大功率电机安全启动运行的相关研究

潘丽

【摘  要】社会经济与科技的发展，推动了我国电力领域的蓬勃发展。在生产企业，大功率电机担负着提高劳动生产率，保持连续性生产，保证产品质量，实现自动控制和远距离操作，降低劳动人员工作强度保障安全的任务。多种类、大功率电机并联入网，电机的启动与运行对矿区供电系统产生较大影响。本文就大功率电机安全启动运行展开探讨。

【关键词】电机启动;电压波动;切换;通风散热

引言

交流电动机的启动电流大，但过大的启动电流冲击将对电网、负载及电机本身产生较大的影响。整个交流电网的容量对单台电机来说是非常大的，但是供电变压器的容量却是有限的，如果变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较大的启动电流会使变压器输出电压水平大幅度下降，并产生较大的线路压降，严重影响到同台变压器供电的其他负载。

1常见的几种大功率电机启动方式

1.1全压启动

普通的鼠笼式电动机在空载情况下直接启动时，启动电流会达到额定电流的4-7倍，此时启动电流会较大影响电网电压骤降，造成同期运转的其他电机不能正常工作，有可能引起电网故障。全压启动电流对电网造成巨大压降损失，供电所需采用电容进行补偿从而解决电网压降问题，再者由于全压启动电流包含大量高次谐波造成临近用电设备产生谐波污染，较大的启动电流容易造成焦耳热陡增，使导线外绝缘老化增加电网成本，同时容易造成电机绝缘损坏造成电机老化。

1.2降压限流启动

（1）使用电抗器启动：使用电抗器时启动电流大，一般在4Ie以上，平均启动电磁转矩较小。电抗器一般根据用户提供的电机及负载参数制作，一次成形，参数不可调节，工况适应性差，电机功率一般在2000kW以下。（2）采用自耦变压器启动：采用自耦变压器时启动机械特性也比较硬，启动电流较小，平均启动电磁转矩小，不允许连续启动及频繁启动。虽然有几种抽头可供选择但难以保证电机启动性能最佳，甚至有可能满足不了启动要求。

1.3软启动器的工作原理及特性

软启动器主要是利用固态晶闸管可灵活控制导通性的开关特性，它串接于电源和电机之间，当电机启动时，闸管的输出电压由设定的较低电压逐渐增加，同时电机开始转动，随着电压的增加逐渐加速，直到电机达到额定转速，晶闸管全导通，电机端电压达到额定电压，启动完成。由于软起采用晶闸管这一可控元件，在电机启动和使用过程中有以下明显特征。①启动电机可调节大小，可实现电流平滑、较小（一般为电机额定电流的2-4倍），对电网无较大冲击，不会造成电网电压较大波动。②启动初始转矩较小（一般仅为直起转矩的25%以下），启动全程不存在冲击转矩，不会对机械连接设备造成较大冲击。③可控性好，有各种常态保护，电流限制、最长启动时间保护、启动次数及周期设定等，避免启动电机过程中出现过流、过热、时间过长，启动频繁等问题的出现。④启动完成后，切换到旁路运行，延长了软起寿命，避免了谐波对电网的污染。⑤多种启动方式设定（脉冲启动、阶跃启动、斜坡恒流启动、斜坡升压启动），满足不同条件设备的需求。⑥多种结构方式，如一拖一、一拖多、双条节、软停等功能可以为用户节约大量设备费用，更加灵活设计启动方式。⑦设备体积小，节省空间面积，而且免于维护保养。可节约大量厂房和运营维护费用。

1.4自耦降压启动

自耦降压启动也属于是一种硬启动，一般情况下也是在额定电压80%的情况下启动，启动电流较大，同样会引起较大压降，出现电机启动困难问题。电网电压低于额定电压，自耦降压启动将会很难正常启动，主要的原因是，电机在启动时对本来就低于额定电压的网电压降得更低，正常运行的过程中，降压运行的交流接触器经过设定的时间而断电，而正常运行的交流接触器的电磁铁很难克服弹簧的张力使接触器闭合而正常运转的目的。多台大型设备同时启动时，启动电流很大，引起的网电压降过大出现启动困难的故障，要避免多台大型设备同时启动的发生。出现启动困难时有可能是电机中轴承间隙过大或损坏引起的启动电流过大，应经常检查电机的轴承，维护或更换，以免造成烧坏电机的事故发生。负荷过大也能造成电机启动困难的现象，主要的原因是在大负荷的情况下启动电机，电机的启大，引起的电压降也会很大，从而会出现启动困难的故障。

2电网电压波动对设备的影响分析

当压降过大时，会造成机组欠电压跳电的情况发生。（1）电网电压上升对电机的影响。对电网来讲，異常升压时，供配电系统能正常工作，变压器内线圈的励磁电流、噪音、损耗会有所增加;而在工频条件下运行的风机、水泵等电机则会出现转速上升等情况。当电网发生谐振等情况会引起电网电压的急剧上升，造成电机损坏。为避免相关损失的发生，一般在高压供配电系统的进线端均安装过电压吸收设施，但低压供配电系统则较少安装相关设施，对电机正常工作造成较大影响。（2）电网电压下降对电机的影响。当电网电压异常下降时，电机的输出功率则以平方量下降，严重影响电机正常工作。在下降前，若电机的负载是一定的，下降后的一小段时间，电机由于惯性负载还是没有太大变化。这个时候，电机依然需要输出如此大的转矩才能拖动。电机在电压下降时为了能够输出那么大功率，当负载转矩基本不变 T 一定时，转速 N 也基本不变，此时若 P 也基本不变，而电压下降。电流就只有增加。电机重载且电压下降幅度较大时，磁通量增大，电流增大，转速将明显下降，严重时，电机将堵转，有可能烧坏停止。

3对大功率电机安全运行若干方面的思考

3.1选型条件和注意事项

在选型时要注意以下与选型相关的条件：第一，电机参数，在选择电机保护器时，要先对电机进行检查，明确电机的规格型号、功能特性、防护型式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率和绝缘等级等相关的基本信息，并根据这些电机的基本信息来作为选择保护器的参考;第二，要对电机使用的地点的周围的环境条件进行勘察，了解周围是否存在高温、高寒、高腐蚀、振动、风沙、电磁污染等问题;第三，由于像风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等的负载机械的特点不同，因此，要根据拖动机械设备的要求了解电机用途;第四，在选型时要注意电机保护器的控制方式，分清是手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行还是生产线集中控制;第五，审查现场生产的监护管理现状，防止电机保护器在工作中非正常停机。对于不同的电机工作条件，要选用不同类型的电机保护器。

3.2大功率电机转子通风散热方式

合理地选取通风孔入口进风速度对实现散热效率的提升非常重要，转子转速提升可使对流换热量增长，因为通风孔内空气流通受离心力和科莱奥来力的影响产生强烈的二次流，当二次流越剧烈则通风孔对流换热越充分。在机电制作过程中提升转子通风孔直径也可优化转子散热效率。因此优化转子散热，增强风冷散热量可有效降低转子和轴承温度，提升机电运行的可靠性和安全性。

结语

综上所述，一般对于1000kW以内的电机，在变压器容量允许情况下可采用全压启动;但超过1000kW电机应尽量避免采用直接启动方式，可以选用变频启动或者降压启动方式。使用变频启动，能延长机械的使用寿命，节约用电量，但前期的设备购买费用较高，维护费用也较高;降压限流启动时要考虑校验电动机的端子电压以及启动电流，使其满足所拖动机械的最小转矩要求。

参考文献：

[1]陈彦林.大功率电机启动方式的分析与比较[J].神华科技，2018（5）：64-69.

[2]周芹刚，孙本胜.大功率电机启动方式的比较与选择[J].氯碱工业，2019（8）：13-15.

（作者单位：中国石化塔河炼化公司）