑变频器改造。本文就目前水阻柜的原理和变频器的原理，着重解释一下水阻柜调速或水阻柜启动的高压电机（风机，水泵）的变频器改造。

一、水阻柜工作原理

水阻，顾名思义，即水电阻由于电动机直接起动时，起动电流会达到电机额定电流的7~8倍，一般上一级变压器的容量都承受不了，特别是大功率的电机，必须加装起动设备，否则会造成变压器局部下跳闸。早先的起动设备，主要有：电阻器起动和频敏起动等。电阻器起动通过切换电阻的数量，改变串入电机的电阻，由于切换电阻属于有级调速，所以切换瞬间冲击较大。频敏起动据说是谐波成分比较大。随着技术的逐步进步，后期发展的水阻柜起动，由于属于无级调节，所以起动过程较平滑，切换无冲击电流等等优点。

1.1水阻柜原理

    水阻起动柜是近年来运用比较广泛的电机起动设备。水阻，也就是液体电阻（在水中添加电解粉构成水电阻），顾名思义就是在电机定子回路（笼型电机）或转子回路（对绕线电机）中串入液态电阻，电机在起动过程中液态电阻阻值在预定的时间内自动无级减小，直至阻值接近为零，将液阻自动切除，电机投入正常运行，每小时最多可以启动2-3次。
1.2组成

    液体电阻起动柜主要由以下几个部分组成：水箱、极板（分动极板及静极板）、传动机构、限位机构（行程开关）及相关电器元件，如继电器（或PLC）、时间继电器、接触器、按钮、指示灯等状置构成，主要适用于400V、3kV、6kV、10kV各个电压等级，功率范围从500kW-30000kW。
                        

鼠笼式电机水阻柜

绕线式电机水阻柜

                                              电解粉

1.3水阻柜运行过程

    运行过程如下：电机开关柜合闸的同时，水阻柜接收到真空断路器运行信号，动极板自上而下开始运行，在设定的时间内电阻值逐渐下降，当电阻接近于零时，安装在水阻柜内的真空接触器吸合，电机启动完成，经过延时几秒后，动极板自动复位至原始状态，等待次启动。如水阻柜在预定的时间内起动没有完成就会发出一个故障报警信号，自动切断开关柜，确保电机不开路。

1.4运行原理

    对于笼型电机而言，液体电阻起动柜有两种方案，对于星型接法的电机，如星点能够打开，原理与绕线电机水阻柜的原理基本相同（水阻相当于串在转子上，当启动完毕后，再用水阻自带的断路器或者真空接触器把电机星点短接），对于角型接法或星点不能打开的笼型电机，水阻柜只能串接在定子回路中，电机启动完毕后需要将水阻柜用断路器隔离开，以防水阻柜长期带电引发安全事故。目前，不少水阻柜生产厂家在设计及生产时为降低成本，水阻柜只采用一台真空断路器，电机启动完成后水阻柜仍然带电，这是不安全的，万一水箱受损，液体泄露，必定引发安全事故。  

1.5水阻柜缺点

    水阻柜只能做软启动。如果作为调速，必须将水阻柜箱体（液体电阻部分）长期带电，一旦出现箱体漏液或者液体电阻减少或者干枯，必出现生产事故或者安全事故。并且由于箱体液体电阻长期带电，发热严重，要有外围散热设备才能维持运行。所以相对人力维护成本也会增加。                                                       
二、水阻柜改造变频器原理

既然变频器既有节能效果又有软启动功能，国家又提倡节能减排，国内价格又趋于平稳，为了响应国家号召，很多新建项目就在考虑用变频器，而在电网容量有限的地方，水阻柜也可以作为变频器的备用，那么水阻和变频器怎么结合呢？下面介绍一下，这同样适合之前用水阻柜的变频器改造。

改造原理图:
                                  

    硬件回路上只需要将水阻柜和变频器并联起来即可，这样水阻上口和下口均用隔离刀隔离开，保证变频器运行时，水阻不长期带电，保证人身安全。另外，QS42和QS44作为机械连锁，保证不会同时合上，这样变频器和水阻分别运行时都能保证对方设备的安全，同理在输入侧QS41和QS43。（此针对笼型电机，如果水阻串入转子也就是说电机是绕线电机，怎么办，采用变频器改造带水阻的设备，而电机又是绕线电机系统，为了实现全频率范围内的恒转矩控制。转子绕组已没有必要外接电组。为避免电刷与集电环之间因接触不良引起故障，将与集电环相接的三根线之间用导线短接，并将电刷举起。如果需要保留原绕线式异步电动机转子串电阻的调速需要，仅需要增加一个高压接触即可。在变频状态，接触器吸合，将转子将与集电环相接的三根线短接。在变频器需要检修或退出运行时，接触器断开，电机恢复原绕线式异步电动机转子串电阻的调速方式。软件回路上如果QS42和QS44，QS41和QS43具有机械连锁，软件上不需要做任何修改即可实现变频器改造水阻。