浅议水泵启动控制方式的合理选择

浅议水泵启动控制方式的合理选择

袁扬康守卫王岩波

摘要

本文以供水公司的机泵改造为例，针对其中的低压电机分析启动控制方式的合理选择。

关键词异步电动机起动自耦变压器降压全压起动变频启动起动电流起动转矩

一、概述

异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。胜利油田供水公司下属多处送水泵房，配用电机多为鼠笼型异步电动机，自1999开始陆续进行了机泵改造，恰当的选择启动方式，具有重要的意义。鼠笼型电动机的启动方式有全压启动、降压启动、变频启动等，现在对各种启动方式的特点和条件进行分析，以便进行优化选择。

二、送水泵房现状及电机启动方式综述

根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)供水公司送水泵房生产负荷为二级负荷，一般设置两台变压器，6(10)kV双电源引入，低压侧单母线分段的形式，两段母线互为备用。正常情况下母联开关闭合，一段母线运行，该段变压器可负担100%二级负荷。改造前采用的启动方式有自耦降压启动、变频启动等。

鼠笼型异步电动机有多种启动方式，分为：

1、直接启动：也成为全压启动，它是将电动机的定子绕组直接接入额定电压起动。直接起动具有起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。缺点是起动电流大。

2、自耦降压启动：就是将自耦降压变压器原边接供电电源，副边接到电动机定子绕组上，待电动机起动到转速基本稳定时，再切除自耦变压器，将电动机定子绕组直接接入供电电源，电动机再全电压运转。这种启动方式优点是降低了电动机的起动电压和起动电流，起动转矩降低。缺点是启动设备价格比全压启动价格高，且只允许连续启动2~3次。

3、软启动器启动：软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和

电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

4、变频启动：变频器通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控

制设备。在变频调速系统中，用逐步提高电动机定子绕组的供电频率来提高电动机的速度。变频调速因为改变了异步电动机的同步转速，保持了电动机的硬机械特性，与其他起动方式相比，起动电流小而起动转矩大，对设备无冲击力矩，对电网无冲击电流，既不影响其他设备的运行，又有最理想的起动特性。缺点是相比其他启动方式设备复杂，价格昂贵。

三、不同启动方式的合理选择的探讨

《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16－2008)第 9.2.1.1 条规定：“电动机启动时，其端子电压应保证机械要求的启动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。交流电动机起动时，其配电母线上的计算电压应符合下列规定：

(1)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％。

(2)当电动机不与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器，且不频繁启动时，不应低于额定电压的 80％。

(3)当电动机由单独的变压器供电时，其允许值应按机械要求的启动转矩确定。

对于低压电动机，除满足上述规定外，还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

1、全压启动的选择

根据制造标准，水泵绝大多数均能承受电动机全压启动的冲击转矩，所以从水泵机械性能看全压启动一般是可以满足要求的。供水公司送水泵房设置的变压器除了承担水泵负荷外，还承担其他办公及照明等三级非生产负荷的供电。鼠笼型异步电动机的起动电流一般为额定电流的 4～7 倍，如果电动机的功率较大，达到为其供电的变压器容量一定比例时，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显著下降，影响接在同一台变

压器或同一条供电线路上的其他电气设备的正常工作，因此在设计规范中，对电动机起动引起配电系统的压降有明确规定。

为控制电动机起动时配电系统的压降，需要进行压降的分析与计算。根据电动机的起动电流、变压器容量及其阻抗电压百分数，可以估算电动机起动时配电系统的压降，以便预估电动机是否可以全压起动，可按下式估算：

Ｕst=((Kmst*Pm+Pa)/Stn) Uk% (1)

式中：ΔUSt——电动机起动时配电系统的压降百分数；

Kmst——电动机起动电流倍数(起动电流与额定电流之比)；

Pm——电动机额定功率(kW)；

Pa——变压器带的其他负荷(kW)；

Stn——变压器的额定容量(kVA)；

μ k％——变压器阻抗电压百分数。

或者判断电动机能否全压启动可根据经验公式来确定：

Ist/In≤3/4+电源变压器容量（kVA）/4*电动机功率（kW） (2) 式中：Ist——电动机全压启动电流（A）；

In——电动机额定电流（A）；

通常，一般电机功率为15kW以下的水泵采用直接起动。

2、自耦降压启动的选择

设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2=U1/K，副边电流I2也按正比减小。又因为变压器原、副边的电流关系I1=I2/K，可见原边的电流（即电源供给电动机的启动电流）比直接流过电动机定子绕组的要小，即此时电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2 倍。由于电压降低为1/K 倍，所以电动机的转矩也降为1/K2 倍。可见，这种起动方式显著地降低了配电系统中的电流和压降，并且可以按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，而且不论电动机的定子绕组采用Y 或Δ接法都可以使用。

但是，自耦降压起动电路不能频繁操作，如果一次启动不成功的话，第二次起动应间隔4分钟以上，如果在60秒连续两次起动后，应停电4小时再次启动运行，这是为了防止自