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高壓電機軟啟動的方法

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  無刷自控電機就是一種克服了鼠籠式異步電動機啟動電流大,啟動轉矩小;繞線式異步電動機裝有碳刷、滑環和復雜的啟動裝置等缺點;而保留了鼠籠電動機結構簡單、維護工作量小;繞線電機啟動電流小,啟動轉矩大等優點的電動機。它的典型結構如圖1所示。無刷自控電機能根據電機轉速,自動控制串入電機轉子內的電阻大小,達到增加電機啟動轉矩,減少電機啟動電流和實現繞線式異步電動無刷運行的目的。它不但能使異步電動機啟動的電流由5—7Ie降到0.4—1.7Ie時,電機的啟動轉矩(0.4--1.6Me)和啟動時間保持不變,還能使電機以最大轉矩(1.6--3.1Me)啟動。它可以代替鼠籠電機及其啟動裝置;繞線電機的滑環、碳刷及其啟動裝置。它可利用普通繞線式異步電動機,去掉滑環、碳刷及啟動裝置,并更換成無刷自控電動機啟動器后獲得。
  2.過大的啟動電流和過小的啟動轉矩造成的危害
  普通異步電動機啟動電流達到額定電流的5--7倍,而啟動轉矩只有額定轉矩的0.4--1.6倍。它在電網條件(電機啟動時的電網壓降小于10%)和工藝條件(啟動轉矩滿足)允許的情況下,可以直接啟動。但過大的啟動電流、過小的啟動轉矩和過長的啟動時間給電機和電網造成了極大的危害。
  當電機啟動電流達到額定電流的6--7倍時,線圈發熱量是電機在正常運行時的36--49倍,產生的電磁力同樣達到了36--49倍。過高的溫度、過快的加熱速度、過大的溫度梯度和電磁力,產生了極大的破壞力,縮短了定子線圈和轉子銅條(特別是轉子常利用趨膚效應現象,降低啟動電流,轉子銅條在啟動時,表面的溫度達到350℃以上)的使用壽命。如柳鋼公司燒結廠29m2燒結主風機電機為兩臺1000KW鼠籠電機,全壓直接啟動,1997年一年內累計燒毀電機六次。1998年開始采用降壓啟動后,到2002年止,已累計運行4年,再沒有出現一次電機燒毀事故。正因如此,有關統計顯示:電機直接啟動時間不及電機運行時間的0.1%,但故障率占到電機全部故障率的30%以上。
  電機的供電裝置一般是按電機額定電流選擇的,過大的啟動電流往往造成供電裝置的觸頭發熱,觸頭周圍絕緣老化,也是供電裝置損壞的一個主要原因。如南陽煉油廠丙烷裝置,其供電變壓器容量為800kvA,而最大電機容量只有130kw,完全具備電機直接啟動的條件,但過大的啟動電流,在2001年內,三次造成低壓開關柜短路,生產裝置三次停產檢修,給該廠造成了極大的經濟損失。
  由于上述一些原因,大容量的電動機在電網和工藝條件均滿足的情況下,也常采取減少啟動電流的措施,以提高供電的可靠性和降低電機的故障率。但啟動裝置過高的價格(特別是中高壓電動機,軟啟動裝置+啟動開關柜等的價格是電機價格的1.5倍以上)、復雜的結構,不但增加了用戶的成本和降低了電力拖動系統的可靠性。同時,電機啟動轉矩與啟動電流的平方成正比,當采用降低定子電壓啟動方式時,如啟動電流由6Ie降到了3Ie時,電機啟動轉矩將減少4倍,電機啟動時間增大5倍以上。正因如此,對啟動轉矩要求比較大、啟動時間要求比較短的電機,只能利用繞線式電機代替鼠籠式電機。
  繞線式電機因其有碳刷、滑環及啟動控制系統,無法用在對拖動系統可靠性及免維護性要求比較高的場合。如油田廣泛使用的抽油機,需要大啟動轉矩電機,但因它們全部安裝在野外,數量具大(年產原油18萬噸的河南油田,其抽油機電機數量就超過2千臺、大慶油田超過5萬臺),為提高電機拖動的可靠性,不得不采用鼠籠電機;同時,為了增加啟動轉矩,又不得不增加電機容量。使得抽油機電機的平均負載率不及電機額定功率的30%。它不但增加了電力拖動系統成本、還降低了電機的固有效率,浪費了大量的能源。
  為了說明無刷自控電機的優越性,現以一臺1400KW、ne=1488r/min、6KV、Ie=154.A、Ist/Ie=6.38、Mmax/Me=2.3;的鼠籠型電動機拖動一臺主風機和一臺1400KW的繞線式電動機拖動相同的負載,并均配置水電阻軟啟動器(水電阻啟動器的價格只及可控硅、磁飽和電抗器軟啟動器的1/2)為例,說明其設計方法、啟動性能和拖動系統成本。
  3.鼠籠電機及其拖動系統
  該拖動系統的構成如圖2所示,它一般由運行高壓開關柜DL1、啟動高壓開關柜DL2、隔離開關K柜和水電阻R及其控制裝置等構成。其中水電阻R及其控制裝置,就是在一個裝滿導電液體如鹽水中,插入兩個電極,形成電阻。其電阻的大小與電極的距離成正比,調節電極板的距離,就能調整這個電阻的大小,達到調節定子電流的目的。將這樣的可變電阻串入電機的定子回路,就可以平滑地啟動電動機。

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