摘要:水電阻即液體電阻具有過載能力強(qiáng)、可以無級(jí)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(jī)（功率在200KW~20000KW)的起動(dòng)控制方面更顯出它的優(yōu)勢。

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(jī)用的調(diào)速（調(diào)壓）電阻、繞線式電動(dòng)機(jī)用的起動(dòng)-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(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dòng)機(jī)配套使用

3.1.1用作對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

液體電阻起動(dòng)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(dòng)時(shí)使液體電阻串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，同時(shí)電阻值平滑減小，從而實(shí)現(xiàn)繞線式大中型電動(dòng)機(jī)的重載平滑起動(dòng)。它克服了頻敏電阻起動(dòng)器沖擊電流大、難起動(dòng)和操作不便等問題。適用于大型設(shè)備的電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)，是頻敏電阻起動(dòng)器和金屬電阻起動(dòng)器的替代產(chǎn)品。

根據(jù)電機(jī)學(xué)理論我們知道：對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)來說，當(dāng)電網(wǎng)電壓及頻率不變時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，可以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它們的機(jī)械特性如下圖所示。

我們可以從上圖看出，在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮?，一方面可以減小起動(dòng)電流，另一方面又可以增加起動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加而相應(yīng)減小，那么我們就能在起動(dòng)過程中始終使電動(dòng)機(jī)獲得較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及最小起動(dòng)電流。

液體電阻起動(dòng)器就是利用這一原理，在被控繞線電動(dòng)機(jī)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距離使液體電阻阻值在起動(dòng)過程中始終滿足電機(jī)機(jī)械特性對(duì)串入電阻值的要求，從而使電動(dòng)機(jī)獲得最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及最小起動(dòng)電流，進(jìn)而平穩(wěn)起動(dòng)。

   具體工作過程是：主電機(jī)起動(dòng)時(shí)，動(dòng)極板在一個(gè)小功率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的帶動(dòng)下緩慢移動(dòng)，改變兩極板之間的距離，使串入主電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的液體電阻阻值變化滿足上述條件，主電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)兩極板之間距離最小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，將液體電阻短接，完成起動(dòng)過程，轉(zhuǎn)入運(yùn)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(jī)機(jī)械特性的要求，所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本保持最大，電流基本保持在較小水平，其起動(dòng)時(shí)起動(dòng)特性曲線如下圖。

所以說使用液體電阻起動(dòng)器可以使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中，加速均勻，電流沖擊小，起動(dòng)過程平穩(wěn)，電網(wǎng)壓降小。

3.1.1.1性能特點(diǎn)

液體電阻起動(dòng)器，兼有其它幾種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)，使90KW以上大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了重載軟起動(dòng)，與傳統(tǒng)的起動(dòng)方式相比其優(yōu)良性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 軟起動(dòng)，起動(dòng)電流?。和l敏起動(dòng)器相比其起動(dòng)電流更小，一般起動(dòng)電流≤1．3倍額定電流，降低了電機(jī)起動(dòng)溫升，有效地延長電機(jī)使用壽命；

2) 起動(dòng)過程平滑，克服頻敏起動(dòng)器的二次沖擊現(xiàn)象，對(duì)機(jī)械設(shè)備無沖擊；

3) 可連續(xù)起動(dòng)5-10次，克服了頻敏起動(dòng)器無法連續(xù)起動(dòng)的缺點(diǎn)；

4)可在低電壓下起動(dòng)：380V電機(jī)在340V時(shí)，6KV電機(jī)在5.5kV時(shí)，lOKV電機(jī)在9KV時(shí)，均可順利起動(dòng)，解決了頻敏起動(dòng)器等傳統(tǒng)方式低壓無法起動(dòng)的問題；

5)結(jié)構(gòu)可靠、簡單，安裝、維護(hù)方便：

6)通用性好，可適用任何負(fù)載狀況下繞線式電機(jī)軟起動(dòng)；

7)可以設(shè)計(jì)起動(dòng)超時(shí)、失壓、超行程、液阻超溫等多重保護(hù)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(fù)載狀況下繞線式異步電機(jī)的平滑軟起動(dòng)如：球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)、破碎機(jī)、立磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī) 、壓榨機(jī)、輥壓機(jī)等。

3.1.2用作對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)并調(diào)速

在上述液體電阻起動(dòng)器中，增加極板距離遠(yuǎn)-近調(diào)節(jié)功能和液阻散熱系統(tǒng)就可以得到一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的液體電阻起動(dòng)-調(diào)速器。其性能與液體電阻起動(dòng)器相同。

3.2與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)配套使用

根據(jù)電機(jī)拖動(dòng)理論，在電機(jī)的定子回路中串入起分壓和限流作用的液體電阻，起動(dòng)過程中，液阻的阻值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由大到小的無級(jí)變化．從而使加在電機(jī)定子上的端電壓逐步升高,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步加大，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，切除液阻投入全壓運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的低電流平穩(wěn)軟起動(dòng)。

3.2.1性能特點(diǎn)

恒流軟起動(dòng)：起動(dòng)電流小．為電動(dòng)機(jī)額定電流的2～3.5倍；

起動(dòng)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(yùn)行，有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)機(jī)械，可延長設(shè)備的使用壽命；

不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變動(dòng)的影響,可確保一次起動(dòng)成功，并可連續(xù)起動(dòng)三次以上，優(yōu)于高壓熱變電阻起動(dòng)器；

可以設(shè)置完善的報(bào)警提示功能和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能。

3.2.2與其它起動(dòng)方式比較

根據(jù)國家節(jié)能中心規(guī)定，大中型電機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用高壓電機(jī)，而高壓電機(jī)在使用中起動(dòng)是一個(gè)首要的問題，在我國各工礦企業(yè)中，大功率籠型電機(jī)一般采用直接起動(dòng)、串電抗器起動(dòng)、高壓變頻軟起動(dòng)、串液阻降壓起動(dòng)等幾種起動(dòng)方式。

直接接入高壓電網(wǎng)的電機(jī)，全壓起動(dòng)時(shí)，會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至造成事故；接于專用變壓器的電機(jī)，對(duì)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(dòng)。起動(dòng)后再加負(fù)載，這樣將給電機(jī)造成很大機(jī)械沖擊，大大縮短了電機(jī)和拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。在這些情況下，我們只能采取降壓起動(dòng)方式對(duì)籠型電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)。

采用星三角減壓起動(dòng)和延邊三角形減壓起動(dòng)方式，不需要專用的起動(dòng)設(shè)備。但是電機(jī)定子繞組抽頭多，制造工藝麻煩，電機(jī)價(jià)格較貴。由于受到電機(jī)定子繞組接法的限制，故很少采用這兩種起動(dòng)方式。

電阻或電抗器減壓起動(dòng)，雖然起動(dòng)設(shè)備價(jià)格較便宜。但這兩種方式存在起動(dòng)電流較大，起動(dòng)性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，而且在起動(dòng)過程中阻抗值不可調(diào)，發(fā)熱嚴(yán)重、能耗大，起動(dòng)過程不可控，且不宜連續(xù)起動(dòng)，起動(dòng)設(shè)備壽命短，屬淘汰產(chǎn)品．熱變電阻利用液體電阻的負(fù)溫度特性來改變電阻值，而實(shí)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(gè)固定電阻．其雖然也能實(shí)現(xiàn)起動(dòng)一次的功能，但其起動(dòng)特性不能很好地滿足電機(jī)起動(dòng)時(shí)所要求的阻值平滑變小的需要，而且可控性很差，起動(dòng)一次溫升很高，不適合需經(jīng)常起動(dòng)的場合。

4 結(jié)論

綜上所述，適合于大、中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)及同步電動(dòng)機(jī)、鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的液體電阻軟起動(dòng)裝置，充分利用了液體電阻熱容量大，可調(diào)性好的特點(diǎn)，能將電機(jī)的起動(dòng)電流控制在：繞線式電機(jī)（1.1～1.3）倍電機(jī)額定電流、鼠籠型電機(jī)（2～3.5）倍電機(jī)額定電流的范圍內(nèi)，極大地降低了起動(dòng)電流，其良好的起動(dòng)特性使之成為目前國內(nèi)大中型籠型電機(jī)理想的軟起動(dòng)產(chǎn)品。

附1：繞線式電機(jī)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(dòng)電阻R_O的確定： RO=0.577*U2e/I2e;KF;kt/kM 式中：U2e：轉(zhuǎn)子回路的開路電壓（V）I2e：電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的額定電流（A）KF：電機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。(kM=1.1-1.3,取1.2) 根據(jù)實(shí)際情況，我們將上述公式進(jìn)行簡化后： RO=0.7*U2e/I2e 式中：U2e：電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的開路電壓（V） I2e：電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的額定電流（A）

4、水電阻的配制：

①先將動(dòng)極板置于起動(dòng)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；

②將配制好的溶液注入水箱中；

③分別向液阻箱中加水至要求液位；

<④扳動(dòng)試驗(yàn)按鈕，使極板上下運(yùn)動(dòng)二、三次，使箱內(nèi)電阻液攪拌均勻；

⑤液體電阻的測量：將液體電阻的活動(dòng)極板移到起動(dòng)位置后，通過自耦變壓器給每相動(dòng)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（Ω）=V（V）/I（A)

<div><span>⑥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(jī)水電阻的配置

①取隨設(shè)備配送的電解粉適量用蒸餾水溶解后，以備使用；

<②根據(jù)以下公式大致計(jì)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(jī)額定電壓，Ie為電機(jī)額定電流，n為電機(jī)起動(dòng)的最大起動(dòng)電流倍數(shù)（選取時(shí)根據(jù)主電機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)荷輕重而定，負(fù)荷較輕時(shí)相對(duì)取小，負(fù)荷較重時(shí)相對(duì)取大），Ro為串入定子回路的水阻阻值。

③把蒸餾水（或純凈水、無鹽水）均勻地倒入三個(gè)水箱中，一直加到各水箱液面離水箱蓋板10cm左右；

④調(diào)整好動(dòng)極板的位置；

⑤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(dòng)，同時(shí)監(jiān)視電壓表和電流表，用伏安法測量電阻是否合適。