淺談排灌站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選定

趙志強(qiáng)

（四會(huì)市機(jī)電排灌管理站，廣東 四會(huì) 526200）

淺談排灌站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選定

趙志強(qiáng)

（四會(huì)市機(jī)電排灌管理站，廣東 四會(huì) 526200）

電力排灌站電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和保護(hù)是泵站正常運(yùn)行的重要因素。文章針對(duì)排灌泵站鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式及啟動(dòng)方式的比較，著重對(duì)排灌泵站常用的低壓三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇進(jìn)行了探討。

排灌站；電動(dòng)機(jī)；啟動(dòng)方式

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有全電壓起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種形式。在電力排灌站中，拖動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)多數(shù)為三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，僅有少數(shù)大功率的電動(dòng)機(jī)采用同步電動(dòng)機(jī)。三相籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但它啟動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較強(qiáng)干擾。尤其是大功率電動(dòng)機(jī)的重載啟動(dòng)，可能對(duì)其他電氣設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)方式很多，隨著電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，各種新的起停和控制方式也脫穎而出，合理選擇電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式尤為關(guān)鍵。

1 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式

三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式一般分為直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)先后得以應(yīng)用。①電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其端子電壓能保證機(jī)械要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。②在一般情況下，電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%；電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。

1.1 全壓?jiǎn)?dòng)

全壓?jiǎn)?dòng)是最簡(jiǎn)單啟動(dòng)方式，它是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入額定電壓?jiǎn)?dòng)，因此也稱為直接啟動(dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)電流大，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流一般為額定電流的4～7倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1.2～2.0倍。全壓?jiǎn)?dòng)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)時(shí)間短、啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于維護(hù)、投資省和設(shè)備故障率低等優(yōu)點(diǎn)。采用全壓?jiǎn)?dòng)，在頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合，大的啟動(dòng)電流易使電動(dòng)機(jī)繞組過熱受損。突變的轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)的軸承及減速齒輪產(chǎn)生沖擊，使其機(jī)械性能下降。對(duì)泵類負(fù)載，會(huì)使皮帶打滑，泵管道內(nèi)水壓變化大，造成管道破裂。

采用全壓?jiǎn)?dòng)，如果電動(dòng)機(jī)的功率較大，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流將會(huì)引起配電系統(tǒng)的電壓顯著下降，導(dǎo)致其他設(shè)備低電壓保護(hù)跳閘，或其他電機(jī)因驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降而堵轉(zhuǎn)。要保證電網(wǎng)電壓正常工作，往往要加大配電變壓器的容量。對(duì)于中小型泵站的電機(jī)，允許直接啟動(dòng)的最大容量，一般不宜超過變壓器容量的35 %。這樣一方面造成設(shè)備投資的增加；另一方面增加了變壓器銅損和鐵損，造成不必要能源損耗，電費(fèi)增加。

1.2 降壓?jiǎn)?dòng)

1.2.1 星—三角降壓?jiǎn)?dòng)

采用星一三角型降壓?jiǎn)?dòng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電壓為額定電壓的0.58倍，啟動(dòng)電流降為三角形接法的啟動(dòng)電流的0.33倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為三角形接法的啟動(dòng)電流的0.33倍。此種啟動(dòng)方式適用于定子繞組額定電壓380 V，正常運(yùn)行時(shí)三角形接法，且啟動(dòng)過程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩一直保持很小的中小型容量的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。星一三角型降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低，維修方便。啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也小，可以頻繁啟動(dòng)。是小型泵站經(jīng)常采用的啟動(dòng)方式。

1.2.2 延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)

延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)是在星一三角型降壓?jiǎn)?dòng)方法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一種啟動(dòng)方法。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，定子繞組的一部分接成三角形，一部分接成星型。當(dāng)啟動(dòng)結(jié)束后，把繞組改成三角形，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)電壓、啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩因不同的抽頭比例而改變。

此種啟動(dòng)方式具有自耦變壓器降壓及星一三角型兩種啟動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。啟動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩較大，可以頻繁啟動(dòng)。適用于繞組額定電壓380 V，具有9個(gè)出線頭的電動(dòng)機(jī)。

1.2.3 電阻降壓?jiǎn)?dòng)

籠形異步電動(dòng)機(jī)定子回路串電阻啟動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，三相定子回路中串接對(duì)稱三相電阻，由于串聯(lián)了電阻，使加在電動(dòng)機(jī)繞組上的電壓低于電網(wǎng)電壓，待啟動(dòng)后，再將電阻短路，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。定子回路接入對(duì)稱電阻的這種啟動(dòng)方式的啟動(dòng)電流較大，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。如啟動(dòng)電壓降至額定電壓的80 %，啟動(dòng)電流為全壓?jiǎn)?dòng)電流的80 %，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為全壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩的64 %，且啟動(dòng)過程中消耗的電能較大，如果頻繁啟動(dòng)，則電阻的溫升很高，對(duì)精密的生產(chǎn)機(jī)械有一定的影響。電阻降壓?jiǎn)?dòng)一般適用于輕栽、不頻繁和要求平穩(wěn)啟動(dòng)的低壓籠形電動(dòng)機(jī)。從節(jié)能角度考慮，此種啟動(dòng)方式不適合排灌泵站。

1.2.4 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，又稱補(bǔ)償器啟動(dòng)。采用這種方式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，高壓側(cè)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)矩可以根據(jù)抽頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。自耦變壓器均有65 %和80 %額定電壓的兩組抽頭，相應(yīng)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為其額定值的43.2 %和64 %。可根據(jù)需要選擇啟動(dòng)電壓。這種啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流較小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。啟動(dòng)設(shè)備體積大、價(jià)格較高，適用于高壓、低壓電動(dòng)機(jī)的不頻繁啟動(dòng)，是中小型泵站經(jīng)常采用的啟動(dòng)方式。

1.2.5 電抗器降壓?jiǎn)?dòng)

電抗器降壓?jiǎn)?dòng)通常應(yīng)用于高壓電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)將電抗器接入定子回路，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速以后，再將電抗器切除。這種啟動(dòng)方式，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。啟動(dòng)電流較大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。適用于輕載啟動(dòng)的高壓電動(dòng)機(jī)。

1.3 軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)從原理上講，屬于降壓?jiǎn)?dòng)的范疇。軟啟動(dòng)裝置也稱電子軟啟動(dòng)器，是一種先進(jìn)的降壓?jiǎn)?dòng)裝置。電子軟啟動(dòng)器一般采用16位單片機(jī)智能化控制，能實(shí)現(xiàn)直接與計(jì)算機(jī)通信控制，具有啟動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)無沖擊、保護(hù)功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，適合各種大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制使用。該裝置可使輸出的電壓按一定的規(guī)律上升，被控負(fù)載的電壓由設(shè)定值逐漸升到全壓，轉(zhuǎn)速相應(yīng)地由零平穩(wěn)地加速到額定轉(zhuǎn)速。軟啟動(dòng)一般應(yīng)用于功率較大的電動(dòng)機(jī)，最大可控制的電動(dòng)機(jī)功率可達(dá)1 200 kW。

2 啟動(dòng)方式的比較

2.1 按對(duì)電網(wǎng)的電壓沖擊比較

直接全壓?jiǎn)?dòng)，往往會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降，導(dǎo)致其他設(shè)備低電壓跳閘，或其他電機(jī)因驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降堵轉(zhuǎn)。

星—三角降壓?jiǎn)?dòng)在切換瞬間會(huì)出現(xiàn)很高的電流尖峰，產(chǎn)生破壞性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，其引起的機(jī)械振動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、軸聯(lián)接器、中間齒輪，以及負(fù)載等都是非常有害的。

星—三角和自耦變壓器這兩種降壓?jiǎn)?dòng)只能起到在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)降低啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊作用，能保證電動(dòng)機(jī)的可靠啟動(dòng)，但電動(dòng)機(jī)仍不能平滑啟動(dòng)和停車，沒有從根本上解決問題。

電子軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。它不僅實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)啟動(dòng)過程中無沖擊而平滑的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。電子軟啟動(dòng)與其他傳統(tǒng)啟動(dòng)方式相比，具有良好的軟啟動(dòng)能力，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊。適合各種大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制使用，是較為理想的降壓?jiǎn)?dòng)方式。

2.2 按負(fù)栽率比較

當(dāng)變壓器的負(fù)載率小于 0.3時(shí)，可采用直接啟動(dòng)方式；電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率為0.3～0.58時(shí)，選用星—三角啟動(dòng)和軟啟動(dòng)；電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在0.58以上時(shí)，選用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。

2.3 按設(shè)備造價(jià)比較

星—三角啟動(dòng)器每個(gè)千瓦60元左右，且故障率太高，維修費(fèi)也高。自耦降壓?jiǎn)?dòng)器每千瓦80元左右，器體積較大且故障率和維修費(fèi)比星—三角啟動(dòng)器低一些；電子軟啟動(dòng)器每千瓦在100～200元之間，故障率較低，維修費(fèi)也低。

3 結(jié)束語

綜上所述，排灌泵站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式要與泵站的規(guī)模、工程投資、自動(dòng)化程度及電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)、型式、容量等相匹配。合理地選擇泵站電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式，不僅能降低工程造價(jià)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，還能節(jié)能降耗。

1 張立軍、趙煥虎.排灌站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選定［J］.農(nóng)村電工，2002（05）

2 李青松、陳永林.小型機(jī)電排灌站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)箱的技術(shù)改進(jìn)［J］.江西水利科技，2001（01）

Discussion on the Startup Mode Selection of Motor in the Irrigation and Drainage Station

Zhao Zhiqiang

The startup and protection of motor in the power irrigation and drainage station is an important factor in the normal operation of pumping station.According to the startup mode comparison of squirrel－cage asynchronous motor in the irrigation and drainage pumping station, the article analyzes startup mode selection of low－voltage three－phase squirrel－cage asynchronous motor in the irrigation and drainage pumping station.

irrigation and drainage station; motor; startup mode

TM343

A

1000－8136（2011）06－0040－02