泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究

卜敬宇

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究

卜敬宇

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

通過典型案例介紹了泵類負(fù)載起動(dòng)過程中電機(jī)出現(xiàn)的低速爬行，無法順利起動(dòng)等問題，論證表明在電機(jī)設(shè)計(jì)中不僅要考慮堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，更要考慮起動(dòng)過程轉(zhuǎn)矩是否滿足負(fù)載起動(dòng)要求。

泵負(fù)載；起動(dòng)；轉(zhuǎn)矩

0　引言

目前中國電機(jī)用量最大的機(jī)械設(shè)備為泵、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，這三類設(shè)備的電機(jī)用量占電機(jī)總用量的74.2%，除這三類設(shè)備外，電機(jī)還大量應(yīng)用在攪拌機(jī)、傳送裝置、破碎機(jī)等設(shè)備上。

從使用臺數(shù)看，目前中國電機(jī)用量最大的機(jī)械設(shè)備為泵、傳送裝置、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和攪拌機(jī)等設(shè)備，其用量占電機(jī)總體使用量的76.3%，其中用于各類泵的電機(jī)占電機(jī)總在用臺數(shù)的50.2%。

泵類負(fù)載電機(jī)根據(jù)使用場所的不同，對電機(jī)性能要求不盡相同，我公司為某核電站生產(chǎn)制造的噴淋泵配套電機(jī)根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，電機(jī)需滿足70%Un下帶載起動(dòng)。

1　實(shí)驗(yàn)過程

某核電站噴淋泵電機(jī)需要進(jìn)行0.7Un負(fù)載起動(dòng)試驗(yàn)，由于該試驗(yàn)需要聯(lián)泵進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，故試驗(yàn)在電機(jī)產(chǎn)成交付后泵廠進(jìn)行。

試驗(yàn)前，對電機(jī)進(jìn)行負(fù)載性能試驗(yàn)，電機(jī)滿足技術(shù)規(guī)格書及技術(shù)協(xié)議規(guī)定的各項(xiàng)要求。試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)從額定電壓逐漸降壓啟動(dòng)，直至降到0.74Un下機(jī)組能夠順利起動(dòng)，但當(dāng)電壓降到0.7Un時(shí)，起動(dòng)電機(jī)后機(jī)組流量逐漸上升，達(dá)到880m3/s時(shí)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間超過試驗(yàn)系統(tǒng)保護(hù)限定的20s，電機(jī)尚未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

2　數(shù)據(jù)擬合

根據(jù)泵廠的反饋，我公司對由于電機(jī)造成可能引起起動(dòng)問題的原因進(jìn)行了分析，將電機(jī)在0.7Un電壓下的M-S曲線與泵的阻轉(zhuǎn)矩曲線在同一坐標(biāo)系上進(jìn)行了對比，在轉(zhuǎn)速1185r/min時(shí)兩條曲線最接近，詳見圖1。

根據(jù)圖1可知：電機(jī)M-S曲線為根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩的實(shí)測值繪制的，泵阻轉(zhuǎn)矩曲線為泵廠提供的曲線，上邊為電機(jī)曲線，下邊為泵曲線。

3　原因分析

機(jī)組在0.8Un下滿足起動(dòng)要求，在0.7Un下沒有實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，從圖1曲線中可以看出，兩條曲線在起動(dòng)過程中部分區(qū)域非常接近。電機(jī)性能參數(shù)是互為影響的綜合性指標(biāo)，在電磁設(shè)計(jì)時(shí)，過分要求了電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)過程部分段轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)裕度小，理論分析能夠滿足機(jī)組起動(dòng)的要求，但如果試驗(yàn)過程中試驗(yàn)條件有波動(dòng)，電機(jī)可能會出現(xiàn)起動(dòng)過程中低速爬行，甚至出現(xiàn)不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。

水泵負(fù)載起動(dòng)初期，由于有靜阻力矩的存在，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的升高而下降，當(dāng)下降到最低點(diǎn)后，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，由于水泵的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n關(guān)系為T∝n2，因此轉(zhuǎn)矩升高過程將呈現(xiàn)圖1中所示的拋物線形快速上升。因此拖動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)的不僅考慮起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩都要大一些較好，而且要保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線能夠?qū)⒈玫霓D(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線全部包絡(luò)，避免系統(tǒng)出現(xiàn)不能起動(dòng)或低速爬行狀態(tài)。

4　改進(jìn)方案

為滿足機(jī)組起動(dòng)要求，我公司對噴淋泵電機(jī)的電磁性能進(jìn)行了調(diào)整，重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子槽型，改進(jìn)前后的轉(zhuǎn)子槽型見圖2，在滿足起動(dòng)電流等性能指標(biāo)的同時(shí)改善起動(dòng)性能，尤其改善過程轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線在起動(dòng)過程中始終高于泵阻轉(zhuǎn)矩曲線，即加大起動(dòng)過程中加速轉(zhuǎn)矩，調(diào)整后電機(jī)0.7Un電壓下M-S速曲線與泵阻轉(zhuǎn)矩?cái)M合曲線見圖3。

5　試驗(yàn)驗(yàn)證

對重新生產(chǎn)轉(zhuǎn)子的電機(jī)進(jìn)行了型式試驗(yàn)，性能指標(biāo)滿足技術(shù)規(guī)格書及技術(shù)協(xié)議的要求。 電機(jī)在泵廠進(jìn)行了0.7Un負(fù)載的起動(dòng)性能了測試，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1440r/min泵流量為1020m3/h泵組達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)后的電機(jī)滿足了技術(shù)規(guī)格書中0.7Un下帶載起動(dòng)要求。

6　結(jié)語

通過此案例的分析和處理，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對不同負(fù)載應(yīng)采取針對性的設(shè)計(jì)，不僅是效率、功率因數(shù)、起動(dòng)電流倍數(shù)、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)五大性能指標(biāo)滿足要求，起動(dòng)性能也應(yīng)特殊考慮。對泵類負(fù)載在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，更要考慮電機(jī)起動(dòng)過程轉(zhuǎn)矩是否包絡(luò)泵的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)起動(dòng)過程中機(jī)組出現(xiàn)低速爬行、無法起動(dòng)情況。

[1]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2]海南昌江核電廠6kV異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(編號：0738T5005).

[3]金福鑫.高壓水泵電機(jī)軟啟動(dòng)分析.防爆電機(jī)，2015.4.

Starting Research on Motor with Pump Lading

Bu Jingyu

(JiamusiElectricMachineCo.,Ltd.,Jiamusi154002,China)

Based on typical case, this paper introduces the problems occurred in motor with pump loading during starting process, such as low-speed creeping and unsuccessfully starting. When design the motor, the designer should not only consider locked-rotor torque and maximum torque, but also consider whether the torque meet requirement of the load or not during starting process.

Pump loading；starting；torque

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.04.04

TM301.3

A

1008-7281(2016)04-0013-002

卜敬宇男1981年生；畢業(yè)于佳木斯大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)設(shè)計(jì)與研發(fā)工作.

2016-03-28