电机起动方式的探讨及应用

　　【摘要：】本文论述了大功率鼠笼式三相异步电动机的几种启动方式及其优缺点，并介绍一种新型的启动方式在九江石化的应用。
　　【关键词：】起动转矩、降压启动、晶闸管、软启动
　　一． 前言
　　大功率交流电动机直接起动的冲击电流会造成多方面的危害，一是对短路容量有限的电网，造成电压下降，影响其他电气设备的正常运行；二是对电机及所带设备产生电气和机械冲击，加速电机老化或机械的损坏。在日常负荷较重、变压器备用容量不足的场合，直接起动大功率电动机可能导致起动电流无法躲过变压器过负荷保护，造成变压器跳闸，引发电气事故。
　　九江石化是一个始建于70年代末期的大中型石化企业，经过近年来的不断发展，一些重要变电所变压器容量不足的矛盾日益突出，大功率鼠笼式三相异步电动机直接起动引发的变压器跳闸事故时有发生。为解决这一问题，电气技术人员对大功率鼠笼式三相异步电动机的起动方式进行了有益的探讨。
　　二． 电动机起动方式的选择
　　作为引用最广泛的鼠笼式异步电动机，其采用降压起动的条件：一是电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩；二是电动机起动时，端电压不能满足规范要求；三是电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。
　　目前降压起动一般有两种方式，一种是降压起动，一种是软启动。降压起动的主要应用方式有Y/Δ起动和自耦变压器起动，Y/Δ起动方式的原理是通过接触器将电动机在起动时接成Y形，以降低电动机端电压，起动完成后通过接触器切换，电动机运行于Δ形接法。这种起动方式要求电动机有6个引出线，控制回路所需电器元件较多，线路复杂且故障率高，而且起动转矩损失严重（仅为Δ形接法的1/3），所以只适用于空载和轻载的场合，现已基本不再使用。自耦变压器起动可以根据起动转矩的要求调节自耦变压器的分接头，使得加至电动机端部电压降低为kUe（k为自耦变压器变比<1），电机电流降低为k2Iq，而且可以做成一体化的降压起动柜，适用于一般的通用鼠笼式异步电动机，但其线路复杂，维修费用较高，设备庞大安装不便。
　　软启动器又称为智能马达控制器（SMC），它是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术，用微处理器控制晶闸管的导通角，从而改变晶闸管的输出电压。通过程序控制晶闸管导通角的变化规律，控制晶闸管输出的变化规律，使电动机的启动/停止满足工艺的要求。它既能改变电动机的起动特性，保护拖动系统，更能保证电动机可靠起动，又能降低起动冲击，而且配有计算机通讯接口实现智能控制。
　　软启动控制器硬件原理图
　　另外，用交流变频器也可以实现单纯的电机软启动功能，但由于价格方面的因素，一般不应用于降压起动的用途。
　　下表为几种起动方式的性能、价格对照。
　　起动方式 直接起动 Y/Δ起动 自耦变压器起动 软启动 变频器起动
　　起动电流调节 无 有级 有级 无级 无级
　　起动转矩 大（=Mq） 小(=1/3Mq) 可调(=k2Mq) 可调
　　（5%~90%）Mq
　　可加突跳 可灵活调节
　　起动方式选择 无 无 无 4种 多种
　　电网压降 大 较大 较大 小 小
　　维护 无 复杂 复杂 简单 简单
　　投资费用 无 低 较高 较高 高
　　从以上性能、价格比较，为改善工艺，提高自动化水平，在有必要对电动机采取降压起动时应首选软启动。
　　三． 软启动在我厂的应用
　　九江石化因装置扩容的需要，在八罐区增设两台220KW鼠笼式三相异步电动机，型号为YB-355M1-2W，额定电流385.5A。八罐区变电所变压器容量800KVA，二次额定电流1155A，日常负荷约1000A，电动机直接起动时起动电流达到7Ie，时间约7秒，致使变压器过负荷保护动作，一次断路器跳闸，造成其他正常运行的机组停机、装置停产，经济效益受到严重损失，因此必须对电动机起动方式进行改造，才能满足生产要求。
　　经过充分调研和论证，并考虑到日后八罐区改造，自动化水平提高的要求，我们选用了美国A-B智能马达控制器，该类产品提供四种起动方式：①限流起动，限制电动机的起动电流，但损失起动转矩，主要应用于轻载起动的负荷。②软启动，在起动时间内电压从初始值开始线形上升，把传统的降压起动对电压的调节从有级变成了无级，但其初始转矩小，起动时间长，主要应用于重载起动。③突跳加软启动，在软启动的基础上的起动初期提供一个附加转矩以克服负载的静摩擦，然后转矩平滑上升，大大缩短起动时间，但突跳会向电网发送尖脉冲，干扰其他负荷。④泵控制，可在没有反馈设备的条件下，根据负载特性检测电动机起动参数，向电动机提供加速/减速的控制，并自动调节输出转矩，最大限度的减小机械冲击。
　　转矩
　　直接起动特性曲线
　　传统降压起动特性曲线
　　泵控制特性曲线
　　100%负荷特性曲线
　　100%速度
　　注：阴影部分为泵控制方式的加速转矩
　　泵控制的原理是把典型的泵特性曲线存入存储器作为基准，当电动机加速时，从电动机线电压、线电流的反馈，不断调节输出电压，并连续修改电动机的基本特性，使加速转矩接近恒定。由于没有突然的转矩变化，因此确保了电动机平滑的加速，对机械设备的冲击最小。
　　从以上电动机速度—转矩特性曲线中可以看出：泵控制是泵类负荷最理想的起动方式。
　　⑴改造后电动机的接线方式
　　⑵软启动器参数设定：选用泵起动方式，起动时间10s，泵停止时间0s，初始转矩80%，突跳启动时间1.8s。
　　⑶使用效果：电动机起动电流一般控制在3~4倍，未再引发变压器过负荷跳闸事故；电动机加速平衡，对机械设备的冲击大大降低。SMC特有完备的保护功能，如过载、堵转/失速、欠压、过压、电压不平衡等，基本做到免日常维护。
　　I（A）I（A）
　　980
　　560
　　140
　　8T(s)12t(s)
　　四． 结语
　　电动机的降压起动方式经过Y/Δ起动和自耦变压器起动，目前发展到电子智能软启动器。电子智能软启动器与其他同类产品相比，明显具有性能可靠，体积小，维护简便，而且易于实现智能化控制等优点。因此在电动机直接起动条件不能满足的前提下，可因地制宜地应用电子智能软启动器。
　　参考文献：
　　1．王琉东《电机学》浙江大学出版社1990年
　　2．周希章《电动机的起动、制动和调速》机械工业出版社1984年
　　3．A-B公司《智能马达控制器说明书》2000年

《电机起动方式的探讨及应用》

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