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一般原则
电机能否直接启动主要取决于电机功率与变压器容量的比值。当电机功率相对变压器容量较小时,可以直接启动。通常规定,当电机启动时引起的电网电压降不超过额定电压的 10% - 15%,就允许电机直接启动。
这是因为电机直接启动时,其启动电流很大,一般为额定电流的 4 - 7 倍。如果启动电流过大,会导致电网电压波动,影响同一电网中其他设备的正常运行。
经验公式判断
有一种经验判断方法:对于经常启动的电机,它的容量(千瓦)不超过变压器容量(千伏安)的 20% 时,可以直接启动;对于不经常启动的电机,该比例可以放宽到 30%。
例如,假设变压器容量为 500 千伏安,对于经常启动的电机,其功率不超过 500×0.2 = 100 千瓦,就可以考虑直接启动;对于不经常启动的电机,功率不超过 500×0.3 = 150 千瓦时可以考虑直接启动。
具体应用场景和其他考虑因素
在小型的、独立的电力系统中,如家庭作坊、小型实验室等,只要电机功率不是特别大(一般 7.5 千瓦以下的电机),通常可以直接启动。因为这些场景下的电网相对简单,其他设备对电压波动的敏感度较低。
而在工业生产环境中,尤其是存在精密仪器、对电压稳定性要求高的设备的场合,即使电机功率较小,也可能需要采用降压启动等方式。这是因为精密仪器可能会因为电压的微小波动而出现故障,影响生产质量和设备安全。
另外,电机的负载特性也会影响启动方式的选择。例如,对于风机、水泵类负载,其启动转矩较小,在一定功率范围内可以直接启动;但对于一些带重载启动的设备,如起重机、压缩机等,即使电机功率较小,也可能需要采用特殊的启动方式来提供足够的启动转矩并减小启动电流对电网的冲击。
从电网容量和电压降角度考虑
当电机功率较大,直接启动会引起电网电压降幅超过允许范围(通常大于 10% - 15% 的额定电压)时,就需要使用软启动器。一般来说,如果电机功率大于变压器容量的 20% - 30%(对于频繁启动的电机采用 20%,不频繁启动的电机采用 30%),就应当考虑软启动方式。
例如,假设变压器容量为 500kVA,对于频繁启动的电机,功率大于 500×0.2 = 100kW 时,很可能需要软启动器;对于不频繁启动的电机,功率大于 500×0.3 = 150kW 时,考虑使用软启动器。这是因为电机直接启动电流一般是额定电流的 4 - 7 倍,大电流会造成电网电压波动,影响同电网其他设备的正常运行。
从负载特性角度考虑
对于带重载启动的负载,如起重机、皮带输送机满载启动、压缩机等,即使电机功率不是特别大,也建议使用软启动器。这些负载在启动瞬间需要较大的转矩来克服静摩擦力和惯性力。软启动器可以提供一个平滑的启动过程,使电机缓慢加速,从而减少启动冲击。
例如,一个 55kW 的压缩机,由于其启动时需要克服较大的气压阻力,属于重载启动,使用软启动器可以有效降低启动电流峰值,避免电机和机械部件因过大的冲击力而损坏。
从设备保护和寿命角度考虑
对于对电机和机械设备的使用寿命要求较高的场合,功率相对较小的电机也可能使用软启动器。电机直接启动时的大电流冲击会产生较大的电磁力,可能导致电机绕组绝缘损坏、轴承磨损等问题。软启动器通过限制启动电流,可以减少这些不利影响。
例如,在一些对设备连续运行可靠性要求极高的自动化生产线中,即使是 30kW 的电机,为了延长电机和相关机械传动部件的使用寿命,也会采用软启动器来实现平稳启动。
从控制精度角度考虑
在一些需要精确控制电机启动过程的应用场景中,如在电梯、舞台设备等领域,软启动器是必不可少的。软启动器可以精确控制电机的启动加速度、启动时间等参数,使电机按照预设的方式启动,从而实现更精准的控制。
比如在电梯应用中,软启动器能够使电梯轿厢平稳启动,避免乘客感到明显的晃动,提升乘坐体验。通常电梯电机功率在十几千瓦到几十千瓦不等,都会采用软启动器来保证启动过程的平稳性和舒适性。
一般原则
通常情况下,当电机功率大于 10kW 且小于 55kW 时,可以考虑使用星 - 三角(Y - Δ)启动。不过这不是绝对的,还需要考虑电网容量、电机负载类型等因素。星 - 三角启动主要是利用电机绕组的不同连接方式来降低启动电流。
在电机启动时,将定子绕组接成星形(Y),此时加在每相绕组上的电压是三角形(Δ)接法时的倍(约为 0.577 倍)。根据欧姆定律,电压降低,启动电流也相应降低,一般星型接法的启动电流是三角形接法直接启动电流的左右。这样可以减小对电网的冲击。
结合电网容量考虑
如果电网容量有限,即使电机功率小于 10kW,也可能需要采用星 - 三角启动。例如,在一个小型工厂中,变压器容量较小,当电机功率达到 7.5kW 左右时,直接启动可能会导致电网电压下降过多(超过 10% - 15% 额定电压),此时就可以考虑星 - 三角启动来减小启动电流对电网的影响。
相反,如果电网容量足够大,对于功率稍大于 55kW 的电机,在某些情况下也可以不采用星 - 三角启动。比如在大型变电站附近的工厂,电网能够承受较大的启动电流冲击,对于功率达到 60kW 的电机,若其启动对电网和其他设备影响较小,可能就不需要星 - 三角启动。
考虑电机负载特性
对于轻载或空载启动的电机,星 - 三角启动比较适用。像一些离心式风机、水泵等负载,在启动初期负载较轻,采用星 - 三角启动可以有效降低启动电流。例如,一台 30kW 的离心式风机,启动时风叶尚未转动,负载很小,采用星 - 三角启动可以在不影响启动性能的情况下,降低启动电流,保护电网和电机。
但对于重载启动的电机,如起重机、压缩机等,星 - 三角启动可能无法提供足够的启动转矩。因为在星形接法启动阶段,电压降低导致转矩也大幅降低(转矩与电压的平方成正比),可能无法使电机顺利启动。对于这种重载启动的电机,即使功率在星 - 三角启动的 “合适范围” 内,也可能需要考虑其他启动方式,如软启动器或自耦变压器降压启动等。
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