电动机启动方法比较.docx
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电动机启动方法比较.docx
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电动机启动方法比较
当启动大容量电动机或同时启动多台电动机时,若电网容量偏小,则巨大的启动电流将给电网带来冲击,引起严重的线路压降,使电网中的其它电气设备无法正常运行,供电质量也无法得到保障。
因此,正确选用电动机的启动方式十分重要。
所用启动方式的选择,主要应决定两件事:
一是是否需要采用减压启动方式;二是选用哪一种减压启动方式。
不论选取哪种启动方式,都必须使电动机的启动转矩大于其负载的阻力矩。
否则,不仅不能启动,还有可能使电动机因堵塞而烧坏。
也就是说,究竟采取什么方式启动,在相当大的程度上取决于电动机的负载。
为了达到合理选用的目的,应从以下几方面进综合考虑:
(1)必须考虑电动机容量与电网容量(或电源变压器容量)之比决定启动方式,
表 1 电动机容量启动方式的关系
电动机容量(kW)
电源变压器容量(kVA)
0.35以下
0.35~0.58
0.58以上
启动方式
直接启动
用串连电阻、电抗的方式、或用Y~△减压启动方式
用延边三角形变换方式或自耦减压启动方式
电动机的启动电流很大,一般为其额定的5~7倍,最大时甚至达到额定的十余倍。
这么大的电流冲击,对于容量比电动机大许多倍的电网,尚不致有明显的影响,但当电网容量较小时,就可能因电网电压降低而影响电网中其它电气设备的正常运行。
如果电动机容量很大或者有多台电动机同时启动,则对电网的影响尤为严重。
因此并非所有的电动机都允许全压直接启动。
一台电动机是否允许全压直接启动,要看其容量与电网容量的比值是否小于一定数值。
此数值不是一成不变的,它既同电源情况有关,也同负载情况有关。
从电网容量方面来看,当电动机由小容量电厂供电时,允许全压启动的笼形异步电动机的容量一般宜在电源容量的10~12%以下;由单台变压器供电,而电动机又经常启动,其容量就应在电源容量的20%以下,但在非经常启动时,允许其容量为电源容量的30%以下;假如电源是多台小容量变压器并联形成的,允许直接启动的单台电动机的容量也可用下列公式计算:
PM=PT/4(k1-1)
式中:
PM为电动机容量(kW);PT为变压器总容量(kW);k1为电动机的启动电流与额定电流之比。
从线路电压降方面考虑,在经常有异步电动机直接启动的场合,电压降应小于额定电压的10%;在经常有异步电动机的场合,电压降应小于额定电压的15%;若需要保证电动机有足够的启动转矩,而电压降低尚不致影响到其它电气设备的正常运行,也允许电压降达到额定电压的20%;当电动机很少启动或它由单独的变压器供电时,还允许电压降略大于额定电压的20%。
(2)应考虑负载性质与对启动的要求。
从负载方面考虑,即电动机的启动转矩必须大于负载阻力矩。
全电压启动因启动转矩较大,对重型负载有利,但对于一般的轻型负载来说,就有可能发生机械冲击,以致传动皮带被撕裂、齿轮被打坏等。
表 2 启动方式与负载性质的关系
负载性质
对启动的要求
负载举例
限制启动电流
减轻机械冲击
无载或轻载启动
Y~△减压启动;电阻或电抗减压启动
车床、钻床、铣床、镗床、齿轮加工机床、圆锯、带锯、带离合器的卷扬机、绞盘等
负载转矩与转速成平方关系的负载(风机负载)
延边三角形减压启动;电阻或电抗减压启动;自耦减压启动
离心泵、叶轮泵、螺旋泵、轴流泵等;离心式鼓风机和压缩机,轴流式风扇和压缩机等
重载负载
电阻或电抗减压启动
卷扬机、倾斜式传送带类机械;升降机、自动扶梯类机械
摩擦负载
延边三角形减压启动;电阻或电抗减压启动
电阻或电抗减压启动
水平传送带、活动台车、粉碎机、混砂机、压延机或电动门
阻力小的惯性负载
Y~△减压启动;延边三角形减压启动;自耦减压启动;电抗减压启动
离心式分离机、脱水机、曲柄式压力机等阻力小矩的机械
恒转矩负载
延边三角形减压启动;电阻或电抗减压启动
电阻或电抗减压启动
往复泵和压缩机、罗茨鼓风机、容积机、挤压机
恒重负载
电阻或电抗减压启动
织机、巻纸机、夹送辊、长距离皮带输送机、链式输送机
综上所述,直接启动虽具有方法简单、设备又简单、价格又便宜的优点,但为限制电的和机械的冲击以及保证电网的供电可质量,就得采用减压启动器,或在绕线式异步电动机的转子电路中串入阻抗。
确定是否采用全电压直接启动,还必须根据具体使用要求和启动方案的经济指标作统筹考虑。
直接启动的启动时间不超过10s时属于正常启动,超过10s时则属于重轻载启动。
在换向条件下会出现较大的冲击电流峰值,转子堵转条件下接通电动机产生的电流等于其启动电流。
一.星三角启动
1.工作原理及特点
对于正常运行时,定子绕组为三角形联接的笼形感应电动机,若启动时将定子绕组接成星形,待启动完毕后再接成三角形,就可以降低启动电流,减轻它对电网的冲击。
这样的启动方式称为星三角减压启动。
设电源的线电压为UL,绕组在启动时的每相阻抗为Zo,当定子绕组接成星形时,线电流和它的相电流相等,即:
ILY=IPY=UL/√3Zo
若定子绕组原先的三角形联接直接到电网上启动,则其相电流为:
IP△=UL/Zo
线电流为IL△=√3IP△=√3UL/Zo
比较得
ILY/IL△=1/3
由此可见,采用星三角启动方式,启动电流ILY只有直接启动时IL△的1/3。
若直接启动时的启动电流是6~7IN,则在星三角启动时启动电流只有2~2.3IN,这样就大幅度地降轻了它对电网的冲击。
启动电流降低了,启动转矩也降低了。
由于电动机的转矩是同加在定子绕组上电压的平方成正比,而星形接法时绕组电压是相电压Up,它只是三角形接法时绕组电压—线电压UL的1/√3,因此:
MY/M△=(Up/UL)2=(UL/√3UL)2=1/3
即采用星三角启动时方式时,启动转矩已降低到直接启动时的1/3,当然不能胜任重载启动,只适用于无载或轻载启动。
星三角启动时,启动转矩和启动电流可以降低到直接启动的1/3以下,因此必须考虑到从星形联接向三角形联接转换之前,电动机可能只有不到1/3额定负载的负载量,而其转速已达到额定转速的90%。
这种情况,要特别注意到风机、离心泵、压缩机和其它具有类似转矩速度特性的设备,使用星三角启动时,有可能出现加速过程不正常即不可能达到其额定转速的情况,那就属于选用不当。
通常选用熔断器作为短路保护器,一般按启动器额定电流的2.5倍左右选择熔断器,以保证电动机启动时不发生误操作
星三角启动方式的优点有:
(1)电流特性好,启动电流小,对电网的冲击小;
(2)基于星三角启动原理的启动器结构简单,价格便宜;(3)当负载较轻时,可以让电动机就在星形接法下运行,从而实现额定转矩与负载间的匹配,提高电动机的效率,降低能耗。
热元件一般与电动机绕组串联后接成三角形联接,因此可按电动机额定线电流的1/√3选择热元件。
二.自耦减压启动
自耦减压启动器又称补偿器,它是常用的一种控制较大容量鼠笼式异步电动机的减压启动装置。
1.自耦减压启动工作原理及特点
令自耦变压器二次侧电压US2与一次侧电压UN之比为k,则二次侧电压为:
US2=kUN
无自耦变压器时,若电动机定子绕组作三角形连接,全压启动的线电流为:
Is=√3UN/Zo
式中Zo-启动时一相绕组的阻抗。
有自耦变压器时,其二次提供给电动机绕组的启动电流为:
IS2=√3US2/Zo=√3kUN/Zo=kIs
而一次启动电流、即网络启动电流为:
IS1=kIS2=k2Is
由于k﹤1,因此网络启动电流IS1比直接启动时的Is小得多。
由于启动转矩是与电压的平方成正比,因此采用自耦减压启动方式时的启动转矩为:
MS1=k2MS
式中:
MS-全压启动时的启动转矩.
自耦减压启动器中的自耦变压器通常备有65%和80%两个抽头。
即k有0.65及0.8两种数值。
如果k=0.8,则电动机的启动电流为全压启动时的0.82=0.64倍,即3~4IN,而启动转矩为全压启动时的64%左右。
与星三角启动方式比较,启动转矩几乎大了一倍,因此可用于启动较重的负载。
自耦变压器启动器优点:
(1)由于是利用自耦变压器的多抽头减压,因此既能适应不同负载启动的需要,又能得到比星三角启动时更大的启动转矩;
(2)因设有热继器和低电压脱扣器,因此具有过载和失压保护功能。
其缺点:
(1)体积大、重量大;
(2)价格昂贵;(3)维修不大方便。
表 3 各种启动方式启动特性的综合比较
启动方式
对比参数
全压直
接启动
Y~△
减压启动
自耦减压启动
延边三角形
减压启动
电阻减压启动
65%抽头
80%抽头
50%抽头
65%抽头
80%抽头
启动瞬间电动机一相实际电压U
UN
0.58UN
0.65UN
0.8UN
(0.7~0.8)UN
0.5UN
0.65UN
0.8UN
启动时的电动机电流
IQD
0.33IQD
0.65IQD
0.8IQD
取~0.7IQD
0.5IQD
0.65IQD
0.8IQD
启动时的线路电流(线电流)
IQL
0.33IQL
0.42IQL
0.64IQL
~0.7IQL
0.5IQL
0.65IQL
0.8IQL
启动瞬间电动机旋转力矩
MQN
0.33MQN
0.42MQN
0.64MQN
~0.49MQN
0.25MQN
0.42MQN
0.64MQN
MQN与IQL之比的标么值
100%
100%
100%
100%
~70%
50%
60%
80%
电动机实际相电压在启动过程中的变化
不变
不变
不变
不变
随速度上升略有增大
实际启动电流IQL与额定电压下启动电流IQLN之比
1
小
即使启动电流比较小,启动转矩也不致很小
中等
中等
实际启动转矩MQ与额定电压下的启动转矩MQN之比
1
小
较小
较小
对电源的影响
最大
小
较小
较小
一般
启动时对机械的冲击
最大
较小
较小
较小
较小
启动过程中转矩的变化情况
能得到充分的加速转矩
转矩增加不多
转矩有增加
转矩有增加
随转速上升而略有增加
实际最大转矩MK与额定电压下的最大转矩MKN之比
1
较小
一般
一般
较小
电动机的启动时间
最短
较长
一般
一般
较长
控制线路复杂程度
最简单
简单
最复杂
复杂
较复杂
产品价格
最便宜
便宜
最贵
一般
较贵
适用对象
一般
无负载或轻载启动处
要求限制启动电流而启动转矩不宜过小处
要求限制启动电流而启动转矩不宜过小处
采用星三角启动方式无法启动,且又要求机械冲击较小处
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