長(zhǎng)距離電機(jī)的啟動(dòng)與控制

　　摘 要：針對(duì)實(shí)際工作中出現(xiàn)的長(zhǎng)距離電機(jī)啟動(dòng)及控制出現(xiàn)的各種問(wèn)題，本文從理論上進(jìn)行了探討，并從實(shí)例入手，對(duì)一次回路的電機(jī)的端電壓、二次回路的臨界控制長(zhǎng)度，及二次回路壓降進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，根據(jù)分析提出了一些簡(jiǎn)單可行的解決方法。
　　關(guān)鍵詞：接觸器線圈 控制回路臨界長(zhǎng)度 電壓降 線圈吸合功率
　　中圖分類號(hào)：TM31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0133-01
　　許多人在設(shè)計(jì)電路時(shí)，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）《以下簡(jiǎn)稱手冊(cè)》中表6-19，首先驗(yàn)算一下是否能滿足啟動(dòng)的要求，如果能滿足，就按照常規(guī)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際證明了這種做法往往會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。這種做法存在三個(gè)問(wèn)題：第一，沒(méi)有驗(yàn)算末端電機(jī)端的末端壓降，可能電機(jī)無(wú)法獲得必要的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，無(wú)法正常啟動(dòng)，且形成的堵轉(zhuǎn)電流可能會(huì)燒毀電機(jī)線圈；第二，沒(méi)有驗(yàn)算控制回路的臨界長(zhǎng)度，線路上的電容電流將維持接觸器的吸合，可能會(huì)無(wú)法停泵；第三，沒(méi)有驗(yàn)算控制線路的壓降，接觸器可能無(wú)法獲得足夠的吸合能量，會(huì)造成設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)的故障。
　　1 長(zhǎng)距離電機(jī)啟動(dòng)及控制相關(guān)計(jì)算
　　下面分別從一次回路及控制回路對(duì)電機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算。以某場(chǎng)站為例，站內(nèi)設(shè)一臺(tái)500kVA變壓器（電源引自系統(tǒng)電，高壓側(cè)短路容量按100MVA考慮），有一臺(tái)37kW的電機(jī)距離配電室400m，37kW電機(jī)額定電流為69.8A，啟動(dòng)電流為488.6A。接觸器采用CJ20-100，線圈啟動(dòng)功率175W，吸持功率21.5W。接觸器內(nèi)阻按300Ω考慮。控制電纜采用KVV22-5004×1.5，動(dòng)力電纜采用YJV22-1K4×16。
　　1.1 一次回路電機(jī)端子壓降的計(jì)算
　　根據(jù)《手冊(cè)》表6-19，允許啟動(dòng)電機(jī)最大功率=100kW>37kW，可以直接啟動(dòng)。根據(jù)《手冊(cè)》表6-16，計(jì)算電機(jī)端子電壓及母線電壓相對(duì)值如下：母線電壓相對(duì)值：uqm=0.9872；電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值：uQm=0.644而一般電機(jī)制造廠家要求直起的端電壓要求不得小于0.65（主要是滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩），所以不滿足要求。若把電纜增加截面，選用YJV22-1K4×25，可得端電壓相對(duì)值：，滿足一次回路直接啟動(dòng)的要求。
　　1.2 二次控制回路臨界長(zhǎng)度的計(jì)算
　　相互靠近的兩平行電線間存在著電容。當(dāng)線路較短時(shí)，電容值非常小，可忽略不計(jì)；線路很長(zhǎng)時(shí)，電容值不能忽略。電纜線間的電容值C1與電纜長(zhǎng)度成正比，電纜越長(zhǎng)，C1越大，流過(guò)電容和接觸器線圈的電容電流越大。當(dāng)電容電流大到足以使接觸器維持吸合狀態(tài)（即線圈兩端電壓大于接觸器的釋放電壓，一般在額定電壓的20%～70%時(shí)能可靠釋放）時(shí)，用停止按鈕不能切斷控制回路。如果線路更長(zhǎng)，C1更大，啟動(dòng)按鈕處于斷開狀態(tài)時(shí)，此電流足以使接觸器吸合，造成誤動(dòng)作。
　　如果采用兩線制（按鈕為自鎖按鈕）控制線路起停，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算控制回路導(dǎo)線的臨界長(zhǎng)度Le（單位：km），公式如下：
　　例子中的控制回路采用交流220V的控制電壓，CJ20-100的線圈保持功率為21.5W，三線制控制，根據(jù)式（2）計(jì)算：CJ20-100的臨界控制距離為：Le=500×21.5/（0.6×2202）=0.37km<0.4km，即電容電流足以維持接觸器觸點(diǎn)吸合，按鈕發(fā)出停泵信號(hào)時(shí)，將不能有效停泵。若電機(jī)采用帶自鎖功能的按鈕控制，控制電纜改成兩芯，根據(jù)式（1）計(jì)算，控制范圍為：Le=500×21.5/（0.3×2202）=0.74km，控制范圍擴(kuò)大了一備。
　　1.3 控制線路電壓的計(jì)算
　　若控制線路壓降過(guò)大.當(dāng)發(fā)出發(fā)動(dòng)命令時(shí)，接觸器無(wú)法吸合（額定電壓的80%～110%能可靠吸合），會(huì)造成設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)的故障。根據(jù)控制原理圖可以看出，線路的壓降主要是接觸器線圈的電阻及控制線路的電阻形成的壓降，（接觸器線圈的電阻按300Ω計(jì)算）計(jì)算過(guò)程如下：
　　2 分析與解決措施
　　根據(jù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)端子的電壓的計(jì)算得知，對(duì)于長(zhǎng)距離電機(jī)的一次回路啟動(dòng)的關(guān)鍵是能否滿足電動(dòng)機(jī)端子的電壓，即獲得必要的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。而一般近距離電機(jī)啟動(dòng)的關(guān)鍵是對(duì)配網(wǎng)母線的沖擊而引起的壓降系統(tǒng)是否能夠承受。要提升電動(dòng)機(jī)端子的電壓，既要降低電纜引起的壓降，在啟動(dòng)方式已定的情況下，就是要減小電纜的電阻。根據(jù)R=ρL/S（ρ為電導(dǎo)率，只與材料有關(guān)，L為電纜的長(zhǎng)度，S為電纜的截面），在長(zhǎng)度已定的情況下，選電導(dǎo)率低，截面大的電纜，能有效的減少電纜引起的壓降，提升電機(jī)的端電壓。
　　控制電纜過(guò)長(zhǎng)引起的電容效應(yīng)，造成線圈分不開的原因，主要由以下幾個(gè)因素造成：（1）控制電壓過(guò)高；（2）線圈吸合保持容量過(guò)低；（3）過(guò)低的線圈釋放電壓?？梢?jiàn)要解決這種情況，可以從減少電容電流及擴(kuò)大控制范圍入手。為了降低電容電流，最簡(jiǎn)單的方法就是減小控制回路中的電容。根據(jù)電路知識(shí)可知，電容值的大小與電容兩極之間的距離成反比，所以加大控制電纜芯線之間的距離能有效的減小線路的電容。最簡(jiǎn)單的方法，就是采用兩根控制電纜，一根里面取一根芯，組成控制回路，并適當(dāng)加大電纜之間的距離。根據(jù)電路知識(shí)，在直流電路里，線路的電容可按開路考慮，即直流回路里沒(méi)有電容。這樣，能有效的回避電纜的電容問(wèn)題。根據(jù)式（1）及（2）可知，要擴(kuò)大控制的范圍，可以采用增加接觸器線圈的保持功率，即選載流量大一點(diǎn)的接觸器。
　　由于線路壓降過(guò)大，造成接觸器線圈吸合不上的原因，主要與控制電纜長(zhǎng)度及截面、線圈吸合容量、控制電壓大小等有關(guān)系。
　　3 結(jié)語(yǔ)
　　為了對(duì)長(zhǎng)距離的電機(jī)實(shí)施有效的起停控制，采取以下措施最為簡(jiǎn)單有：（1）在滿足電機(jī)額定載流量的基礎(chǔ)上，動(dòng)力電纜再放大一級(jí)；（2）采用自鎖控制轉(zhuǎn)換開關(guān)控制電機(jī)起停，控制回路采用兩線制；（3）控制電纜的截面應(yīng)適當(dāng)?shù)募哟?；?）接觸器適當(dāng)?shù)姆糯笠患?jí)。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[2]《工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)》編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手