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电动机启动方法分析与选择准则

1.序言
        电动机直接启动的电流一般为6到8倍的额定电流,尤其是大型电动机启动时,会造成母线电压降低,严重情况下造成接触器脱扣,影响连续生产,造成巨大的经济损失。当前降压启动有星三角启动,自耦变压器降压启动,电容器启动,软启动启动多种方式,本文对这些方式的优缺点进行分析,给出了选择的相关准则。
2.全压启动准则
        符合下列条件应选择全压启动,否则选择降压启动:

(1)母线电压符合下列要求
第一是电动机频繁启动时不应低于系统标称电压的90%,电动机不频繁启动时不宜低于标称 电压的85%。

第二是配电母线上未接照明负荷或其他队电压下降敏感的负荷且电动机不频繁启动时,不应低于标称电压的80%。
第三是配电母线上未接其他设备时,可按保证电动机启动转矩的条件决定,对于低压电动机,还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
( 2 ) 被拖动的机械可以承受全压启动的冲击转矩
       下表给出了用电源容量估算的可全压启动的电动机最大功率,如果精确计算不方便的话,可以用下表进行估算。
3.降压启动准则 

降压启动方式选择的准则如下:
(1)启动时电动机机端电压满足传动机械的启动转矩---这是对机端电压的要求
Ustm为电动机机端电压,Mj为传动机械的静阻转矩相对值,Mstm为电动机启动转矩相对值。
典型传动机械的静阻转矩如下表所示,其中皮带运输机和球磨机,破碎机的静阻转矩都大于额定转矩,一般都会采用其他方法降低静阻转矩,例如球磨机,一般采用液力耦合器降低静阻转矩,启动以后慢慢加载,皮带电机一般是采用液力耦合器或者CST可控启动和传动装置。
( 2 )低压电动机,还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压---这是对母线电压的要求。
4.降压启动方法

4.1 星三角降压启动
       启动电压为0.58Ue,启动电流为0.33Ist,启动转矩为0.33Mst(Ist为电动机全压启动电流,Mst为全压启动转矩)。
优点:启动电流小,设备投入低,允许启动次数高。
缺点:启动转矩小,且二次冲击电流比较大,电流如下图,从星型转换到角型时,有比较大的二次冲击电流。

        适用范围:适用于定子绕组接线为角型且有6个引出端子的中小型电机。
接线原理图如下所示:
4.2 自耦变压器降压启动
        启动电压为0.8Ue(或者0.65Ue,低压自耦变压器例如QZB-J系列,有两个分接头),启动电流为0.64Ist(0.42Ist),启动转矩为0.64Mst(0.42Mst)。

优点:启动电流小,启动转矩大,性价比高。
缺点:设备价格高(55kW的大概1000元),自耦变压器带载能力比较差,只允许连续启动2次到3次,最长启动允许时间为40s到100s。例如QZB-J系列自耦变压器绕组内置热敏电阻,可以串接到二次控制回路中用于切断控制回路,防止变压器烧毁。
适用范围:启动转矩要求较高且有一定预算的用户。
接线原理图如下:
5.电容器补偿启动
       电动机在启动时视在功率非常大,但是功率因数很低(根据经验公式在0.26到0.35),主要是无功功率,例如电动机JS127-6,额定功率为185kW,启动容量为1.25MVA,按照启动功率因数0.35计算,启动时无功功率为1.17MVA,因此电动机就地进行电容器补偿,可以降低启动时的无功功率,进而降低启动电流。

       电容器补偿启动有两种方案,方案一是补偿电容器在启动和正常运行时都投入,这样补偿电容器可以在电动机正常运行时进行无功补偿,降低损耗。方案2是电容器只在启动过程中投入,启动完玩后退出。
       方案1的优点是电容器不需要专门的接触器(电容投切的接触器价格比较高),控制回路简单,缺点是因为不允许过补偿(过补偿可能导致机端电压过高,影响电动机绝缘) ,因此需要按照空载时无功功率进行补偿,根据经验值,一般电动机空载无功功率为满载的50%,需要按照这个指标进行电容器容量选择,这样实际上补偿功率很小,例如Y315L1-4电动机,功率为160kW,功率因数为0.89,启动容量为1.29MVA,额定无功功率为86.7kvar,选择的补偿电容功率为43.35kvar,补偿容量只占启动容量的3.3%,补偿电容对启动时电压降的影响很小。此种方式适用于电动机功率因数低,启动倍数比较小的情况
       方案2的优点是可以按照启动容量来选择,保证启动时的电压降满足要求,这个需要进行实际计算,太小则启动电压降无法降低,太大的话,切断补偿电容,会造成母线电压的二次扰动;启动完成后电容一定要切除,否则会造成过补偿。一般按照启动容量的一半选择启动电容。这要求针对补偿电容器的装置增加专门的智能控制装置,实时监测母线电压,合适的时机切除电容。
方案2接线原理图如下所示(方案1是在电容器前端加接触器),电容器需要接成三角形,这种接线要求补偿电容器内置放电电阻,保证断电后电容器电压降低到50V以下。
6. 总结

      本文主要介绍了全压启动和降压启动的选择准则,并对星三角,自耦变压器降压启动进行了分析,并介绍了应用中不太关注的电容器补偿启动,还有其他的启动方式,比如软启动器,变频启动等,这些投资都比较高,不需要太多分析。

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