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高壓電機(jī)軟啟動(dòng)的方法
無(wú)刷自控電機(jī)就是一種克服了鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小；繞線式異步電動(dòng)機(jī)裝有碳刷、滑環(huán)和復(fù)雜的啟動(dòng)裝置等缺點(diǎn)；而保留了鼠籠電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小；繞線電機(jī)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。它的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。無(wú)刷自控電機(jī)能根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)控制串入電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻大小，達(dá)到增加電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少電機(jī)啟動(dòng)電流和實(shí)現(xiàn)繞線式異步電動(dòng)無(wú)刷運(yùn)行的目的。它不但能使異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的電流由5—7Ie降到0.4—1.7Ie時(shí)，電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩（0.4--1.6Me）和啟動(dòng)時(shí)間保持不變，還能使電機(jī)以z大轉(zhuǎn)矩（1.6--3.1Me）啟動(dòng)。它可以代替鼠籠電機(jī)及其啟動(dòng)裝置；繞線電機(jī)的滑環(huán)、碳刷及其啟動(dòng)裝置。它可利用普通繞線式異步電動(dòng)機(jī)，去掉滑環(huán)、碳刷及啟動(dòng)裝置，并更換成無(wú)刷自控電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器后獲得。
2.過(guò)大的啟動(dòng)電流和過(guò)小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩造成的危害
普通異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5--7倍，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.4--1.6倍。它在電網(wǎng)條件（電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)壓降小于10%）和工藝條件（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足）允許的情況下，可以直接啟動(dòng)。但過(guò)大的啟動(dòng)電流、過(guò)小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間給電機(jī)和電網(wǎng)造成了極大的危害。
當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的6--7倍時(shí)，線圈發(fā)熱量是電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的36--49倍，產(chǎn)生的電磁力同樣達(dá)到了36--49倍。過(guò)高的溫度、過(guò)快的加熱速度、過(guò)大的溫度梯度和電磁力，產(chǎn)生了極大的破壞力，縮短了定子線圈和轉(zhuǎn)子銅條（特別是轉(zhuǎn)子常利用趨膚效應(yīng)現(xiàn)象，降低啟動(dòng)電流，轉(zhuǎn)子銅條在啟動(dòng)時(shí)，表面的溫度達(dá)到350℃以上）的使用壽命。如柳鋼公司燒結(jié)廠29m2燒結(jié)主風(fēng)機(jī)電機(jī)為兩臺(tái)1000KW鼠籠電機(jī)，全壓直接啟動(dòng)，1997年一年內(nèi)累計(jì)燒毀電機(jī)六次。1998年開(kāi)始采用降壓?jiǎn)?dòng)后，到2002年止，已累計(jì)運(yùn)行4年，再?zèng)]有出現(xiàn)一次電機(jī)燒毀事故。正因如此，有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示：電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)間不及電機(jī)運(yùn)行時(shí)間的0.1%，但故障率占到電機(jī)全部故障率的30%以上。
電機(jī)的供電裝置一般是按電機(jī)額定電流選擇的，過(guò)大的啟動(dòng)電流往往造成供電裝置的觸頭發(fā)熱，觸頭周?chē)^緣老化，也是供電裝置損壞的一個(gè)主要原因。如南陽(yáng)煉油廠丙烷裝置，其供電變壓器容量為800kvA，而z大電機(jī)容量只有130kw，完全具備電機(jī)直接啟動(dòng)的條件，但過(guò)大的啟動(dòng)電流，在2001年內(nèi)，三次造成低壓開(kāi)關(guān)柜短路，生產(chǎn)裝置三次停產(chǎn)檢修，給該廠造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。
由于上述一些原因，大容量的電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)和工藝條件均滿足的情況下，也常采取減少啟動(dòng)電流的措施，以提高供電的可靠性和降低電機(jī)的故障率。但啟動(dòng)裝置過(guò)高的價(jià)格（特別是中高壓電動(dòng)機(jī)，軟啟動(dòng)裝置+啟動(dòng)開(kāi)關(guān)柜等的價(jià)格是電機(jī)價(jià)格的1.5倍以上）、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不但增加了用戶的成本和降低了電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與啟動(dòng)電流的平方成正比，當(dāng)采用降低定子電壓?jiǎn)?dòng)方式時(shí)，如啟動(dòng)電流由6Ie降到了3Ie時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將減少4倍，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間增大5倍以上。正因如此，對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求比較大、啟動(dòng)時(shí)間要求比較短的電機(jī)，只能利用繞線式電機(jī)代替鼠籠式電機(jī)。
繞線式電機(jī)因其有碳刷、滑環(huán)及啟動(dòng)控制系統(tǒng)，無(wú)法用在對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)可靠性及免維護(hù)性要求比較高的場(chǎng)合。如油田廣泛使用的抽油機(jī)，需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩電機(jī)，但因它們?nèi)堪惭b在野外，數(shù)量具大（年產(chǎn)原油18萬(wàn)噸的河南油田，其抽油機(jī)電機(jī)數(shù)量就超過(guò)2千臺(tái)、大慶油田超過(guò)5萬(wàn)臺(tái)），為提高電機(jī)拖動(dòng)的可靠性，不得不采用鼠籠電機(jī)；同時(shí)，為了增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又不得不增加電機(jī)容量。使得抽油機(jī)電機(jī)的平均負(fù)載率不及電機(jī)額定功率的30%。它不但增加了電力拖動(dòng)系統(tǒng)成本、還降低了電機(jī)的固有效率，浪費(fèi)了大量的能源。
為了說(shuō)明無(wú)刷自控電機(jī)的優(yōu)越性，現(xiàn)以一臺(tái)1400KW、ne=1488r/min、6KV、Ie=154.A、Ist/Ie=6.38、Mmax/Me=2.3；的鼠籠型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)主風(fēng)機(jī)和一臺(tái)1400KW的繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)相同的負(fù)載，并均配置水電阻軟啟動(dòng)器（水電阻啟動(dòng)器的價(jià)格只及可控硅、磁飽和電抗器軟啟動(dòng)器的1/2）為例，說(shuō)明其設(shè)計(jì)方法、啟動(dòng)性能和拖動(dòng)系統(tǒng)成本。
3.鼠籠電機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)
該拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示，它一般由運(yùn)行高壓開(kāi)關(guān)柜DL1、啟動(dòng)高壓開(kāi)關(guān)柜DL2、隔離開(kāi)關(guān)K柜和水電阻R及其控制裝置等構(gòu)成。其中水電阻R及其控制裝置，就是在一個(gè)裝滿導(dǎo)電液體如鹽水中，插入兩個(gè)電極，形成電阻。其電阻的大小與電極的距離成正比，調(diào)節(jié)電極板的距離，就能調(diào)整這個(gè)電阻的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)定子電流的目的。將這樣的可變電阻串入電機(jī)的定子回路，就可以平滑地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
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