電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇-解析

1、電機(jī)啟動(dòng)方式的選擇籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，用簡(jiǎn)便計(jì)算及列表方法表示全壓起動(dòng)時(shí)配電系統(tǒng)的壓降，并對(duì)全壓起動(dòng)和各種降壓起動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，以便選擇，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩作了簡(jiǎn)要分析? 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)星三角換接起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)起動(dòng)電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,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)1.1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(chēng)

2、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(lái)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(guò)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

3、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57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。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

4、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(hù)，較容易滿(mǎn)足上述電壓波動(dòng)值的限制，很可能允許全壓起動(dòng)，這正是本文要討論的主要問(wèn)題之一 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(guò)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(lái)說(shuō)，其位置不太明確，設(shè)計(jì)者不易掌握。現(xiàn)規(guī)定電動(dòng)機(jī)端子電壓，既易滿(mǎn)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)。規(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

5、起動(dòng)電流占變壓器額定電流的比例越來(lái)越小，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)引起的壓降也越來(lái)越小，采用全壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也就越來(lái)越多? 1.2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(zhuān)線放射式引來(lái)，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)。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：st=(Kmst*Pm+Pa)/Stn) Uk% 式中： U

6、St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) Uk變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)該式之所以稱(chēng)作估算，是因?yàn)楹雎粤艘恍┐我囊蛩兀缒妇€及開(kāi)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(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的精度要求. 如果電動(dòng)機(jī)的電源是與其他負(fù)荷共用一條線路，樹(shù)干式配電引來(lái)，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(mǎn)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

7、，不易計(jì)算，所以 “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(mén)的規(guī)定相協(xié)調(diào)。如當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)對(duì)允許籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)容量無(wú)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)，容量為5kW及以下者可以全壓起動(dòng)。2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(guò)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(lái)減小起動(dòng)電流，從而減小配電系統(tǒng)的壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)降壓起動(dòng) 降壓起動(dòng)的方法較多，有星三角換接、自耦變

8、壓器降壓、變壓器電動(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 2.1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。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(lái)，所以這種方法不夠好，在低壓系統(tǒng)中很少采用. 2.2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，副辿即原邊的一部分)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)

9、，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(lái)說(shuō)，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50%,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壓又小了一半，這樣配電線路中的電流也下降到全壓起動(dòng)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(lái)說(shuō)，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

10、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2倍。可見(jiàn)，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. 2.3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，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低到1 /2。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/。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

11、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)中的電流電壓比，四者的大小關(guān)系均相當(dāng) 1 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(lái)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(lái)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)

12、設(shè)備無(wú)沖擊力矩，對(duì)電網(wǎng)無(wú)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(wú)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(lái)，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 5水泵起動(dòng)方式選擇 民用與一般工業(yè)建筑的水泵，多為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的離心泵。它的起動(dòng)也是要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩，且配電系統(tǒng)的電壓降不超過(guò)允許值。水泵起動(dòng)的阻轉(zhuǎn)矩主要是由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機(jī)械慣性和靜動(dòng)摩擦等構(gòu)成.水的阻力、水泵的機(jī)械慣性阻力均與水泵的

13、轉(zhuǎn)速、加速度及葉輪直徑有關(guān)，速度低時(shí)阻力小。因水泵的葉輪直徑不大，機(jī)械慣性小，起動(dòng)阻力小。水的靜壓阻力與揚(yáng)程有關(guān)，水泵起動(dòng)之初，由于水管中止回閥的作用，靜壓與靜摩擦不同時(shí)起作用，有利于起動(dòng)。綜上所述，水泵的起動(dòng)阻力矩較小，一般為額定阻轉(zhuǎn)矩的30，屬于輕載起動(dòng).一般Y系列籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，均大于額定轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)采用全壓起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于水泵的阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)較快。只有采用降壓起動(dòng)時(shí)，才需研究電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。例如，采用星三角換接方式起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓起動(dòng)的1/3，仍可滿(mǎn)足水泵的起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩要求.5.1消防泵的起動(dòng) 消防泵起動(dòng)時(shí)引起的配電系統(tǒng)電壓波動(dòng)也必須在規(guī)范

14、允許的范圍內(nèi),消防泵屬于不頻繁起動(dòng)，按規(guī)范要求，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子上的計(jì)算電壓不低于額定電壓的85；當(dāng)其不與照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)敏感的負(fù)荷合用變壓器時(shí)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)端子上的計(jì)算電壓不應(yīng)低于額定電壓80。這個(gè)規(guī)定值是為了保證與消防泵合用供電變壓器的其他電動(dòng)機(jī)，在相同條仿端子電壓)下的最大轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩。三相異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩.0.6倍，若電動(dòng)機(jī)的端子電壓為額定電壓0.8倍時(shí)，其最大轉(zhuǎn)矩為額定.1.024倍。因此，80的額定電壓保證了正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不小于其額定轉(zhuǎn)矩，不影響其正常運(yùn)行.5.2生活給水及其他用途水泵的起動(dòng) 生活給水泵起動(dòng)比較頻繁，起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端子上的計(jì)算電

15、壓，不宜低于額定電壓的90。因?yàn)樯罱o水泵的容量一般不大，對(duì)于自設(shè)變壓器的高壓用戶(hù)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)可以全壓起動(dòng)。由城市公用電網(wǎng)供電或由很小容量的變壓器供電時(shí)，可能要降壓起動(dòng)。生活給水泵電動(dòng)機(jī)采用星三角換接方式起動(dòng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低，便于操作及維護(hù)，被廣泛采用 、排水泵、熱水循環(huán)泵、消防補(bǔ)壓泵電動(dòng)機(jī)功率一般也不大，通常采用全壓起動(dòng) 6風(fēng)機(jī)的起動(dòng)民用與一般工業(yè)建筑中采用的風(fēng)機(jī)，多數(shù)為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的離心風(fēng)朿軸流風(fēng)機(jī),其起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類(lèi)似，阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比，所以有的設(shè)計(jì)手冊(cè)將離心式風(fēng)機(jī)與水泵同樣對(duì)待。實(shí)際上，它們還是有區(qū)別的，把它們同樣對(duì)待不盡合理。因?yàn)?，風(fēng)機(jī)與水泵的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)于高揚(yáng)程水泵，有多級(jí)結(jié)構(gòu)，葉輪直徑?。欢L(fēng)機(jī)就很少有多級(jí)的，且葉輪直徑大，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比水泵的大得多，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械慣性阻轉(zhuǎn)矩也大得多。如果風(fēng)機(jī)不關(guān)風(fēng)閥起動(dòng)，將因空氣升能、管道阻力、摩擦阻力等因素，致使風(fēng)機(jī)起動(dòng)比水泵起動(dòng)困難，起動(dòng)加速的時(shí)間較長(zhǎng)。考慮到風(fēng)機(jī)起動(dòng)較困難的特點(diǎn)，在選擇風(fēng)機(jī)主電路的控制保護(hù)設(shè)備時(shí)需注意，其低壓斷路器的熱脫扣器額定電流不可選得過(guò)緊，過(guò)載保護(hù)的熱繼電器要躲過(guò)起動(dòng)電流。當(dāng)風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，如果選用雙金屬片式熱繼電器，則在風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需將其短接，待起動(dòng)完畢后再接入，以免