水泵与风机启动方式的选择方案

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　　[摘要]用简便计算及列表方法表示全压起动时配电系统的压降，并对全压起动和各种压降起动的特点进行分析比较，以便选择。同时对风机、水泵的启动转距作了简要分析。
　　[关键词]笼型感应电动机 全压起动 星三角换接起动 自耦变压器降压起动 起动电流起动转距
　　中图分类号：TH6 文献标识码：B 文章编号：1002－6908（2007）1220024－01
　　
　　工业与民用建筑中的水泵与风机常采用笼型感应电动机拖动，根据笔者多年从事设计工作的经验，恰当地选择其起动方式，具有重要的意义。笼型感应电动机的起动方式分为全压起动、降压起动、变频起动等，现对各种起动方式的特点进行简要分析，以利选择。
　　
　　一、全压起动
　　
　　（一）全压起动的优点及允许全压起动的条件。全压起动是最常用的起动方式之一。目前设计制造的笼型感应电动机都按全压起动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。所以，只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩，起动引起的压降不超过允许值，就应该选用全压起动的方式。
　　全压起动的缺点是起动电流大。笼型感应电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，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显著下降，影响同一条供电线路上的其他电气设备正常工作。其端子上的计算电压应符合下列要求：
　　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.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，且不频繁起动时，但电机端头的电压降不能低于额定电压的70%。
　　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起动转距确定。
　　（二）电动机起动时的压降及允许全压起动的电动机最大功率。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。电动机起动时配电系统的压降可按下式估算：
　　（1）ΔUst=（Kmst×Pm＋Pa／Stn）×μk%
　　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)；μk%变压器阻抗电压百分数。
　　（1）式中忽略了一些次要因素，如母线及开关上的压降和电动机功率因数值等，存在误差，但能够满足工程设计的精度要求。
　　
　　（三）由城市低压电网供电的电动机允许全压起动的最大功率
　　由城市低压电网供电的电动机因电源线路的情况难以了解，不易计算，所以可按下述条件确定：
　　1.由公用低压电网供电时，容量在11kW及以下者，可全压起动；
　　2.由居住小区变电所低压配电装置供电时，容量在15kW及以下者可以全压起动。
　　
　　二、降压起动
　　
　　当电动机全压起动将引起配电系统的压降过大，或者在某种情况下规范不允许采用全压起动时，可采用降压起动。
　　（一）串电抗器降压起动。在电动机定子回路中串入电抗器降压起动的方法虽然起动电流有所减小，但其起动转距小得更多，使起动时间延长，电动机发热更严重。如果被拖动的负载阻转距较大，甚至会起动不起来，所以这种方法在低压系统中很少采用。
　　（二）自耦变压器降压起动。自耦变压器降压起动是将其原边接供电电源，副边（即原边的一部分）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，电动机全电压运转。
　　一般来说，采用自耦变压器降压起动，电动机的端子电压下降到额定电压的K倍时（K为自耦变压器的抽头变比，其值小于1），电动机的起动转距与配电系统中的电流均下降到额定电压时的K2倍。
　　（三）星三角换接降压起动。星三角换接起动是先将电动机的定子绕组接成星形起动，待电动机转速基本稳定时，再换接成三角形转入正常运行。星形连接同三角形连接相比，电动机绕组的端子电压和绕组中的电流降低到1/，电动机的转距降低到（1/）2，即1/3。
　　
　　三、其他起动方式
　　
　　变频起动是在变频调速系统中，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，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。但是，这种起动方式设备复杂，价格昂贵，只有在变频调速系统中，才采用变频起动。近年来，在采用变频调速的恒压供水系统、变风量系统中，其水泵、风机都是变频起动的。
　　另外，还可以采用化整为零的起动方式，即一台大型设备，采用多台小电机拖动，例如某些大型冷水机组，就是由多台小电动机拖动，每台小电动机单独起动，其起动电流与机组总容量比就显得很小，减小了对配电系统的影响。
　　
　　四、电动机起动方式选择
　　
　　民用与一般工业建筑的水泵，多为笼型感应电动机拖动的离心泵。水泵启动的阻转距主要是由水的静压、惯性、管道阻力、水泵的机械惯性和静动摩擦等构成。水泵的起动阻力矩较小，一般为额定阻转矩的30%，属于轻载起动。一般Y系列笼型感应电动机全压起动时的电磁转距，均大于额定转距。当电动机采用全压起动时，其起动转距远大于水泵的阻转距，起动较快。例如，采用星三角换接方式起动，电动机的起动转距为全压起动转矩的1/3，仍可满足水泵的起动阻转距要求。
　　生活给水泵起动比较频繁，且容量一般不大，多数可以全压起动。水泵、热水循环泵、消防补压泵电动机功率一般也不大，通常采用全压起动。
　　
　　五、风机的起动
　　
　　民用与一般工业建筑中采用的风机，多数为笼型感应电动机拖动的离心风机（轴流风机），其起动阻转距与离心式水泵类似，阻转距都与转距成正比，所以有的设计手册将离心式风机与水泵同样对待。实际上，它们还是有区别的，因为，风机与水泵的结构不同，风机没有多级的，且叶轮直径大，其起动惯量比水泵的大得多，起动时的机械惯性阻转距也大得多。考虑到风机启动较困难的特点，在选择风机主电路的控制保护设备时需注意，其低压断路器的热脱扣器额定电流不可选得过紧，过载保护的热继电器要躲过起动电流。
　　综上所述，在选择笼型感应电动机的起动方式时，首先考虑全压起动，不得已时才采用降压起动等其他方式。如果把可以采用全压起动的电机，采用了降压起动，无疑是一种浪费，且增加了故障的可能性。
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

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