選煤廠電機設備的啟動和調速裝置的選擇

王國偉（北京華宇工程有限公司，北京 100120）

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選煤廠電機設備的啟動和調速裝置的選擇

王國偉
（北京華宇工程有限公司，北京 100120）

本文分析了電機的幾種啟動和速度調節方式，并闡述了選煤廠常用的電機設備的啟動與速度調節方式。

電機降壓啟動；電機速度調節；調速裝置

1 選煤廠電機設備的啟動方式的選擇原則

應遵循簡單可靠，經濟合理的原則；保證傳動機械所要求的啟動轉矩；在配電系統中引起的電壓下降不應超過允許值，不應妨礙其他用電設備正常工作[1]。

（1）鼠籠型電動機的啟動：由于鼠籠型電動機全壓啟動電流很大，只要啟動時配電母線的電壓降符合規范要求，電動機繞組溫度不超過絕緣材料允許溫度（即熱繼電器或電機綜合保護器不動作），就應優先選擇鼠籠電動機全壓啟動，否則就應采用降壓啟動，當降壓啟動仍有困難時應改選繞線型電動機。鼠籠型電動機的降壓啟動：有星——三角、自耦變壓器和軟起運器等多種方式[2]。

（2）星——三角降壓啟動：只適用于定子繞組接成三角形的鼠籠型電動機，適用于空載與輕載啟動。對于Y系列電動機，當機械負荷力矩小于電動機額定力矩的60%就可以考慮。Y-△啟動時，相電壓和相電流降到直接啟動的，對電網造成的沖擊啟動電流降到直接啟動1/3，星接啟動的啟動轉矩為直接啟動的1/3。這種啟動方式是最經濟、最節省材料，可以頻繁操作的，應優先選用。

2 采用自耦降壓啟動

用于降壓啟動的自耦變壓器，二次繞組通常備有三組抽頭供選用。如QJ3型有40%、60%、80%，其啟動轉矩分別是電動機直接啟動的啟動轉矩的16%、36% 和64%，對Y系列電動機，其啟動轉矩平均值是額定輸出轉矩的1.96倍，則其啟動轉矩是電動機額轉矩的31.36%、70%和125%。可見其啟動力矩明顯大于星——三角啟動方式，而且可以改接自耦變壓器的抽頭改變啟動電流和啟動力矩的大小，適應能力比較強，但設備體積大，成本高，需經常維護檢修，不允許頻繁啟動。只有星——三角啟動不能滿足要求時才予考慮。

3 在定子繞組串電阻或電抗減壓啟動

在定子繞組串電阻減壓啟動適用于小功率的低壓籠型電動機，當為高壓籠型電動機時，應選用定子回路串電抗器啟動方式，這類降壓啟動在選煤廠中實際應用很少。

4 軟啟動

軟啟動的基本原理是在電源與電動機定子繞組之間串接晶閘管，利用電子控制電路控制晶閘管的導通角，調節輸出電壓，實際上也有類似降壓啟動的性質，但它是連續控制的，啟動非常平穩，其有多種啟動方式可以選擇，適用范圍較廣，但當晶閘管的導通角還很小時，電動機的輸出力矩非常小，用于大傾角提升帶式輸送機時必須注意這一點；其缺點是啟動時供給電機的電流是非正弦波，存在高次諧波，對電網和周圍電氣設備造成電磁干擾。

4.1 繞線轉子異步電動機的啟動

在繞線轉子異步電動機的轉子回路中串入三相對稱阻抗，可以降低一次繞組的啟動電流同時提高啟動力矩，最理想的情況可以使電動機的啟動力矩接近最大力矩而一次繞組的啟動電流不超過額定電流的三倍，與鼠籠型電機相比可以在差不多一樣大的啟動力矩下進行啟動，而允許的啟動時間可以比鼠籠型電機延長二倍以上，因此繞線轉子異步電動機適用于鼠籠型電動機無法承擔的重載長時間啟動的機械。其主要有如下兩種啟動方式。

4.1.1轉子回路中串入三相對稱電阻分級啟動

根據負荷的輕重和電動機功率的大小，串入多級電阻器，啟動過程是將電阻器逐級切除至最后全部被短級，啟動即完成。其優點是：可獲得最大的啟動轉矩，啟動時功率因數高，啟動電阻可兼做調速電阻。但如要求平均啟動轉矩盡量大，則啟動級數就多，使啟動設備增多，投資增大，維修不便，啟動過程中有大量的能量消耗在串接電阻上。現在已很少使用，選煤廠的矸石山絞車曾經使用過。

4.1.2轉子回路中串入頻敏變阻器啟動

原理仍然是在轉子回路上串電阻啟動，這里利用轉子電流的頻率幾乎與轉速成反比變化的機理，在轉子回路中串入三相頻敏變阻器，在啟動初始階段，轉子電流頻率最高，頻敏變阻器的等效電阻最大，隨著電機轉速的加快，轉子電流的頻率逐漸降低，頻敏變阻器的等效電阻也逐漸變小，直至啟動完成時，頻敏變阻器的等效電阻為最小，最終被短接。只要頻敏變阻器的參數設計合理，這種啟動方式是很平穩的。頻敏變阻器結構簡單、運行可靠、無需經常維護，價格便宜；但功率因數低，與轉子串電阻啟動相比，啟動轉矩小，最大轉矩略有下降，適用于頻繁啟動不需要調速的生產機械。其是繞線轉子異步電動機最常使用的一般啟動方式。

4.2 選煤廠電機設備的速度調節

選煤廠工藝設備對調速的要求可分為兩大類，一類是工藝要求工作在較寬的速度范圍內的設備，如煤質波動較大需要按質量要求配煤的給料設備；另一類是只需要在較小的速度范圍內調節，一旦設定某一速度，就要求在該速度下較長時間穩定運行，很少進行速度調節的，如重介旋流器的入料泵。

4.3 變頻器的調速：適用于鼠籠型變頻電動機寬范圍調速

調速范圍寬，性能穩定，易于控制，但一次投資高，適用于負載變化范圍大的機械設備，當節能效果明顯經濟效益較好時或調速范圍大非用它不可時宜采用，采用后應適當考慮諧波干擾的防護，并應配用變頻電動機。隨著國內變頻器技術水平的不斷提高和成熟，變頻器的價格更趨于合理，現階段選煤廠大部分的調速裝置都是選用變頻器的方式。

4.4 電磁滑差電機調速

穩定調速范圍比較小，效率比較低，電動機功率比較小（不大于90 kW），適用于小功率，調速范圍不大的給料設備機和泵類的速度調節。

4.5 變極調速

鼠籠型電動機的標稱轉速決定于其極數，利用改變電動機定子繞組接線以改變其極數從而改變其標稱轉速（和功率），是一種比較簡單的有級變速系統，適用于要求多級標稱轉速的小功率機械設備。

[1] 中國建筑學會建筑電氣分會. 建筑供配電新技術[M]. 中國建筑工業出版社，2010

[2] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].中國電力出版社，2005.

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