長距離電機的啟動與控制

　　摘 要：針對實際工作中出現的長距離電機啟動及控制出現的各種問題，本文從理論上進行了探討，并從實例入手，對一次回路的電機的端電壓、二次回路的臨界控制長度，及二次回路壓降進行了計算，并根據計算結果進行了簡單的分析，根據分析提出了一些簡單可行的解決方法。
　　關鍵詞：接觸器線圈 控制回路臨界長度 電壓降 線圈吸合功率
　　中圖分類號：TM31文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0133-01
　　許多人在設計電路時，根據《工業與民用配電設計手冊》（第三版）《以下簡稱手冊》中表6-19，首先驗算一下是否能滿足啟動的要求，如果能滿足，就按照常規模式進行設計。現場實際證明了這種做法往往會造成現場電機無法正常啟動。這種做法存在三個問題：第一，沒有驗算末端電機端的末端壓降，可能電機無法獲得必要的啟動轉矩，無法正常啟動，且形成的堵轉電流可能會燒毀電機線圈；第二，沒有驗算控制回路的臨界長度，線路上的電容電流將維持接觸器的吸合，可能會無法停泵；第三，沒有驗算控制線路的壓降，接觸器可能無法獲得足夠的吸合能量，會造成設備無法啟動的故障。
　　1 長距離電機啟動及控制相關計算
　　下面分別從一次回路及控制回路對電機啟動及運行過程進行分析計算。以某場站為例，站內設一臺500kVA變壓器（電源引自系統電，高壓側短路容量按100MVA考慮），有一臺37kW的電機距離配電室400m，37kW電機額定電流為69.8A，啟動電流為488.6A。接觸器采用CJ20-100，線圈啟動功率175W，吸持功率21.5W。接觸器內阻按300Ω考慮?？刂齐娎|采用KVV22-5004×1.5，動力電纜采用YJV22-1K4×16。
　　1.1 一次回路電機端子壓降的計算
　　根據《手冊》表6-19，允許啟動電機最大功率=100kW>37kW，可以直接啟動。根據《手冊》表6-16，計算電機端子電壓及母線電壓相對值如下：母線電壓相對值：uqm=0.9872；電動機端子電壓相對值：uQm=0.644而一般電機制造廠家要求直起的端電壓要求不得小于0.65（主要是滿足啟動轉矩），所以不滿足要求。若把電纜增加截面，選用YJV22-1K4×25，可得端電壓相對值：，滿足一次回路直接啟動的要求。
　　1.2 二次控制回路臨界長度的計算
　　相互靠近的兩平行電線間存在著電容。當線路較短時，電容值非常小，可忽略不計；線路很長時，電容值不能忽略。電纜線間的電容值C1與電纜長度成正比，電纜越長，C1越大，流過電容和接觸器線圈的電容電流越大。當電容電流大到足以使接觸器維持吸合狀態（即線圈兩端電壓大于接觸器的釋放電壓，一般在額定電壓的20%～70%時能可靠釋放）時，用停止按鈕不能切斷控制回路。如果線路更長，C1更大，啟動按鈕處于斷開狀態時，此電流足以使接觸器吸合，造成誤動作。
　　如果采用兩線制（按鈕為自鎖按鈕）控制線路起停，一般采用經驗公式計算控制回路導線的臨界長度Le（單位：km），公式如下：
　　例子中的控制回路采用交流220V的控制電壓，CJ20-100的線圈保持功率為21.5W，三線制控制，根據式（2）計算：CJ20-100的臨界控制距離為：Le=500×21.5/（0.6×2202）=0.37km<0.4km，即電容電流足以維持接觸器觸點吸合，按鈕發出停泵信號時，將不能有效停泵。若電機采用帶自鎖功能的按鈕控制，控制電纜改成兩芯，根據式（1）計算，控制范圍為：Le=500×21.5/（0.3×2202）=0.74km，控制范圍擴大了一備。
　　1.3 控制線路電壓的計算
　　若控制線路壓降過大.當發出發動命令時，接觸器無法吸合（額定電壓的80%～110%能可靠吸合），會造成設備無法啟動的故障。根據控制原理圖可以看出，線路的壓降主要是接觸器線圈的電阻及控制線路的電阻形成的壓降，（接觸器線圈的電阻按300Ω計算）計算過程如下：
　　2 分析與解決措施
　　根據計算電動機端子的電壓的計算得知，對于長距離電機的一次回路啟動的關鍵是能否滿足電動機端子的電壓，即獲得必要的啟動轉矩。而一般近距離電機啟動的關鍵是對配網母線的沖擊而引起的壓降系統是否能夠承受。要提升電動機端子的電壓，既要降低電纜引起的壓降，在啟動方式已定的情況下，就是要減小電纜的電阻。根據R=ρL/S（ρ為電導率，只與材料有關，L為電纜的長度，S為電纜的截面），在長度已定的情況下，選電導率低，截面大的電纜，能有效的減少電纜引起的壓降，提升電機的端電壓。
　　控制電纜過長引起的電容效應，造成線圈分不開的原因，主要由以下幾個因素造成：（1）控制電壓過高；（2）線圈吸合保持容量過低；（3）過低的線圈釋放電壓?？梢娨鉀Q這種情況，可以從減少電容電流及擴大控制范圍入手。為了降低電容電流，最簡單的方法就是減小控制回路中的電容。根據電路知識可知，電容值的大小與電容兩極之間的距離成反比，所以加大控制電纜芯線之間的距離能有效的減小線路的電容。最簡單的方法，就是采用兩根控制電纜，一根里面取一根芯，組成控制回路，并適當加大電纜之間的距離。根據電路知識，在直流電路里，線路的電容可按開路考慮，即直流回路里沒有電容。這樣，能有效的回避電纜的電容問題。根據式（1）及（2）可知，要擴大控制的范圍，可以采用增加接觸器線圈的保持功率，即選載流量大一點的接觸器。
　　由于線路壓降過大，造成接觸器線圈吸合不上的原因，主要與控制電纜長度及截面、線圈吸合容量、控制電壓大小等有關系。
　　3 結語
　　為了對長距離的電機實施有效的起停控制，采取以下措施最為簡單有：（1）在滿足電機額定載流量的基礎上，動力電纜再放大一級；（2）采用自鎖控制轉換開關控制電機起停，控制回路采用兩線制；（3）控制電纜的截面應適當的加大；（4）接觸器適當的放大一級。
　　參考文獻
　　[1]中國航空工業規劃設計研究院等.工業與民用配電設計手冊[M].3版，中國電力出版社，2005（7）.
　　[2]《工廠常用電氣設備手冊》編寫組.工廠常用電氣設備手