淺談盾構機電動機啟動方式的選擇

胡乃芳

（中鐵二十局五公司　云南　昆明　650000）

淺談盾構機電動機啟動方式的選擇

胡乃芳

（中鐵二十局五公司云南昆明650000）

盾構機中一種先進的隧道掘進機，這種機械除了具備傳統隧道掘進機所具備的功能以外，還具有數據采集、智能判斷、信息輸輸等功能。應用這種機械，能精準的完成隧道掘進施工。盾構機電動機的應用涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造，可靠性要求極高。而作為盾構機上主要的動力元件-電動機起到了非常重要的作用。所以，對于電動機的型號選擇及對于不同電動機的啟動方式的選擇也是至關重要的。

盾構機；電氣系統；電動機；啟動方式

1　電動機啟動方式選擇的意義

在生產過程中，電動機要經常啟動、停止，其啟動性能的優劣對生產影響很大，這是由于電動機如果以小功率的方式啟動，電動機對啟動環境的要求就不大的緣故；而大功率的電機需要強大的電流支持其運行，那么這種電機啟動時，瞬時間會與外部環境產生互動，如果外部環境給予電機的沖擊過大，大功率電機的變壓器就可能無法承受這種沖擊，造成各種安全故障問題。為了有效的應用盾構機電動機，機電施工人員要選擇正確的啟動方式。

2　電動機啟動方式的選擇

2.1全壓啟動

全壓起動是最好的起動方式之一，全壓啟動的方式，就是電動機應用額定的電壓啟動設備，這種啟動為標準的啟動方式，電動機在啟動的時候，不易出現故障。有人誤認為降壓起動比全壓起動好，將15kW的電動機未經計算就采用了降壓起動方式，因而降低了起動轉矩，延長了起動時間，使電動機發熱更加嚴重，且設備復雜投資增加，所以在應用電動機的時候，機電施工人員可根據施工的情況應用全壓啟動方式。

然而全壓啟動的方式并非沒有弊端，這種啟動的方式產生的瞬間電流大、對電動機變壓器產生的沖擊大，如果在電動機的線路上串聯有其它的設備，這種瞬間電流會對其它設施產生沖擊，可能會損害串聯的設備。盾構機裝配的電動機都為三相鼠籠型異步電動機，而且大部分功率都比較大，這些設備在直接啟動的過程中，將產生較大的危害。

2.2降壓啟動

全壓啟動方式產生的瞬間電流過大，可能會對電動機自身與其它設備產生沖擊，為了解決這一問題，人們設計出一種降壓啟動的方式，這種啟動方式為人們啟動電動機以后，它通過均衡電壓的方法使整條線路的電壓均衡，此時就不會帶來瞬間高電壓的問題，這種啟動方式被稱為降壓啟動。

降壓起動的方法較多，有星三角換接、自耦變壓器降壓、變壓器-電動機組、延邊三角形換接、串電抗器或電阻器降壓等。對于中小型電動機，采用星三角換接或自耦變壓器降壓的較多。

2.2.1定子串聯電抗器降壓啟動法

降壓啟動方式存在雖然啟動時電壓降低，可是電動機設備依然會受到電流與電壓影響的問題。為了減少電動機啟動時，電流、電壓對電動機的影響，人們在電機的定子回路中安裝串聯電抗器。機電施工人員應用定子串聯電抗器降壓時，電機一旦啟動，定子串聯電抗器即開始工作，而電動機的電壓穩定以后，定子串聯電抗器則自動失去作用。這是一種既能應用降壓啟動的優勢，又能避免降壓啟動帶來弊端的一種啟動方式。然而，這種啟動方式對串聯電抗器性能的要求比較高，如果電抗器設計不夠合理，便不能解決降壓啟動帶來的問題，同時，在電抗器失去作用時，電動機需承受二次電流的沖擊與轉矩帶來的沖擊。

2.2.2自耦變壓器降壓啟動法

為了解決定子串聯電抗器降壓法帶來的問題，人們設計出自耦變壓器降壓啟動的方法，這種方式為自耗變壓器的高壓繞組與電網相連接，低壓繞組與電機相聯接，它應用自耦變壓器繞組的轉換性調節電機的初始電壓。這種降壓方式相對的比定子串聯電抗器降壓的方式合理，然而它依然存在二次沖擊的問題，并且這種降壓啟動方法操作不便。

2.2.3星三角轉換啟動法

星三角轉換起動是將定子繞組為三角形連接的電動機，在啟動時接成星型，當啟動完畢后速度接近額定轉速時轉接為三角形運行，采用這種方式啟動時，每相定子繞組降低到電源電壓的58%，啟動電流為直接啟動的33%，如果直接啟動時的啟動電流以6～7le計，則在星三角啟動時，啟動電流才2～2.3倍。啟動電流較小，啟動轉矩也較小，對電網的沖擊較小，允許啟動次數較多。采用星三角方式啟動不需要新增加啟動設備，采用啟動開關電器或交流接觸器等控制設備就可以實現。但是采用星三角啟動時，啟動轉矩也降低為原來按三角形接法直接啟動時的1/3。因此，這種啟動方式只適用于定子繞組為三角形接線方式的無載或者輕載啟動的小型電動機，對于大型異步電動機則不適用。

2.2.4軟啟動器啟動法

軟啟動的方式是一種集軟件、硬件應用、信息技術應用、智能化技術應用于一體的啟動方式，它能智能的保護電動機設備。為了應用軟啟動的方法，人們需要把一塊三相反并聯晶閘管植入電動機的定子和電源之間，作為調節器。待人們采用軟啟動的時候，三相反并聯晶閘管會逐步加大輸出的電壓，直至電動機運行平穩，等電動機能平穩運作以后，軟啟動器啟用自動用旁接觸器，穩定電壓，減小三相反并聯晶閘管的損耗。這種啟動方式既能保證電動機在負載要求的啟動特性下平滑啟動，又能降低對電網的沖擊，還能實現計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎。軟啟動器還具有以下優點：

全功能保護作用——這種啟動方式布線比較簡單、操作比較簡單，這就意味著機電施工人員在施工的時候。不易出錯，這便能夠保護電動機設備；這種啟動方式能夠避免電流的一次沖擊與二次沖擊，進一步保護了電動機設備；它具有智能保護的功能，如果電動機設備出現故障時，它有一套應急保護的措施，這種方法能夠再次保護電動機設備。人們在應用軟啟動的時候，可以根據軟啟動設備提供的設備參看電動機運行的情況，如果出現電動機運行異常，能夠即時的作出反應。人們在檢修電動機時，可根據軟器動提供的參數了解電動機的運行狀態，這就減少電動機檢修帶來的故障問題。由此可見，這種啟動方式是一種可全方位保護電動機的啟動方式。

自動化控制的作用——人們使用軟啟動時，可以根據施工的需要調整軟啟動的啟動參數，使電動機的啟動更能滿足人們的施工需求。同時，這種啟動器可自動采集和分析電動機啟動的數據，人們可有效的作數據監控，然后提出科學的自動化集中控制方案。

更多的性能拓展作用——軟啟動器有外接接口，人們可根據需要外接各種數字設備，使軟啟動器能具備更多功能。

降低運行功耗的作用——盾構機電動機的功率較大，受外在的環境影響較大，如果環境變化過大，就會產生功率耗損的問題，軟啟動能讓電動機處在較平穩的運行環境中，使電動機的耗損減少。據統計可以了解到，電機在零負載到滿載范圍內運行時的綜合節電效果最高可達損耗的40%。

促使綠色施工實現的作——這種啟動方法延長設備使用壽命、提高生產率對電機提供了平滑、漸進的啟動過程，減少了啟動電流對電網的沖擊，有效降低了啟動機械應力，同時這種器動方法產生的噪音低、對環境的影響少、減少施工的成本，這種啟動方式能促成綠色施工實現。

現將軟啟動與其它啟動的效果歸納如表1，從表1的結論可以看到在盾構機電動機啟動中應用軟啟動的優勢。

表1　

基于以上分析和對比，盾構機中的大功率電機全部采用軟啟動器的啟動方式。30kW以下的電動機采用直接啟動方式啟動，設置PLC程序防止大功率電動機同時啟動。

[1]劉介才.《工廠供用電實用手冊》.北京：中國電力出版社，2001.

[2]中國機械工業聯合會.《供配電系統設計規范》.北京：中國計劃出版社，2010.

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2015-5-8