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电动机知识大容量电动机配电系统介绍 一、前言 大容量电动机通常是指电功率在几百甚至上千千瓦的电动机。其配电装置采用3kV10kV电压等级 ，在电网容量，电动机和生产工艺许可的情况下，尽量采用全电压直接起动的方式 ，同时还要有相应的继电保护装置确保其正常运行。大型电动机的运行将会给电网和拖动设备的安全运行带来很大影响，因此需要进行认真的比较和分析计算，以确定经济合理，运行可靠，技术先进的配电方案。以下就岭澳核电站空压机配电的工程实例谈谈大容量电动机的配电特点 ，起动条件及相应的计算验证。 二、工程实例 （一）实例介绍 岭澳核电站空气压缩系统由三台空压机组成，主要向核岛和常规岛输送压缩空气。空压机由英国ATLAS公司进口，其电动机功率分别为250kW/50Hz/3phase，电压等级为6.6kV.引自电站东北侧辅助平台全厂共用的6.6kV，选用3x3（ZR-YJV-10-1x400）中压铠装电缆约9x550米至核岛厂房6.6kV配电盘后，再分别选用ZR-YJV22-3x35中压铠装电缆约350米给各空压机供电。该电动机和工艺设备无特殊的动热稳定要求，但根据规程，电动机起动时母线电压不应低于额定电压的85%.根据以上技术条件，为确定电动机起动时的电压电流是否满足起动要求需进行起动计算，然后校验电动机的继电保护要求。计算条件应设供电系统是无限大容量电源，采用标幺值，计算容量Sj100MVA。 （二）在计算之前需考虑以下因素： 1、大容量电动机起动时，需要满足起动母线电压波动、电动机起动转矩要求和电动机及工艺设备的动热稳定要求。电动机和工艺设备应能承受全压起动时的冲击 ，即能满足电动机和工艺设备的动稳定要求。对于某些电动机在全压起动时还需满足制造厂规定的热稳定要求。 2、大型电动机起动时，其端电压应能保证被拖动机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压下降不应妨碍其它用电设备的工作。按照国家标准电能质量。电压允许拨动和闪变（GB12326-93）的要求，一般情况下 ，电动机起动时配电母线上的电压不应低于额定电压的85%，对于经常起动的电动机，不应低于额定电压的90%。 3、起动计算 （1）阻抗计算：设供电系统是无限大容量电源，采用标幺值计算，用系统阻抗（X*xt）计算起动压降时，应按引起压降最大的情况，即系统容量最小，短路容量最大的情况。 b.线路阻抗（X*l1）：X*l1=XSj/Uj2式中：X每相线路电抗（）；Uj线路基准电压（kV）；c.母线上其它负荷电抗（X*fh）；X*fh=Sj/Sfh式中：Sj基准容量，取100MVA；Sfh母线上其它容量计算值（MVA）；d.线路阻抗（X*l2） X*l2XSj/Uj2式中：X每相线路电抗（）；Uj线路基准电压（kV）；e.电动机起动阻抗（X*d） X*d1/KqSj/Sed式中：Kq电动机全压起动电流倍数；Sed电动机额定容量。1 2 3 4 下一页 （2）起动参数计算：由图1可知，电动机回路阻抗X*qX*l2X*d母线总的阻抗X*=X*q/X*fh供电系统的总阻抗X*=X*X*l1X*xt系统提供的总起动电流I*q=1/X*电动机回路起动电流，由电动机回路 阻抗和负荷阻抗分流计算，即I*d=I*qX*fh/（X*fhX*q）。 母线电压标幺值U*m=I*qX*电动机端电压相对值（起动时电动机端电压/电动机额定电压）U*d=I*dX*d4、继电保护根据国家标准电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB50062-92），关于3kV及以上电动机的保护 ，要求设置电流速断保护、差动保护、过负荷保护、失压保护、不平衡缺相保护、接地故障保护及起动次数保护。本例主要考虑差动保护、电流速断保护、过负荷保护、低电压保护、接地保护。 1.差动保护按躲过电动机的最大不平衡电流计算保护装置的动作电流Idzj（1.52）Irm/n1A；按最小运行方式下 ，电动机接线端两相短路时，流过保护装置的短路电流校验保护装置的灵敏系数KmIk2.min/Idz2。2.电流速断保护按躲过电动机的起动电流，计算保护装置的动作电流：Idzj=KkKjxKq Irm/n1A；按最小运行方式下 ，电动机接线两相短路时，流过保护安装处的短路电流校验保护装置的灵敏系数：KmIk2.min/Idz2。3.过负荷保护按躲过电动机的额定电流计算保护装置的动作电流：IdzjKkKjxIrm/Khn1A。4.低电压保护当母线电压下降至额定电压的60%时，低电压作用于跳闸。5.接地保护按被保护元件发生单相接地故障时最小灵敏系数1.25整定保护装置的一次动作电流：Idz（Ic-Icm）/1.25A。 （三）本例计算结果如下：Domain: dnf辅助 More:d2gs2f 1、元件阻抗标幺值 （1）系统阻抗：由电站提供，6.6kV出线最小短路容量为150MVA，最大短路容量为330MVA.基准容量Sj=100MVA，X*tmin=Sj/Smin100/1500.667X*tmaxSj/Smax100/3300.303。 （2）变压器阻抗（X*b）：由制造厂给出，为X*b0.09。 （3）线路阻抗（X*l1）：本例中线路采用九根1x400mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆 ，电缆长度为0.55kM，线路每公里电抗为0.150，可得X*l1XSj/Uj20.150x0.55x100/6.62/90.0210由于线路阻抗相对于电动机阻抗较小，可在以下计算中忽略。 （4）电站：该6.6kV母线上其它负荷为Sfh10.5MVA，因此X*fhSj/Sfh100/10.59.523。 （5）线路阻抗（X*l2）：本例中线路采用三根3x35mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆 ，电缆长度为0.35km，线路每公里电抗为0.123，可得X*l2XSj/Uj20.123x0.35x100/6.62/30.0329。上一页 1 2 3 4 下一页 （6）电动机起动阻抗本例中电动机额定容量为3x250/0.85882.35KVA0.882MVA，额定电压为6.6kV，额定电流为31A，起动电流倍数为10倍，可X*d1/KqSj/Sed（1/10x100）/0.88211.34。 2、起动计算过程及分析 电动机回路阻抗X*qX*l2X*d0.032911.3411.37母线总阻抗X*X*q/X*fh11.37x9.523/（11.379.523）5.182供电系统总阻抗：X*X*X*l1X*xtminX*b5.1820.02100.6670.095.96总起动电流I*q1/X*1/5.960.168母线 电压U*mI*qX*0.168x5.1820.871电动机回路起动电流：I*dI*qxX*fh/（X*fhX*q）0.168x9.523/（11.379.523）0.077端电压U*dI*dX*d0.077x11.340.873由计算可知，电动机起动时能满足要求，即母线及电动机端电压均超过85%，因此可采取直接启动的方式。 3、继电保护计算 （1）电动机侧短路时 ，当系统取最小短路容量为150MVA时，d1点的短路电流计算其中，Xjs1X*xtminX*l1X*l2X*b0.6670.0210.03290.090.811短路电流IdlminIj/Xjs1Sj/（UjXjs1）100/（x6.6x0.811）10.786kA两相短路电流Idlk20.866Id1min0.866x10.7869.341kA当系统取最大短路容量为330MVA时，d 1点的短路电流计算其中，Xjs2X*xtmaxX*l1X*l2X*b0.300.0210.03290.090.444短路电流IdlmaxIj/Xjs2Sj/（UjXjs2）100/（x6.6x0.444）19.703kA。 （2）差动保护配电装置电流的变比为50/5，电流互感器的接线系数Kjx为1，因此可得保护装置的动作电流Idzj（1.52）Irm/n1（1.52）31/10（4.656.2）A当Idzj取6.0A时，IdzIdzjn1/Kjx6.0x10/10.06kA保护装置的灵敏系数KmId1k2min/Idz9.341/0.061562。 （3）电流速断保护保护装置的动作电流为IdzjKkKjxKqIrm/n11.6x1x31/104.96AIdzIdzjn1/Kjx5x10/10.05kA保护装置的灵敏系数为KmIdlk2min/Idz9.341/0.051872。 （4）过负荷保护保护装置的动作电流为IdzjKkKjxIrm/Khn11.6x1x31/（0.85x10）5.84A ，按照此电流值对过负荷电流值进行整定。 （5）接地保护电网的总单相接地电容电流Ic0.1Url0.1x6.6（9x0.553x0.35）3.96A可得保护装置的一次动作电流为Idz（Ic-Icm）/1.253.96/1.253.168A保护装置的动作电流3.168A满足零序电流互感器和接地的灵敏系数要求。上一页 1 2 3 4 下一页 三、结束语 综上所述，大型空压电机的配电考虑因素较多，应着重考虑电机的工艺要求，起动条件和继电保护要求。在电网容量 ，电动机和生产工艺许可的情况下，尽量采用全电压直接起动的方式，同时还要有相应的继电保护装置确保其正常运行，而继电保护却只要满足运行条件，规范要求，就能达到保护空压机的要求。上一页 1 2 3 4生活小常识：冰箱不能随意拔插电源变频器在游梁式抽油机的解决方案电动机配件绕组短路和断路故障的检查和起重机机械部分的维护保养方法解析三相异步电动机绕组短路怎么办电动机轴承异响故障分析与处理方式概述如何进行变频器的正常选型和容量匹无功补偿的优化选择欧美等发达国家电机系统节能经验介绍直线电动机实现机床进给系统零传动（四电子式电动机保护器之浅释三相电动机如何改成单相电动机异步电动机如何实现节能降耗电动机软起动器的应用变频在注塑机节能改造中的应用同步电动机的原理基于触摸屏和PLC的万能铣床控制设计浅析机电一体化中的电机控制与保护AP1000核电站用核级电动机可望产业化改变叶轮转速调整离心通风机工作点的探三菱自动化产品在BEFAMA CRIII型梳毛机交-交变频技术实现感应电机的重载起动罗茨风机噪音治理切削机床无级变速主传动系统设计变频器过载的检查方法与排除方法交流伺服电动机功能及作用比较电机的基础知识探讨分析电动机多功能节电保护器的原理直流电动机降低转速常用哪些方法无刷直流电动机工艺匿名 随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。1DTC控制技术DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。2防止溜钩控制作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（回馈是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生过流而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。3系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装1台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。变频器配有RPBA201接口卡件，提供标准的Profibus2DP现场总线接口，用于与PLC通信控制，并接收PLC发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。4起升变频器功能参数设置ABB变频器在出厂时，所有功能码都已设置。但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。（1）起动数据（参数组99）参数99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：CRANE；参数99104（电动机控制模式）：DTC（直接转矩控制）；参数9910599109（电动机常规铭牌参数）：按照电动机的铭牌参数输入。（2）数字输入（参数组10）参数1010110113（数字输入接口预置参数）：按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。（3）限幅（参数组20）参数20101（运行范围的最小速度）：-1000 r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20102（运行范围的最大速度）：1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20103（最大输出电流）：120%；参数20104（最大正输出转矩）：150%；参数20104（最大负输出转矩）：-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：OFF（本例中ACC800变频器使用了动力制动方式，此参数设为OFF后，制动斩波器才能投入运行）。（4）脉冲编码器（参数组50）参数50101（脉冲编码器每转脉冲数）：1024；参数50103（编码器故障）：FAULT（如果监测到编码器故障或编码器通信失败时，ACC800变频器显示故障并停机）。（5）提升机（参数组64）参数64101（独立运行选择）：FALSE；64103（高速值1）：98%；64106（给定曲线形状）：0（直线）；参数64110（控制类型选择）：FBJOYSTICK.（6）逻辑处理器（参数组65）参数65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择）：TRUE（在电动机停止后保持电动机磁场为ON）；参数65102（ON脉冲延时时间）：5s.（7）转矩验证（参数组66）参数66101（转矩验证选择）：TRUE（转矩验证有效，要求有脉冲编码器）。（8）机械制动控制（参数组67）参数67106（相对零速值）：3%；参数67109（起动转矩选择器）：AUTOTQMEM（自动转矩记忆）。（9）给定处理器（参数组69）参数69101（对应100%给定设置电动机速度）：980r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数69102（正向加速时间）：3s；参数69103（反向加速时间）：3s；参数69104（正向减速时间）：3s；参数69105（反向减速时间）：3s.（10）可选模块（参数组98）参数98101（脉冲编码器模块选择）：RTAC2 SLOT2（脉冲编码器模块类型为RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽2）；参数98102（通信模块选择）：FIELDBUS（激活外部串行通信并选择外部串行通信接口）。5试运行变频调速系统的功能参数设定完后，就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定，手动起动变频器，让起升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5，10，15，20，25，35，50Hz等几个频率点进行，注意观察电动机的运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升是否正常，加减速是否平滑等。单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。起升变频器手动运行无误后，就可接入PLC控制系统，进行整机联调。整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜钩现象等。其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电阻投运后，其温升是否正常。在重物下放过程中，重物的势能会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。1DTC控制技术DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。2防止溜钩控制作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（回馈是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生过流而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。3系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装1台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。变频器配有RPBA201接口卡件，提供标准的Profibus2DP现场总线接口，用于与PLC通信控制，并接收PLC发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。4起升变频器功能参数设置ABB变频器在出厂时，所有功能码都已设置。但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。（1）起动数据（参数组99）参数99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：CRANE；参数99104（电动机控制模式）：DTC（直接转矩控制）；参数9910599109（电动机常规铭牌参数）：按照电动机的铭牌参数输入。（2）数字输入（参数组10）参数1010110113（数字输入接口预置参数）：按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。（3）限幅（参数组20）参数20101（运行范围的最小速度）：-1000 r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20102（运行范围的最大速度）：1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20103（最大输出电流）：120%；参数20104（最大正输出转矩）：150%；参数20104（最大负输出转矩）：-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：OFF（本例中ACC800变频器使用了动力制动方式，此参数设为OFF后，制动斩波器才能投入运行）。（4）脉冲编码器（参数组50）参数50101（脉冲编码器每转脉冲数）：1024；参数50103（编码器故障）：FAULT（如果监