基于笼型异步电动机全压起动的电压波动的计算方法

于学亮

(中国建筑西南设计研究院有限公司，成都 610041)

0 引言

本文即分析了笼型异步电动机全压起动时配电母线上的电压波动，提出了计算电压波动的具体方法。通过该计算方法，可为合理选择电动机的起动方式提供参考依据

1 电动机起动时电压波动的计算

1.1 无限大容量电源的特性

无限大容量电源是一种理想化的电源，但是当电力系统的容量相比于用户自身的系统容量要大很多时，即使用户的负荷容量发生较大的变化，甚至出现短路故障，对于电力系统内的变电站的配电母线来说，其上的电压幅值亦能基本保持不变。在工程应用中，当电力系统的电源内部阻抗(即系统自身阻抗)占短路回路总阻抗的比值≤10%，或者用户自身的系统容量占电力系统容量的比值<2%时，电力系统对于用户来说，就可看作为“无限大容量电源”。大城市配电网的短路容量通常可按300MVA考虑，以10kV配电网、容量为1.25MVA的变压器为例，系统阻抗：

(1)

当电阻值允许忽略不计时，变压器阻抗：

(2)

式中，uk%为变压器阻抗电压百分值；Ur为额定电压，kV；SrT为变压器的额定容量，MVA。

当线路阻抗忽略不计时，系统阻抗占短路回路总阻抗的百分比：

(3)

可见电力系统可以看作是无限大容量电源。

研发是企业一项特殊的活动。这主要体现在研发活动具备高投入、高消耗的特性。研发各阶段所需的厂房、设备、技术、人才、培训等都离不开现金的支持和维系，这就需要在一段时期内确保稳定的资源输入。一旦资源中断，会严重干扰研发进程。同时，研发活动还具备风险高、收益滞后的特性，这就使得外部投资者在面临有限信息的情况下难以准确判断该投资活动的收益和风险，导致企业需要耗费较多的成本去搜寻、谈判以及匹配外部现金资源。这既降低了研发投入的时效性，也带来了较高的外部融资成本和难度。

1.2 由无限大容量电源供电时，电动机全压起动的电压波动计算

一般系统如图1所示，供电系统通过(a)、(b)、(c)三幅图逐步转换为等值阻抗图，所有阻抗均以标幺值表示。

图1 供电系统及等值阻抗图((a) —供电系统图；(b)、(c) —等值阻抗图)

得：

(4)

cosφq和sinφq按电动机的起动容量和其他负荷的有功、无功负荷的总分量确定，即：

(5)

(6)

式中：

1.3 工程实例

所有参数如图2所示。电力系统短路容量为300MVA；10/0.4kV变压器的额定容量为1.25MVA；阻抗电压百分值为6%；配电母线至电动机配电箱的电缆线路的电抗为0.003Ω；电动机的额定功率为0.11MW，额定功率因数为0.8，起动时的功率因数为0.4，电动机的效率为0.72，起动电流倍数为7；两部分其他负荷的容量分别为0.96MVA和0.07MVA，负荷功率因数分别为0.82和0.8。

图2 供电系统及等值阻抗图

根据上文中论证可知，电力系统可以看作是无限大容量电源。此处为了方便计算，取变压器的额定容量为基准容量。

电动机：

X6=Xqd=Z6·sinφqd=0.844×0.92=0.776

起动容量的有功分量：

0.056=1.436MW

起动容量的无功分量：

0.042=1.952MVar

X=X1+X2=0.06

故：

=0.365kV

=0.89

故：

根据GB 50055-2011 《通用用电设备配电设计规范》中第2.2.2条的规定，交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：配电母线上接有照明或者其他对电压波动较为敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。

综上，当实例中的电动机采用全压起动的方式时，配电母线上的电压满足规范要求。

2 分析与归纳

在工程实际中，关于变压器的负荷率，设计时通常不会超过85%。考虑发生火灾时，可以在确认火灾后立即切断非消防用电，如厨房动力设施、康健娱乐设施、空调器用电、排污泵、电动扶梯及其他普通动力负荷等。以笔者参与的工程为例，此时变压器的负荷率为28.5%～31.9%，负荷功率因数为0.77～0.82。据此在变压器负荷率为30%，负荷功率因数为0.8的条件下，对10/0.4kV变压器允许全压起动的最大的电动机额定功率进行了仿真分析，并对特定点进行了标注，如图3所示。

注：图中额定容量在400～630kVA的变压器，其阻抗电压百分值取4%；额定容量在800～1 250kVA的变压器，其阻抗电压百分值取6%。图3 电动机额定功率与变压器额定容量的关系曲线

3 结束语