化工企业大型电动机起动方式的研究

摘 要：在化工企业中，尤其空分企业大型电动机设备比较多，最明显的特点是设备功率比较大，直接启动电流很大，对电网电压造成很大的冲击，对电网中其它负载设备造成很大的影响，因此如何选择适当电机起动方式，对项目的成败至关重要的，本文主要是针对在空分企业，分析大型高压马达的启动方法，进行深入的分析和研究，并结合实际项目给出了有针对性的一些方法和见解。

关键词：空分企业；压降；软启动器；自藕变压器降压启动

引言

随着近几年我国经济的高速发展和进步，一些大型空分项目不断的投资和建设，大型空分设备的使用，尤其是高压电动机设备，它启动时电流到达额定值的数倍，造成电网的电压下降幅度比较大，为了项目的成功运行，选择一种既经济又高效的启动方式显得尤为重要。

1 电压降落的基本概念

电机启动时在配电系统中会引起电压下降，起动前的电压有效值U与起动时电压有效值Ust之差称为电压下降，用相对值（与系统标称电压Un的比值 ）或百分数表示，即：

ΔUst=（U-Ust）/Un

电动机在起动时，其端子电压应能保证被拖动的机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压下降不应妨碍其他用电设备的正常工作。

2 化工空分企业大型电动机常用的三种启动方法的解析

2.1 直接启动

直接启动也叫全压启动，是在定子绕组上直接施加额定电压而启动电动机的，其特点是开始时电动机转速为零，旋转磁场对转子有较大的相对速度，所以转子的感应电流很大，一般可达到额定电流的5～7倍，过大的启动电流会使电压显著下降，这不仅会使启动的电动机升速时间延长，甚至电机不能完成启动，导致上游开关跳闸，同时还会影响其他电气设备正常使用，直接启动的优点是最简单、最可靠、最经济、启动转矩也大，在电网参数最小短路容量满足要求的情况下，我们都会直接启动电动机，其缺点是启动电流大，在母线上引起电压下降也大，它会破坏电网其它设备的正常运行并会引起电网失去稳定，造成更大的事故，主要表现在以下两个方面：（1）启动的大电流常常会引发功率振荡，使电网失去稳定；（2）启动过程中大电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、失去自动控制等故障。

直接启动需要满足的条件：（1）在一般情况下，电机启动时压降不低于系统标称电压的85%，被拖动的机械能承受电动机的全压启动时的冲击转矩。（2）电机厂家对电机的启动方式没有进行特殊规定。

综上所述，只有电网系统的最小短路容量满足要求情况下我们才会考虑直接启动，就目前实际项目的经验来看，空分行业的鼓风机和压缩机，无论是离心式还是往复式，均采用高压电机，这样可以降低额定电流，同时也降低了启动的电流，而且全压启动的效果在实际运用中也是最好的。

2.2 软启动

起动电流小，但起动转矩也小，起动时间也较长，绕组温升也较高，起动电器元件也较复杂，软启动器一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸，待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，软启动的特点：

（1）无冲击电流，软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。

（2）恒流起动，软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。

（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。

软启动的适用范围：原则上，对于空分行业，如果高压电动机软启动就不再适用，而且软启动只能适用于一些轻型负载，对于重型负载，选型时需要认真考虑它所带的负载，在实际项目中，如果选型不当，就有可能导致烧毁晶闸管的可能。由于重型负载起动时间长，必然导致过度的发热，对于空压机，短时间内不能顺利启动，晶闸管会迅速升温，可能导致晶闸管毁坏。

2.3 自藕变压器降压启动

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。其优点是可以按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，而且不论电动机的定子绕组采用Y 或Δ接法都可以使用。其缺点是设备体积大，投资较贵，占用空间较大。

自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2=U1/K，副边电流I2也按正比减小。又因为变压器原副边的电流关系I1=I2/K，可见原边的电流比直接流过电动机定子绕组的要小，即此时电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2 倍。由于电压降低为1/K 倍，所以电动机的转矩也降为1/K2 倍。自耦变压器副边有2～3 组抽头，如二次电压分别为原边电压的90%、85%、80%。其启动的原理图如图1其主要的启动过程如下：QF3先合上，自耦变压器中性点柜投入使用，再合上QF1柜，此时电动机在85%的额定电压状态开始启动，通过时间继电器控制，QF3分离，QF2合上，电动机运行在85%额定电压状态下，整个启动过程大概18s以内完成。

3 结束语

对于大型电动机设备启动的选择，需要考虑各方面的制约因素，电网的最大和最小短路容量、母线上所带的各种负载、现场实际可以提供的空间，同时也要考虑工艺设备的要求，给出最合理的启动方法，既经济又高效、合理，这才能达到项目的预期，从而实现双赢。

参考文献

[1]钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[2]工业与民用配电设计手册[M]. 北京：中国电力出版社，2005.

[3]快速晶闸管的研究[J].电力电子技术，2005，6（2）：16-20.

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