摘要：由于大中型绕线式异步电动机因直接起动电流过大而不能直接起动，为了克服在电机起动过程中大电流对电网的冲击，采用液体变阻器作为较好的起动设备。本文介绍了液体电阻起动器的工作原理，设备结构，常见故障及修理方法，使设备恢复其各项技术指标，满足工作需要。
关键词：液体电阻起动器；工作原理；故障；维修
引言
液体电阻起动器是大功率电机的起动设备，俗称水电阻。广泛用于建材、冶金、化工造纸等行业的球磨机、风机、轧机、水泵、破碎机等线绕式异步电动机的重载起动。其原理是通过平滑地改变串于轮子回路中的液体电阻的阻值，从而实现无冲击平滑起动。由于液体电阻的热容较大，单位时间内的起动次数大于频敏电阻器等其他起动设备，其性能优于频敏、油浸变阻等起动器，且投资成本低、便于维护，运行可靠性高，而被广泛使用。作者根据多年的维护使用经验总结了YDQ、WYQ、ZDQ系列液体电阻起动器常见的故障维修方法和经验，希望对从事电气维护人员提供借鉴。
1.工作原理
根据电机学理论我们知道：对于线绕式异步电动机来说，当电网电压及频率不变时，在转子回路中串入电阻后，可以改变电动机的起动转矩，它们的机械特性如图1.1所示。
异步电动机转子回路串电阻后的机械特性R1>R2>R3>0
我们可以从图1.1看出，在线绕式电动机转子回路串入适当的电阻，一方面可以减小起动电流，另一方面又可以增加起动转矩。由此可见我们若能让串入转子回路中电阻随电动机转速增加而相应减小，那么我们就能在起动过程中始终使电动机获得较大机械转矩和最小起动电流。
液体电阻起动器就是利用这一原理，在被控线绕式异步电动机的转子回路中串入特殊配置的液体电阻，并通过调整电解液的浓度及改变两极板间的距离使液体电阻值在起动过程中始终满足电机机械特性对串入电阻值的要求，从而使电动机获得最大转矩和最小起动电流，进而平稳起动。具体工作过程是，电动机起动时，动极板在一个小功率传动机构系统的带领下缓慢向下移动，改变与静极板之间的距离，使串入转子回路的液体电阻值变化满足上述条件，电机转速升高，当两极板之间距离最小时，电动机转速达到额定转速，将液体电阻短接，完成启动过程，转入运行状态。
从上述过程中可以看出，在其他条件不变的情况下，由于串入转子回路中的液体电阻的阻值近似满足了电机机械特性的要求，所以起动转矩基本保持最大，电流基本保持在较小水平，起动时起动特性的曲线如图1.2所示。
图1.2
所以说使用液体电阻起动器可以使电动机在起动过程中加速均匀，电流冲击小，起动过程平稳，电网压降小。
2.故障现象及排除方法
2.1使用前的检查
液体电阻起动器由水箱、动极板、静极板、导电液体、上下行机构、机构电机、一次回路真空断路器、二次回路、液体检测点、温度检测单元、上下行限位等部分组成。
在使用前应检查水箱表面是否有漏液现象，上下行机构是否运动灵活，二次回路及一次回路接线是否正确、紧固，上下行限位器接装是否紧固。
2.2电机起动前水电阻PLC报警，“水电阻液位低”点亮
此故障的出现原因是液面水位低造成的。由于水电阻每次起动过程中会产生2-3℃的温升，会有一些水份蒸发，使用一段时间液面下降，安装在水箱上端盖的液位检测点脱离了液面形成开路，反馈到PLC报此故障。
处理此故障：先将二次回路断电，向水箱内加适量的水，使液面距上端盖大约4㎝即可，再次二次回路送点，即可解决此故障。
2.3电机起动过程中速断、过流继电器动作。
此故障分为两种情况出现：
1）在电机刚起动时，速断、过流继电器动作，是由于液体浓度高造成的。纯净的水是不导电的，由于水中加了电解液后变成了半导体，电解液浓度高导致水箱液体电阻值变小，从而导致起动时，转子
回路总电阻变小，根据欧姆定律 ，可知 ，在电压不变的情
况下，电阻R2’越小，转子电流I2’越大，根据电磁转矩公式：T=CnΦ1I2CosΦ2可知：转子回路电流越大，电磁转矩越大。
从图2-1中可看出曲线1为三相异步电动机固有机械，曲线2三相异步电动机刚起动时，速断、过流继电器动作时的机械特性，从曲线2中可以看出电磁转矩从0到额定运行点上升很快，根据电磁转矩与转子电流关系式： 
可知电磁转矩T与转子电流I2’平方程正比，电磁转矩T升高，转子电流I2’升高，造成速断、过流继电器动作。
2）在电机起动完毕后，切除水电阻转变为正常运行时速断过流继电器动作，是由于液体浓度低造成的。液体浓度低，电阻R2’值变大，转子电流I2’变小。图2-1中可看出曲线3为该现象的电机机械特性曲线。从曲线3可以看出，电磁转矩从0至额定运行点上升很慢，在水电阻起动规定时间内（一般为35s）电磁转矩不能上升至额定运行点，起动过程中不受影响，但水电阻在切除瞬间为了能满足电动机运行的需要，电磁转矩会瞬间达到额定运行点。根据电磁转矩与转子电流关系式可知转子电流I2‘会瞬间升高，造成速断、过流继电器动作。
处理此故障：前者将水箱内的液体适量抽出，再加入一些清水即可。后者将电解液适量加入水箱内即可。
2.4电机启动前水电阻PLC报警，“液温高”点亮。
水电阻高温报警一般设定在70℃左右，如果在夏季电机频繁启动，造成高温报警，只要将前后柜门打开，并外加风扇降温即可。如果在秋冬季造成高温报警，则有可能是由于主回路真空断路器不闭合造成的。如果真空断路器不闭合，在动静极板周围会产生很高的电流，是水箱内液体温度快速上升直至报警。由于水电阻报警，电机停止起动，水电阻再次恢复到起动前状态。
处理此故障：先将一次回路断电，再将一次回路导线拆除，再将温度检测点拔出水箱，使其测量室温，给PLC一个假信号，然后检查二次回路工作是否正常，然后在动静极板接触后，用万用表测量真空断路器是否闭合。如果真空断路器没闭合或部分相序没闭合，更换新的真空断路器即可解决此故障。如果是由于电机的频繁启动造成水电阻温度高报警，就必须减少电机的启动频次，这样也起到了保护电动机的作用。
2.5电机起动过程中，水电阻水箱内打火。
水箱内分为三个格，分别是U、V、W三相，某一相出现此故障都是在动极板下降过程中与静极板接近短接时。如果火花不大，是由于动静极板长时间在电解液中表面有些腐蚀接触不好造成的。此故障不影响水电阻工作。如果某一相出现火花比较大，是由于动静面积变小，电流过大造成短接时火花过大。前者无需做处理，后者需要拆水电阻机械部分，更换动静极板。如果动极板下降与静极板接近短接时，在两相水箱之间，有火花时，是由于两相水箱间隔板有开焊情况，电流经过开焊点与另一水箱之间形成短路造成的。
处理此故障：应先拆水电阻，然后将水箱移出，擦干水箱内壁，在中相水箱内充满水后，检查两边相在什么位置有水溢出，找到渗水点做好标记，抽出中相水箱的水，用聚丙乙烯焊条将此渗点焊牢，再给中相水箱加水试漏。如果两边相不渗水，抽出中相水箱的水后，在安装水电阻，最后加电解液试车。
3.结束语
液体电阻起动器与频敏电阻器，油浸变阻起动器等比较，起动电流小、操作方便、成本低、能够连续起动等优点，彻底解决了大中型电机起动难的问题。液体电阻起动器将被广泛使用在更宽的领域。对于广大维修人员更应不断学习和掌握新技术面对新科技的发展。
参考文献：
[1]《ZDQ系列液体电阻起动器说明书》
[2]《电机与拖动基础》清华大学出版社2006
[3]《职业技能鉴定教材 维修电工》中国劳动社会保障出版社2005
论文作者:刘毅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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