排澇泵站電機(jī)啟動方式的選擇與探討

張世發(fā)

在電力排澇泵站中，三相鼠籠式異步電動機(jī)應(yīng)用較為廣泛，僅有少數(shù)大功率的電動機(jī)采用同步電動機(jī)。三相籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但它啟動時會對電網(wǎng)造成較強(qiáng)干擾。尤其是大功率電動機(jī)的重載啟動，可能對其他電氣設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，對于一個泵站而言，選擇一種合適的機(jī)組啟動方式也成為工程設(shè)計者所關(guān)心的重要問題。本文著重對排澇泵站常用的低壓三相鼠籠式異步電動機(jī)啟動方式的選擇進(jìn)行探討。

1.電動機(jī)的啟動方式

1.1全壓啟動

全壓啟動是最簡單啟動方式，它是將電動機(jī)的定子繞組直接接入額定電壓啟動，因此也稱為直接啟動。全壓啟動的啟動電流大，鼠籠式異步電動機(jī)的啟動電流一般為額定電流的4～7倍，啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1.2～2.0倍。全壓啟動具有啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動時間短、啟動設(shè)備簡單、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)。

采用全壓啟動，如果電動機(jī)的功率較大，電動機(jī)的啟動電流將會引起配電系統(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。對于中小型泵站的電機(jī)，允許直接啟動的最大容量，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降壓啟動

1.2.1星-三角降壓啟動

采用星-三角型降壓啟動，電動機(jī)啟動電壓為額定電壓的0.58倍，啟動電流降為三角形接法的啟動電流的0.33倍，啟動轉(zhuǎn)矩也降為三角形接法的啟動電流的0.33倍。此種啟動方式適用于定子繞組額定電壓380V，正常運(yùn)行時三角形接法，且啟動過程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩一直保持很小的中小型容量的電動機(jī)的啟動。星一三角型降壓啟動設(shè)備簡單，價格低，維修方便。啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩也小，可以頻繁啟動。是小型泵站經(jīng)常采用的啟動方式，大型異步電機(jī)不能重載啟動。

1.2.2電阻降壓啟動

籠形異步電動機(jī)定子回路串電阻啟動，是在電動機(jī)啟動時，在三相定子回路中串接對稱三相電阻，由于串聯(lián)了電阻，使加在電動機(jī)繞組上的電壓低于電網(wǎng)電壓，待啟動后，再將電阻短路，電動機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。定子回路接入對稱電阻的這種啟動方式的啟動電流較大，而啟動轉(zhuǎn)矩較小。如啟動電壓降至額定電壓的80%，啟動電流為全壓啟動電流的80%，而啟動轉(zhuǎn)矩僅為全壓啟動轉(zhuǎn)矩的64%，且啟動過程中消耗的電能較大，如果頻繁啟動，則電阻的溫升很高，對精密的生產(chǎn)機(jī)械有一定的影響。電阻降壓啟動一般適用于輕栽、不頻繁和要求平穩(wěn)啟動的低壓籠形電動機(jī)。從節(jié)能角度考慮，此種啟動方式不適合排灌泵站。

1.2.3自耦變壓器降壓啟動

自耦變壓器降壓啟動，又稱補(bǔ)償器啟動。采用這種方式啟動電動機(jī)時，高壓側(cè)接到電網(wǎng)，低壓側(cè)接到電動機(jī)，啟動電流和啟動轉(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)的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩分別為其額定值的43.2%和64%?？筛鶕?jù)需要選擇啟動電壓。這種啟動方式，啟動電流較小，啟動轉(zhuǎn)矩較大。啟動設(shè)備體積大、價格較高。適用于高壓、低壓電動機(jī)的不頻繁啟動。是中小型泵站經(jīng)常采用的啟動方式。

1.2.4電抗器降壓啟動

電抗器降壓啟動通常應(yīng)用于高壓電動機(jī)，啟動時將電抗器接入定子回路，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速以后，再將電抗器切除。這種啟動方式，啟動電流隨電壓成正比降低，啟動轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比。啟動電流較大，啟動轉(zhuǎn)矩較小。適用于輕載啟動的高壓電動機(jī)。

1.3軟啟動

軟啟動器軟起動器是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管交流調(diào)壓器。運(yùn)用不同的方法，改變晶閘管的觸發(fā)角，就可調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓。在整個起動過程中，軟起動器的輸出是一個平滑的升壓過程，直到晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)在額定電壓下工作軟啟動器的優(yōu)點(diǎn)是降低電壓啟動，啟動電流小，適合所有的空載、輕載異步電動機(jī)使用。缺點(diǎn)是啟動轉(zhuǎn)矩小，不適用于重載啟動的大型電機(jī)。在水泵和轉(zhuǎn)矩較大的拖動中具有廣闊的前景，在大中型泵站中有取代傳統(tǒng)啟動方式的趨勢。

1.4變頻器啟動

通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線上的n0，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，應(yīng)用了現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，價格昂貴但性能良好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機(jī)，而是廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應(yīng)用。

綜合上述分析可見，軟啟動、變頻器啟動方案在技術(shù)性上明顯優(yōu)于全壓異步直接啟動、降壓啟動。4種方式的綜合造價由高到低順序為變頻啟動、軟啟動、降壓啟動及全壓異步直接啟動。全壓異步直接啟動方式操作簡單、運(yùn)行及維護(hù)等方面最簡便。在工程中采用那種方案要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較選擇確定。 [科]