化工企業大型電動機起動方式的研究

摘 要：在化工企業中，尤其空分企業大型電動機設備比較多，最明顯的特點是設備功率比較大，直接啟動電流很大，對電網電壓造成很大的沖擊，對電網中其它負載設備造成很大的影響，因此如何選擇適當電機起動方式，對項目的成敗至關重要的，本文主要是針對在空分企業，分析大型高壓馬達的啟動方法，進行深入的分析和研究，并結合實際項目給出了有針對性的一些方法和見解。

關鍵詞：空分企業；壓降；軟啟動器；自藕變壓器降壓啟動

引言

隨著近幾年我國經濟的高速發展和進步，一些大型空分項目不斷的投資和建設，大型空分設備的使用，尤其是高壓電動機設備，它啟動時電流到達額定值的數倍，造成電網的電壓下降幅度比較大，為了項目的成功運行，選擇一種既經濟又高效的啟動方式顯得尤為重要。

1 電壓降落的基本概念

電機啟動時在配電系統中會引起電壓下降，起動前的電壓有效值U與起動時電壓有效值Ust之差稱為電壓下降，用相對值（與系統標稱電壓Un的比值 ）或百分數表示，即：

ΔUst=（U-Ust）/Un

電動機在起動時，其端子電壓應能保證被拖動的機械要求的起動轉矩，且在配電系統中引起的電壓下降不應妨礙其他用電設備的正常工作。

2 化工空分企業大型電動機常用的三種啟動方法的解析

2.1 直接啟動

直接啟動也叫全壓啟動，是在定子繞組上直接施加額定電壓而啟動電動機的，其特點是開始時電動機轉速為零，旋轉磁場對轉子有較大的相對速度，所以轉子的感應電流很大，一般可達到額定電流的5～7倍，過大的啟動電流會使電壓顯著下降，這不僅會使啟動的電動機升速時間延長，甚至電機不能完成啟動，導致上游開關跳閘，同時還會影響其他電氣設備正常使用，直接啟動的優點是最簡單、最可靠、最經濟、啟動轉矩也大，在電網參數最小短路容量滿足要求的情況下，我們都會直接啟動電動機，其缺點是啟動電流大，在母線上引起電壓下降也大，它會破壞電網其它設備的正常運行并會引起電網失去穩定，造成更大的事故，主要表現在以下兩個方面：（1）啟動的大電流常常會引發功率振蕩，使電網失去穩定；（2）啟動過程中大電流中含有大量的高次諧波，會與電網電路參數引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、失去自動控制等故障。

直接啟動需要滿足的條件：（1）在一般情況下，電機啟動時壓降不低于系統標稱電壓的85%，被拖動的機械能承受電動機的全壓啟動時的沖擊轉矩。（2）電機廠家對電機的啟動方式沒有進行特殊規定。

綜上所述，只有電網系統的最小短路容量滿足要求情況下我們才會考慮直接啟動，就目前實際項目的經驗來看，空分行業的鼓風機和壓縮機，無論是離心式還是往復式，均采用高壓電機，這樣可以降低額定電流，同時也降低了啟動的電流，而且全壓啟動的效果在實際運用中也是最好的。

2.2 軟啟動

起動電流小，但起動轉矩也小，起動時間也較長，繞組溫升也較高，起動電器元件也較復雜，軟啟動器一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘，待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，軟啟動的特點：

（1）無沖擊電流，軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。

（2）恒流起動，軟起動器可以引入電流閉環控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩起動。

（3）根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。

軟啟動的適用范圍：原則上，對于空分行業，如果高壓電動機軟啟動就不再適用，而且軟啟動只能適用于一些輕型負載，對于重型負載，選型時需要認真考慮它所帶的負載，在實際項目中，如果選型不當，就有可能導致燒毀晶閘管的可能。由于重型負載起動時間長，必然導致過度的發熱，對于空壓機，短時間內不能順利啟動，晶閘管會迅速升溫，可能導致晶閘管毀壞。

2.3 自藕變壓器降壓啟動

自耦變壓器降壓啟動是指電動機啟動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓。待電動機啟動后，再使電動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運行。其優點是可以按允許的啟動電流和所需的啟動轉矩來選擇自耦變壓器的不同抽頭實現降壓啟動，而且不論電動機的定子繞組采用Y 或Δ接法都可以使用。其缺點是設備體積大，投資較貴，占用空間較大。

自耦變壓器的變比為K，原邊電壓為U1，副邊電壓U2=U1/K，副邊電流I2也按正比減小。又因為變壓器原副邊的電流關系I1=I2/K，可見原邊的電流比直接流過電動機定子繞組的要小，即此時電源供給電動機的啟動電流為直接啟動時1/K2 倍。由于電壓降低為1/K 倍，所以電動機的轉矩也降為1/K2 倍。自耦變壓器副邊有2～3 組抽頭，如二次電壓分別為原邊電壓的90%、85%、80%。其啟動的原理圖如圖1其主要的啟動過程如下：QF3先合上，自耦變壓器中性點柜投入使用，再合上QF1柜，此時電動機在85%的額定電壓狀態開始啟動，通過時間繼電器控制，QF3分離，QF2合上，電動機運行在85%額定電壓狀態下，整個啟動過程大概18s以內完成。

3 結束語

對于大型電動機設備啟動的選擇，需要考慮各方面的制約因素，電網的最大和最小短路容量、母線上所帶的各種負載、現場實際可以提供的空間，同時也要考慮工藝設備的要求，給出最合理的啟動方法，既經濟又高效、合理，這才能達到項目的預期，從而實現雙贏。

參考文獻

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