廠用電動(dòng)機(jī)的選擇和自啟動(dòng)校驗(yàn)

1、廠用電動(dòng)機(jī)的選擇和自啟動(dòng)校驗(yàn)第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二教學(xué)內(nèi)容本節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、廠用機(jī)械特性和電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程二、廠用電動(dòng)機(jī)的類型及其特點(diǎn)三、廠用電動(dòng)機(jī)選擇四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)首頁(yè)第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二一、廠用機(jī)械特性和電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程一、廠用設(shè)備的機(jī)械特性和電力拖動(dòng)方程 1. 廠用設(shè)備的機(jī)械特性 發(fā)電廠中廠用機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為兩種類型示。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：即該設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(阻轉(zhuǎn)矩)M*m與轉(zhuǎn)速n*無關(guān)，M*mf(n*)特性為一水平直線，如圖5-10中直線1所示?；痣姀S中屬于這類機(jī)械的有碎煤機(jī)、磨煤機(jī)、絞車、起重

2、機(jī)等。 非線性轉(zhuǎn)矩負(fù)載：該類設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方或高次方成比例，如圖5-10中曲線2所示。圖5-10第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二M*m0與轉(zhuǎn)速無關(guān)的摩擦起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值，一般取0.15； a 指數(shù)，與機(jī)械設(shè)備型式有關(guān)。 M*m=0.15+0.85例如：通風(fēng)型負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成比例，即:非線性負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可用下式表示: 一、廠用機(jī)械特性和電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二 電力拖動(dòng)方程 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Me(Nm)克服機(jī)械負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩Mm(Nm)后的剩余轉(zhuǎn)矩，便會(huì)使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程

3、為 :電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度:(rad/s) 2n/60。 機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(kgm2)常采用飛輪慣量GD 2(nm2)來表示，即: 一、廠用機(jī)械特性和電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二(5-19)由實(shí)用計(jì)算運(yùn)動(dòng)方程式(5-19)可分析電動(dòng)機(jī)的工作狀況:1) MeMm時(shí)，dn/dt =0，則n =0或n =常數(shù)，拖動(dòng)系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī))處于靜止或穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)(等速旋轉(zhuǎn))； 2) MeMm時(shí)，dn/dt0，拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速狀態(tài)； 3) MeMm時(shí)，dn/dt0，拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。 一、廠用機(jī)械特性和電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)

4、45分，星期二二、廠用電動(dòng)機(jī)的類型及其特點(diǎn) 發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中使用的電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)三類。1. 異步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Me與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，即M*ef(n*)，如圖5-11所示。 圖5-11二、廠用電動(dòng)機(jī)的類型及其特點(diǎn)第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二 (1) 異步電動(dòng)機(jī)能夠順利啟動(dòng)的條件是： 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M*e0必須大于被拖動(dòng)機(jī)械在n*0時(shí)的起始負(fù)荷阻轉(zhuǎn)矩M*m0； 在啟動(dòng)過程中的任一轉(zhuǎn)速下都應(yīng)有M*eM*m，使剩余轉(zhuǎn)矩為正。直到電動(dòng)機(jī)的M*e f(n*)與被拖動(dòng)機(jī)械的M*mf(n*)相等的穩(wěn)定工作點(diǎn)上，

5、如圖5-11中的1點(diǎn)或2點(diǎn)處，才能穩(wěn)定運(yùn)行。 (2) 異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)： 1) 異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，一般采用直接啟動(dòng)方式。該啟動(dòng)方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流也大，會(huì)引起廠用系統(tǒng)電壓下降和電動(dòng)機(jī)本身發(fā)熱，所以需進(jìn)行啟動(dòng)校驗(yàn)。 2)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)分為單鼠籠式（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，啟動(dòng)電流大），深槽式和雙鼠籠式。后兩種具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小等較好的啟動(dòng)性能。 3) 線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好，可采用轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速，也可采用在轉(zhuǎn)子電路串接調(diào)節(jié)電阻，借調(diào)節(jié)電阻在一定范圍內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流。 二、廠用電動(dòng)機(jī)的類型及其特點(diǎn)第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星

6、期二二、廠用電動(dòng)機(jī)的類型及其特點(diǎn)2. 同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)有一套勵(lì)磁系統(tǒng)，可以工作在“超前”或“滯后”的不同工作狀態(tài)，調(diào)整廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓成正比(異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比)，對(duì)電壓波動(dòng)不太敏感，運(yùn)行穩(wěn)定性好。但是，同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高，且啟動(dòng)、控制較麻煩。所以，在廠用電系統(tǒng)中，只在大功率低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備上有時(shí)采用。 3. 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：借助調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流，可在大范圍內(nèi)均勻而平滑的調(diào)速；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；不依賴廠用交流電源。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維護(hù)量大和工作可靠性較差。所以，直流電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)對(duì)調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求較高的廠用機(jī)械。

7、第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二三、廠用電動(dòng)機(jī)選擇三、廠用電動(dòng)機(jī)選擇 廠用電動(dòng)機(jī)主要根據(jù)功率大小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求和調(diào)速要求進(jìn)行合理選擇。 型式選擇a) 廠用電動(dòng)機(jī)一般采用交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)；b) 對(duì)于反復(fù)、重載啟動(dòng)或小范圍內(nèi)調(diào)速的機(jī)械，如吊車，抓斗機(jī)等可選用線繞式異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)；c) 對(duì)于要求在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或當(dāng)廠用交流電源消失后仍要求工作的設(shè)備采用直流電動(dòng)機(jī)。 廠用電動(dòng)機(jī)的防護(hù)型式應(yīng)與周圍環(huán)境條件相適應(yīng)：屋內(nèi)干燥無塵場(chǎng)所可使用開啟式；空氣清潔而有滴落水滴的場(chǎng)所宜使用防護(hù)式；塵埃較多、潮濕和水土飛濺的場(chǎng)所應(yīng)使用封閉式；有爆炸性氣體的場(chǎng)所要使用防爆式。 第

8、10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二 電壓、轉(zhuǎn)速和容量選擇a) 電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)與廠用供電網(wǎng)絡(luò)電壓相一致；b) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足被拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的要求；c) 電動(dòng)機(jī)的額定容量PN必須滿足在額定電壓和額定轉(zhuǎn)速下滿載工作的機(jī)械設(shè)備的軸功率Ps，并留有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備，即: PNPs 三、廠用電動(dòng)機(jī)選擇第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) 1. 電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)及其分類和要求 電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng) 當(dāng)電源突然消失或廠用電壓降低時(shí)，一些重要機(jī)械的電動(dòng)機(jī)并不立即斷開，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)下降(稱為惰行)，甚至停轉(zhuǎn)，若在很短時(shí)間(一般為1s左右)內(nèi)，廠用電

9、壓又恢復(fù)或備用電源自動(dòng)投入，電動(dòng)機(jī)從惰行又自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一過程稱為電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的意義 重要廠用機(jī)械的電動(dòng)機(jī)參加自啟動(dòng)，保證了不因廠用母線的暫時(shí)失壓而使發(fā)電機(jī)組被迫停機(jī)。減少了停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠、安全和穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。 圖5-14第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩M*e與其端電壓的平方U*2成正比。隨著電壓下降，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩急劇下降。當(dāng)U*下降至0.7時(shí)，其最大轉(zhuǎn)矩M*emax相應(yīng)變?yōu)?0.7)221，若電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的機(jī)械為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即M*m1，則此時(shí)剩余轉(zhuǎn)矩已變?yōu)樨?fù)值，

10、電動(dòng)機(jī)受到制動(dòng)而減速，進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，最終停轉(zhuǎn)。 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)電壓最低限值，也就是最大轉(zhuǎn)矩M *emax等于額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩（M*m1）的電壓，又稱為臨界電壓U*cr ，即: 異步電動(dòng)機(jī)的M*emax與電動(dòng)機(jī)的型式和種類有關(guān)，約為1.82.4，所以臨界電壓U*cr為0.640.75，即電壓下降到額定值的64%75%時(shí)，電動(dòng)機(jī)就開始惰行。 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓最低限值 第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)2. 電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) a) 自啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的問題：成組的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流較大，會(huì)引起廠用電母線電壓下降，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。 b) 為

11、什么要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)：若參加自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量過多、總?cè)萘枯^大，則啟動(dòng)電流過大，將使電壓下降過多，電動(dòng)機(jī)會(huì)過熱，將危及廠用電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行以及電動(dòng)機(jī)的安全，使自啟動(dòng)失敗，造成發(fā)電機(jī)停機(jī)。因此必須進(jìn)行電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn)，以保證廠用電母線電壓在要求的水平。 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn)有電壓校驗(yàn)和容量校驗(yàn)兩種方法。 第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的廠用母線電壓校驗(yàn) 1) 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)或成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)廠用母線電壓校驗(yàn)。圖5-15所示為一組電動(dòng)機(jī)在廠用高壓母線上進(jìn)行自啟動(dòng)的電路及其等效電路。從等效電路可得如下關(guān)系: 圖5-15根據(jù)串聯(lián)

12、分壓得自啟動(dòng)開始瞬間，高壓廠用母線電壓為: 第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)x*m 參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的等值電抗標(biāo)幺值； I* 參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流總和的標(biāo)幺值。 U*0 電源母線電壓標(biāo)幺值，電抗器供電時(shí)取1，無載調(diào)壓變壓器供電時(shí)取1.05，有載調(diào)壓變壓器供電時(shí)取1.1；U*1 自啟動(dòng)時(shí)高壓廠用母線電壓標(biāo)幺值；x*t 高壓廠用變壓器或電抗器的電抗標(biāo)幺值:第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)為K與啟動(dòng)瞬間的電抗x*m的關(guān)系： x*m=1/K。對(duì)于成組電動(dòng)機(jī)，如果所有自啟動(dòng)電

13、動(dòng)機(jī)取一平均的啟動(dòng)電流倍數(shù)Kav，全部電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘繛镾m (kVA)，廠用變壓器的容量為St(kVA)，則全部電動(dòng)機(jī)經(jīng)折算后的等值電抗標(biāo)幺值（以St為基準(zhǔn)）可寫為: 代入得:式中 Pm參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)總功率(kW)； cos 電動(dòng)機(jī)的效率與功率因數(shù)的乘積，一般取0.8； 第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) 2) 電動(dòng)機(jī)經(jīng)高壓廠用變壓器和低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動(dòng)廠用母線電壓校驗(yàn)。 圖5-16所示為廠用高、低壓變壓器串連，高、低壓電動(dòng)機(jī)同時(shí)自啟動(dòng)的等效電路。假設(shè)廠用高壓母線原已帶有負(fù)荷S 0，自啟動(dòng)過程中S 0繼續(xù)運(yùn)行。 廠用高壓母線電壓U *1

14、校驗(yàn)。在圖5-16中，所有電壓、電流和電抗參數(shù)均以高壓廠用變壓器額定容量為基準(zhǔn)。 其中，U*2為廠用低壓母線電壓的標(biāo)幺值；x*t2為低壓廠用變壓器電抗標(biāo)幺值； x*1、x*2分別為自啟動(dòng)高、低壓電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值；I*t1為自啟動(dòng)時(shí)流過高壓廠用變壓器的電流標(biāo)幺值； I*0、I*1和I*2分別為原有負(fù)荷電流標(biāo)幺值及高、低壓電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)電流的標(biāo)幺值。 圖5-16第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，電壓方程為： U*0U*1I*t1 x*t1（I*0+ I*1+I*2）x*t1 及 和 以S0為基準(zhǔn)的原已帶有的負(fù)荷等值電抗的標(biāo)幺值；K0、

15、K1、K2為S0、S1和S2支路電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)電流平均倍數(shù)。 I*2所占比重一般較小，可以略去，且K0 =1，將I*0、I*1代入式（5-28）并整理，得:第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)式中 S*H 廠用高壓母線的合成負(fù)荷標(biāo)幺值。若高壓廠用變壓器為分裂繞組變壓器，上式中則以分裂繞組容量Sts2代替St1。同時(shí)，上式中的 廠用低壓母線電壓U*2校驗(yàn)。由圖5-16可見，廠用低壓母線帶有負(fù)荷S2，廠用低壓變壓器容量為St2，現(xiàn)以St2為基準(zhǔn)容量，廠用低壓變壓器的電抗為x*t2； 仿照前面推導(dǎo)，得: 第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)4

16、5分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)U*1U*2 = I*2 x*t2 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，高、低母線電壓關(guān)系為： 將I*2的表達(dá)式代入式（5-29）并整理得 U*1是前一步的計(jì)算結(jié)果。 第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)允許容量校驗(yàn) 電壓校驗(yàn)是已知電動(dòng)機(jī)容量S*m，求廠用母線電壓U *1；容量校驗(yàn)是把廠用母線電壓U*1當(dāng)作已知值，求允許自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量Pm。 由式（5-26）可求得允許自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量為: 或者 當(dāng)同時(shí)自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量超過允許容量時(shí)，可采用以下措施：第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)

17、機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)當(dāng)同時(shí)自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量超過允許容量時(shí)，可采用以下措施： 1) 限制參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)量。對(duì)不重要設(shè)備的電動(dòng)機(jī)加裝低電壓保護(hù)裝置，延時(shí)0.5s斷開，不參加自啟動(dòng)。 2) 阻轉(zhuǎn)矩為定值的重要設(shè)備的電動(dòng)機(jī)不參加自啟動(dòng)。因?yàn)樵擃愲妱?dòng)機(jī)只能在接近額定電壓下啟動(dòng)，所以也采用低電壓保護(hù)，當(dāng)廠用母線電壓低于臨界值時(shí)，把它從廠用母線上斷開，廠用母線電壓恢復(fù)后再自動(dòng)投入。這樣，可以保證未斷開的重要設(shè)備電動(dòng)機(jī)的順利啟動(dòng)。 3) 對(duì)重要的機(jī)械設(shè)備，選用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和允許過載倍數(shù)較大的電動(dòng)機(jī)。 4) 在不得已的情況下，另行選用較大容量的廠用變壓器，或在限制短路電流允許的情況下，適當(dāng)減小廠用變壓器的阻抗值。 第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)45分，星期二四、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)x*t =1.1Uk /100=1.18/1000.088即，允許自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘繛?1437 kW。 解 由表5-8可見，高溫高壓火電廠由高壓廠用工作變壓器使廠用電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)要求的廠用母線電壓最低值為0.65；高壓廠用工作變壓器一般為無激磁調(diào)壓變壓器，電