電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的比較及選擇

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的比較及選擇工業(yè)與民用建筑中的水泵與風(fēng)機(jī)常采用籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，恰當(dāng)?shù)倪x擇其起動(dòng)方式，具有重要的意義?；\型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式分為全壓起動(dòng)、降壓起動(dòng)、變頻起動(dòng)等，現(xiàn)對(duì)各種起動(dòng)方式的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以利選擇。1全壓起動(dòng)全壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)及允許全壓起動(dòng)的條件全壓起動(dòng)是最好的起動(dòng)方式之一，它是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入額定電壓起動(dòng)，因此也稱為直接起動(dòng)。全壓起動(dòng)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)時(shí)間短、起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于維護(hù)、投資省、設(shè)備故障率低等優(yōu)點(diǎn)。為了能夠利用這些優(yōu)點(diǎn)，目前設(shè)計(jì)制造的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都按全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊力矩與發(fā)熱條件來考慮其機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性。所以，只要被拖動(dòng)的設(shè)備能夠承受全壓起動(dòng)的沖擊力矩，起動(dòng)引起的壓降不超過允許值，就應(yīng)該選擇全壓起動(dòng)的方式。有人誤認(rèn)為降壓起動(dòng)比全壓起動(dòng)好，將15kW?75kW的電動(dòng)機(jī)未經(jīng)計(jì)算就采用了降壓起動(dòng)方式，因而降低了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)了起動(dòng)時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱更加嚴(yán)重，且設(shè)備復(fù)雜，投資增加，這是一個(gè)誤區(qū)，應(yīng)當(dāng)引起重視。尤其是消防泵等應(yīng)急設(shè)備希望起動(dòng)快，故障少，凡能采用全壓起動(dòng)者，均不應(yīng)采用降壓起動(dòng)。全壓起動(dòng)的缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大，籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流一般為額定電流的4?7倍，如果電動(dòng)機(jī)的功率較大，達(dá)到可與為其供電的變壓器容量相比擬時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流將會(huì)引起配電系統(tǒng)的電壓顯著下降，影響接在同一臺(tái)變壓器或同一條供電線路上的其他電氣設(shè)備的正常工作，因此在設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)引起配電系統(tǒng)的壓降有明確規(guī)定。JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.2.1.1條規(guī)定：“交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子上的計(jì)算電壓應(yīng)符合下列要求：(1)電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%,電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。(2)電動(dòng)機(jī)不與照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)敏感的負(fù)荷合用變壓器，且不頻繁起動(dòng)時(shí)，不應(yīng)低于額定電壓的80%。(3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的變壓器供電時(shí)，其允許值應(yīng)按機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩確定。對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。”對(duì)于自設(shè)變壓器的高壓用戶，較容易滿足上述電壓波動(dòng)值的限制，很可能允許全壓起動(dòng)，需要注意的是，《規(guī)范》中規(guī)定的電壓是電動(dòng)機(jī)端子上的計(jì)算電壓，其真正目的卻是為了限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電系統(tǒng)的電壓降，以免影響其他設(shè)備的運(yùn)行。過去曾規(guī)定“電源母線”電壓波動(dòng)值，由于“母線”的含義對(duì)于多級(jí)配電系統(tǒng)來說，其位置不太明確，不易掌握。現(xiàn)規(guī)定電動(dòng)機(jī)端子電壓，既易滿足配電系統(tǒng)的要求，又顧及到了相同條件下的其他電動(dòng)機(jī)?！兑?guī)范》規(guī)定電動(dòng)機(jī)端子上的計(jì)算電壓，實(shí)際上是配電系統(tǒng)電壓的參考點(diǎn)。隨著配電變壓器容量的不斷增大，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流占變壓器額定電流的比例越來越小，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)引起的壓降也越來越小，采用全壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也就越來越多。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的壓降及允許全壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)最大功率為控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電系統(tǒng)的壓降，需要進(jìn)行壓降的分析與計(jì)算。如果電動(dòng)機(jī)的電源是從變電所低壓柜以專線放射式引來，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)引起配電系統(tǒng)的壓降就接近變壓器出線端的壓降，而影響此壓降的主要因素是變壓器的內(nèi)阻抗，其表現(xiàn)形式是變壓器的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)pk%。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流、變壓器容量及其阻抗電壓百分?jǐn)?shù)，可以估算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電系統(tǒng)的壓降，以便預(yù)估電動(dòng)機(jī)是否可以全壓起動(dòng)，可按下式估算:△USt=((Kmst*Pm+Pa)/Stn)Uk%△USt——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電系統(tǒng)的壓降百分?jǐn)?shù)；Kmst——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)(起動(dòng)電流與額定電流之比)；Pm——電動(dòng)機(jī)額定功率(kW)；Pa——變壓器帶的其他負(fù)荷(kW)；Stn——變壓器的額定容量(kVA)；pk%——變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)。以上稱作估算，是因?yàn)楹雎粤艘恍┐我囊蛩?，如母線及開關(guān)上的壓降等，而且將有功功率與視在功率混算，有誤差，但誤差很小，能夠滿足工程設(shè)計(jì)的精度要求。假設(shè)Kmst=7,Pa=0.7Stn,pk%=4.5,代入并移項(xiàng)得Pm/Stn=(Ust-3.15)/31.5為了滿足《規(guī)范》的要求，將電動(dòng)機(jī)端子上的計(jì)算電壓推算到母線上，又顧及變壓器電動(dòng)機(jī)組的起動(dòng)方式，再設(shè)△Ust=7、10、12、15、30,代入計(jì)算結(jié)果如下：配電系統(tǒng)壓降百分?jǐn)?shù)710121530電動(dòng)機(jī)額定功率/變壓器額定容量0.1220.2170.2810.3760.852為了更直觀地看出不同變壓器容量允許全壓起動(dòng)的最大電動(dòng)機(jī)功率，并考慮到母線及開關(guān)上的壓降等因素，6(10)/0.4kV變壓器允許全壓起動(dòng)的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)最大的功率如下：變壓器供電的其他負(fù)荷及功率因數(shù)起動(dòng)時(shí)的電壓降供電變壓器的容量Stn(KVA)1001251601802002503154005005606307508001000起動(dòng)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大功率Pm(KW)Sa=0.5Stncos=0.710223030373755759011011513515518021515303755557590100155185185225240260280203755757590100155185225260280320340400Sa=0.6Stncos=0.81018.52230303755759011011513513515518515303055557590100155185185225240260280電源允許直接起動(dòng)的籠型電動(dòng)機(jī)最大功率(KW)，小容量發(fā)電廠每1KVA發(fā)電機(jī)容量為0.1-0.12KW，變電所經(jīng)常起動(dòng)時(shí)，不大于變壓器容量的20%。偶爾起動(dòng)時(shí)，不大于變壓器容量的30%。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，可以看出允許全壓起動(dòng)的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大功率。如果電源容量不夠大，不允許全壓起動(dòng)，則要改選更大容量的變壓器或采用降壓起動(dòng)。由城市低壓電網(wǎng)供電的電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的最大功率如果電動(dòng)機(jī)的電源是與其他負(fù)荷共用一條線路，樹干式配電引來，需要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的壓降對(duì)其他負(fù)荷的影響，進(jìn)行壓降計(jì)算，如果不滿足要求，則要加大供電線路的截面或采用降壓起動(dòng)。由城市低壓電網(wǎng)供電的電動(dòng)機(jī)大多都屬于這種情況，但因電源線路的情況難以了解，不易計(jì)算，所以《規(guī)范》第10.2.1.5條規(guī)定：“由城市低壓網(wǎng)絡(luò)直接受電的場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)允許全電壓起動(dòng)的容量應(yīng)與地區(qū)供電部門的規(guī)定相協(xié)調(diào)。如當(dāng)?shù)毓╇姴块T對(duì)允許籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)容量無明確規(guī)定時(shí)，可按下述條件確定：(1)由公用低壓電網(wǎng)供電時(shí)，容量在11kW及以下者，可全壓起動(dòng)；(2)由居住小區(qū)變電所低壓配電裝置供電時(shí)，容量在15kW及以下者可以全壓起動(dòng)?！?降壓起動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)將引起配電系統(tǒng)的壓降過大，或者在某種情況下規(guī)范不允許采用全壓起動(dòng)時(shí)，可采用降壓起動(dòng)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流與其端電壓成正比的關(guān)系，采用降低電動(dòng)機(jī)端電壓的辦法來減小起動(dòng)電流，從而減小配電系統(tǒng)的壓降，簡(jiǎn)稱降壓起動(dòng)。降壓起動(dòng)的方法較多，有星三角換接、自耦變壓器降壓、變壓器一電動(dòng)機(jī)組、延邊三角形換接、串電抗器或電阻器降壓等。對(duì)于中小型電動(dòng)機(jī)，采用星三角換接或自耦變壓器降壓的較多。串電抗器降壓起動(dòng)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與端子電壓的平方成正比，在降低電動(dòng)機(jī)端子電壓的同時(shí)，更顯著地降低了它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。若電動(dòng)機(jī)的電壓（電流）下降到原來的1/c時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩便下降到原來的1/c2。在電動(dòng)機(jī)定子回路中串入電抗器降壓起動(dòng)的方法就是如此。雖然起動(dòng)電流有所減小，但其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小得更多，使起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱更嚴(yán)重。如果被拖動(dòng)的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩較大，甚至?xí)饎?dòng)不起來，所以這種方法不夠好，建議在低壓系統(tǒng)中盡量少采用。自耦變壓器降壓起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)是將其原邊接供電電源，副邊（即原邊的一部分）接到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)到轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時(shí)，再切除自耦變壓器，將電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接入供電電源，電動(dòng)機(jī)在全電壓運(yùn)轉(zhuǎn)。這種起動(dòng)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)本身來說，降低了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓和起動(dòng)電流，仍符合電流與電壓成正比，轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比這個(gè)規(guī)律。假若自耦變壓器的抽頭變比為1：2,則電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓和電流都降到全壓起動(dòng)的一半，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低到全壓起動(dòng)的1/4。但是，需要強(qiáng)調(diào)的是此時(shí)配電線路中的電流（即自耦變壓器原邊的電流）比電動(dòng)機(jī)中的電流（即自耦變壓器副邊的電流）又小了一半，這樣配電線路中的電流也下降到全壓起動(dòng)的1/4,即這種起動(dòng)方式顯著地降低了配電系統(tǒng)中的電流和壓降。一般來說，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的端子電壓下降到額定電壓的K倍時(shí)（K為自耦變壓器抽頭變比，其值小于1）,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與配電系統(tǒng)中的電流均下降到額定電壓時(shí)的K2倍?？梢?，在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相同的情況下，采用自耦變壓器降壓比電抗器降壓更有效的減小了配電線路的電流和壓降。星三角換接降壓起動(dòng)星三角換接起動(dòng)是先將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成星形起動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時(shí)，再換接成三角形轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。星形連接同三角形連接相比，電動(dòng)機(jī)繞組的端子電壓和繞組中的電流降低到1/M3,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低到（1/M3）2,即1/3。電動(dòng)機(jī)星形連接時(shí)，繞組中的電流即配電系統(tǒng)中的電流。三角形連接時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組中的電流是相電流，而配電系統(tǒng)中的電流是線電流，相電流是線電流的1/M3。這樣，電動(dòng)機(jī)的星形連接與三角形連接相比，其起動(dòng)電流對(duì)配電系統(tǒng)而言下降了。所以，電動(dòng)機(jī)星三角換接的起動(dòng)方式，其端子電壓、繞組中的電流、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、配電系統(tǒng)中的電流（電壓降），四者的大小關(guān)系均相當(dāng)于1：3的自耦變壓器降壓的起動(dòng)方式，只是這個(gè)比例是固定不變的。自耦變壓器可以換接抽頭來改變其變化，從而可以根據(jù)配電系統(tǒng)中的壓降限制及負(fù)載的轉(zhuǎn)矩要求，選擇自耦變壓器與電動(dòng)機(jī)連接的抽頭，比星三角換接靈活。3其他起動(dòng)方式3.1變頻起動(dòng)變頻起動(dòng)是在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，用逐步提高電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率來提高電動(dòng)機(jī)的速度。這種起動(dòng)方式也降低了電動(dòng)機(jī)的端子電壓和起動(dòng)電流。因?yàn)樽冾l調(diào)速改變了異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，保持了電動(dòng)機(jī)的硬機(jī)械特性，與其他起動(dòng)方式相比，起動(dòng)電流小而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，對(duì)設(shè)備無沖擊力矩，對(duì)電網(wǎng)無沖擊電流，既不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，又有最理想的起動(dòng)特性。但是，這種起動(dòng)方式設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在不需要變頻調(diào)速的場(chǎng)合，如無特殊要求，只是為了得到良好的起動(dòng)特性而裝設(shè)變頻設(shè)備是不合適的。只有在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，才采用變頻起動(dòng)。近年來，在采用變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)中，其水泵、風(fēng)機(jī)都是變頻起動(dòng)的。4各種起動(dòng)方式的比較籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)各種起動(dòng)方式的特點(diǎn)如下:起動(dòng)方式全壓自耦變壓器降壓星三角換接變頻電動(dòng)機(jī)端子電壓U