電排站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式探究,電氣工程論文

電排站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式探究,電氣工程論文內(nèi)容摘要：電排站工程設(shè)計(jì)建造階段,需根據(jù)實(shí)際需要,考慮怎樣對電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和保衛(wèi)進(jìn)行優(yōu)化,這對于泵站長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文結(jié)合本身多年工作經(jīng)歷體驗(yàn),從水泵的啟動(dòng)特點(diǎn)出發(fā),淺析了電排站常用的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)全壓及降壓各種啟動(dòng)方式,從基本作用原理角度,對各種啟動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比照,希望能夠?qū)π袠I(yè)內(nèi)相關(guān)單位提供可行的技術(shù)參考意見。本文關(guān)鍵詞語：電排站,電動(dòng)機(jī),啟動(dòng)方式通常電排站與水泵負(fù)載相連的電機(jī)，全年的工作情況來看，只要在排澇時(shí)段是持續(xù)作業(yè)的，無需進(jìn)行頻繁操作，所以設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)只需考慮額定功率超過水泵負(fù)載功率就能實(shí)現(xiàn)正常工作。根據(jù)實(shí)際情況，常用小型電排站多數(shù)會(huì)結(jié)合價(jià)格、設(shè)備構(gòu)造、維護(hù)保養(yǎng)等綜合因素，選擇三相溝通鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，電壓、功率，轉(zhuǎn)速與水泵相配套。還有一種繞線型電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩更大，但同等功率下，其價(jià)格比鼠籠型高很多。多數(shù)情況下水泵負(fù)載選用低壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)就能知足要求。但是碰到降壓啟動(dòng)難以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求時(shí),就要選擇繞線式電動(dòng)機(jī)來替代。傳統(tǒng)的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方案是比擬成熟的，不過隨著科技不斷進(jìn)步，一些新的電機(jī)啟動(dòng)控制方式逐步發(fā)展起來，所以要做好各項(xiàng)啟動(dòng)方式的充分比照，實(shí)現(xiàn)優(yōu)中選優(yōu)。1水泵的啟動(dòng)特點(diǎn)1.1水泵機(jī)組的啟動(dòng)特性通常離心水泵出口壓力等于其揚(yáng)程和流量相乘，而且跟水泵轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)正比例關(guān)系。所以，電機(jī)啟動(dòng)的剎那，轉(zhuǎn)輪是零轉(zhuǎn)速，其負(fù)載帶動(dòng)的水泵出口壓力也是零。當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速持續(xù)增加時(shí)，水泵出口壓力也就跟著線性增大。從根本情況分析，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)過中的水泵與軸承之間也或多或少有一定的摩擦阻力，因而，要想水泵順利啟動(dòng)就必須讓啟動(dòng)力矩超過水泵本身的靜阻力矩，同時(shí)要解決轉(zhuǎn)動(dòng)慣量問題，這樣就能讓水泵快速提升轉(zhuǎn)速，短時(shí)間內(nèi)維持在額定轉(zhuǎn)速工況下工作。水泵所承受的摩擦力和推力鏡板、軸承直徑、面積以及潤滑條件密切相關(guān)。計(jì)算數(shù)據(jù)表示清楚，整個(gè)泵組由摩擦阻力構(gòu)成的力矩約為水泵額定力矩的20%左右。能夠用公式表示出關(guān)系：Mc=fGRMc代表摩擦力矩；f是摩擦系數(shù)；G是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量、水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量以及水的推力之和；R為鏡板的平均半徑。1.2異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性主要有兩點(diǎn)：一是必須能夠提供設(shè)計(jì)要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過阻力和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩之和，不然的話將難以正常啟動(dòng)；二是到達(dá)正常啟動(dòng)的條件后，啟動(dòng)電流盡量減小，由于霎時(shí)電流過大的化會(huì)給電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身造成宏大沖擊，容易引發(fā)安全事故。排水站機(jī)組設(shè)計(jì)方案中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速足夠大才能夠帶動(dòng)水泵和并且保持持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。2電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式分析傳統(tǒng)的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)主要是全壓啟動(dòng)和降壓啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式，隨著科技不斷進(jìn)步，軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)方式也逐步普及開來。(1)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)經(jīng)過，兩端電壓穩(wěn)定在一定范圍，實(shí)現(xiàn)有效的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)負(fù)載，同時(shí)保證對配電系統(tǒng)電壓的沖擊不能影響用電設(shè)備正常運(yùn)行。(2)通常條件下，電動(dòng)機(jī)工作場合要?jiǎng)?wù)實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)，必須確保其兩端電壓不小于額定電壓90%；電動(dòng)機(jī)工作場合不要?jiǎng)?wù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，必須確保其兩端電壓不小于額定電壓85%。2.1全壓啟動(dòng)方式分析通常講的全壓啟動(dòng)其連接方式較簡單，就是把電動(dòng)機(jī)定子繞組接線柱直接與額定電壓連接啟動(dòng)，所以又被稱作直接啟動(dòng)。該啟動(dòng)方式所需啟動(dòng)電流非常大，測量數(shù)據(jù)表示清楚，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流通常是其本身4～7倍的額定電流大小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩介于額定轉(zhuǎn)矩1.2～2.0倍范圍內(nèi)。該啟動(dòng)方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、所需時(shí)間短、啟動(dòng)設(shè)備簡單、操作簡單、容易保養(yǎng)、投入少和故障率很少等一系列優(yōu)點(diǎn)。缺乏之處，需注意假如在頻繁啟動(dòng)的工作場景運(yùn)用該啟動(dòng)方式，由于電流過大發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)繞組，引發(fā)火災(zāi)。轉(zhuǎn)矩變化過快也容易損傷電動(dòng)機(jī)軸承和減速齒輪，長期運(yùn)行將導(dǎo)致機(jī)械性能不斷降低。假如連接的是泵類負(fù)載，其連接皮帶一段時(shí)間后會(huì)嚴(yán)重磨損無法使用，而且泵管道內(nèi)水壓快速增大，容易導(dǎo)致管路產(chǎn)生裂紋。利用全壓啟動(dòng)方式時(shí)，假如是大功率電動(dòng)機(jī)的前提下，直接導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電源突然快速降低，很可能會(huì)觸發(fā)其他網(wǎng)內(nèi)設(shè)備低電壓保衛(wèi)裝置，以致于發(fā)生跳閘現(xiàn)象，還有可能導(dǎo)致其它電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩缺乏而停止運(yùn)行。為了克制大功率電機(jī)的沖擊，電網(wǎng)電源需要增大配電變壓器的裝載容量。不過，一些中小型泵站運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)允許最大容量一般是變壓器容量30%以內(nèi)才能夠?qū)崿F(xiàn)。不過這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電排站工程成本投入加大，也會(huì)使變壓器運(yùn)行中銅損和鐵損加劇，進(jìn)而消耗更多電能源和電費(fèi)。2.2降壓啟動(dòng)方式分析2.2.1星-三角降壓啟動(dòng)方式根據(jù)測量數(shù)據(jù)所示，利用星-三角型降壓啟動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)所需的啟動(dòng)電壓是正常工作時(shí)額定電壓的0.58倍，啟動(dòng)電流只要三角形連接方式啟動(dòng)電流的0.33倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只要三角形連接方式的0.33倍。該啟動(dòng)方式多數(shù)是用在定子繞組額定電壓380V，正常運(yùn)行時(shí)三角形連接，同時(shí)啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行階段負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須維持較低數(shù)值的中小型容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。星-三角型降壓啟動(dòng)設(shè)備價(jià)格便宜，操作簡單，維護(hù)難度小。整個(gè)啟動(dòng)經(jīng)過中，電流和轉(zhuǎn)矩都偏小，頻繁啟動(dòng)也不會(huì)造成影響。所以通常小型泵站會(huì)選用這種啟動(dòng)方式，經(jīng)濟(jì)高效且穩(wěn)定。2.2.2延邊三角形降壓啟動(dòng)方式這種啟動(dòng)方式是在星-三角型降壓啟動(dòng)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改良的一種施行方案。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)之前，定子繞組一邊采用三角形連接方式，一邊采用星型連接方式。完成電機(jī)啟動(dòng)后，再繞組全部改回三角形連接方式，電動(dòng)機(jī)保持額定轉(zhuǎn)速工作。該啟動(dòng)方式的啟動(dòng)電壓、啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨著變化的抽頭比例而發(fā)生調(diào)整。該啟動(dòng)方式同時(shí)兼顧自耦變壓器降壓和星-三角型兩種形式的優(yōu)點(diǎn)。其施行經(jīng)過中的電機(jī)啟動(dòng)電流較小，但是轉(zhuǎn)矩卻較大，即便頻繁啟動(dòng)也不會(huì)造成不利影響。這種啟動(dòng)方式多用在繞組額定電壓380V，具有9個(gè)出線頭的電動(dòng)機(jī)。2.2.3電阻降壓啟動(dòng)方式運(yùn)用這種啟動(dòng)方式，要在三相定子回路中串連對稱三相電阻，對啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成分壓分流作用。等到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，再短接各項(xiàng)電阻，實(shí)現(xiàn)電機(jī)額定電壓工作工況。采取該方式時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)電流偏大，但輸出轉(zhuǎn)矩偏小。啟動(dòng)經(jīng)過會(huì)損耗較多能源，頻繁啟動(dòng)的話，電阻溫度不斷上升，會(huì)對周圍的精致細(xì)密設(shè)備造成干擾。而且從節(jié)能角度來看，不建議采用這種方式。2.2.4自耦變壓器降壓啟動(dòng)方式該方式又叫補(bǔ)償器啟動(dòng)。啟動(dòng)電機(jī)前，要先把高壓側(cè)電線接到電網(wǎng)，低壓側(cè)接到電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩利用抽頭位置實(shí)現(xiàn)可調(diào)。自耦變壓器均有65%和80%額定電壓的兩組抽頭，選擇不同組別啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為其額定數(shù)量的43.2%和64%。該啟動(dòng)方式下啟動(dòng)電流偏小，輸出轉(zhuǎn)矩較大。但是自耦降壓器一套裝置體積大、投入成本高，多用在高壓、低壓電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)工況。2.2.5電抗器降壓啟動(dòng)方式使用該啟動(dòng)方式時(shí)，要把電抗器接入定子回路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，把電抗器斷開。該方式的啟動(dòng)電流隨電壓成正比降低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比例關(guān)系。啟動(dòng)電流偏大，輸出轉(zhuǎn)矩較小。一般常用于輕載啟動(dòng)的高壓電動(dòng)機(jī)。2.3軟啟動(dòng)方式軟啟動(dòng)方式從其根本屬性來看，是屬于降壓啟動(dòng)的特殊類型。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外表，軟啟動(dòng)器在對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，其呈現(xiàn)出性能曲線平滑，可調(diào)啟動(dòng)電流較小，等待時(shí)間較少。假使泵站電動(dòng)機(jī)數(shù)量大，借助1臺(tái)軟啟動(dòng)器能夠控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。另外能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)全經(jīng)過自動(dòng)切換，主要適用于大功率電動(dòng)機(jī)日常工作使用。軟啟動(dòng)器的輸出電壓都是呈現(xiàn)規(guī)律增加的狀態(tài)，帶動(dòng)的負(fù)載電壓由也會(huì)隨之持續(xù)增加到額定電壓，轉(zhuǎn)速變化經(jīng)過相對于較平穩(wěn)，從零開場一直逐步到達(dá)穩(wěn)定的額定轉(zhuǎn)速。軟啟動(dòng)器多數(shù)都是用于控制大功率電機(jī)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，電動(dòng)機(jī)功率只要不超過1200kW都是能夠?qū)崿F(xiàn)自由控制的。3各種啟動(dòng)方式的比照分析3.1從對電網(wǎng)電源電壓沖擊情況比照全壓啟動(dòng)方式，多數(shù)會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電源突然快速降低，很可能會(huì)觸發(fā)其他網(wǎng)內(nèi)設(shè)備低電壓保衛(wèi)裝置，以致于發(fā)生跳閘現(xiàn)象，還有可能導(dǎo)致其它電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩缺乏而停止運(yùn)行。星-三角降壓啟動(dòng)時(shí)的短暫時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)極大的電流高峰，這一霎時(shí)的電流產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是有害的，會(huì)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、軸連接器、減速齒輪和負(fù)載水泵產(chǎn)生損害。星-三角和自耦變壓器這兩種降壓啟動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)明顯降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)產(chǎn)生的有害沖擊，也能讓電動(dòng)機(jī)順利安全啟動(dòng)運(yùn)行，不過電動(dòng)機(jī)難以實(shí)現(xiàn)平順線性啟動(dòng)和停車，還存在一定的缺乏。軟啟動(dòng)器的操作方式，能夠讓電壓穩(wěn)步提高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也穩(wěn)定增加直至到達(dá)額定工作工況。整個(gè)啟動(dòng)經(jīng)過能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平滑順暢運(yùn)行，還能對啟動(dòng)經(jīng)過限流值、啟動(dòng)時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整。這種方式能有效減少?zèng)_擊電網(wǎng)電源影響。能夠順利操控各類大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和工作，時(shí)當(dāng)前最好的降壓啟動(dòng)方案。3.2根據(jù)負(fù)載情況比照假如站用變壓器的負(fù)載率不超過30%，全壓啟動(dòng)方式較好；當(dāng)變壓器的負(fù)載率介于30%-58%范圍，多建議采取星-三角啟動(dòng)或軟啟動(dòng)；變壓器負(fù)載率超過58%時(shí)，一般采取自耦變壓器降壓啟動(dòng)。3.3根據(jù)投入成本比照星-三角啟動(dòng)器單價(jià)為60元/kW，但是日常工作很容易出現(xiàn)故障，后期維護(hù)費(fèi)用較大。自耦降壓啟動(dòng)器80元/kW，但是其構(gòu)造較大，布置占用更多空間，不過故障率相對前者要少一些，而且維護(hù)成本也降低不少；軟啟動(dòng)器價(jià)格介于100～200元/kW，但是很少出現(xiàn)故障，因而后期的維護(hù)保養(yǎng)成本最少。結(jié)束語總而言之，在設(shè)計(jì)選擇電排泵站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式時(shí)，要綜合泵站設(shè)計(jì)基本性能參數(shù)要求和工程總投資等情況來分析?？茖W(xué)化地選用并施行泵站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方案，對控制電排站工程成本投入、延長設(shè)備使用壽命有極大的幫助，還能借助節(jié)