厂用电动机的选择和自启动校验

厂用电动机的选择和自启动校验第一页，共二十六页，2022年，8月28日教学内容本节教学内容一、厂用机械特性和电力拖动运动方程二、厂用电动机的类型及其特点三、厂用电动机选择四、电动机的自启动校验首页第二页，共二十六页，2022年，8月28日一、厂用机械特性和电力拖动运动方程一、厂用设备的机械特性和电力拖动方程

1.厂用设备的机械特性

发电厂中厂用机械设备的负载转矩特性可归纳为两种类型示。

⑴恒转矩负载：即该设备的负载转矩(阻转矩)M*m与转速n*无关，M*m＝f(n*)特性为一水平直线，如图5-10中直线1所示。火电厂中属于这类机械的有碎煤机、磨煤机、绞车、起重机等。⑵非线性转矩负载：该类设备的负载转矩与转速的二次方或高次方成比例，如图5-10中曲线2所示。图5-10第三页，共二十六页，2022年，8月28日M*m0——与转速无关的摩擦起始负载转矩标幺值，一般取0.15；

a——指数，与机械设备型式有关。

M*m=0.15+0.85例如：通风型负载转矩与转速的二次方成比例，即:非线性负载转矩特性可用下式表示:

一、厂用机械特性和电力拖动运动方程第四页，共二十六页，2022年，8月28日⑶电力拖动方程

电动机产生的电磁转矩Me(N•m)克服机械负载阻转矩Mm(N•m)后的剩余转矩，便会使机械传动系统产生加速运动，其旋转运动方程为:电动机的机械角速度:

Ω(rad/s)

＝2πn/60。

机组的转动惯量J(kg•m2)常采用飞轮惯量GD

2(n•m2)来表示，即:一、厂用机械特性和电力拖动运动方程第五页，共二十六页，2022年，8月28日(5-19)由实用计算运动方程式(5-19)可分析电动机的工作状况:1)Me＝Mm时，dn/dt=0，则n=0或n=常数，拖动系统(电动机)处于静止或稳定运行状态(等速旋转)；

2)Me＞Mm时，dn/dt＞0，拖动系统处于加速状态；

3)Me＜Mm时，dn/dt＜0，拖动系统处于减速状态。

一、厂用机械特性和电力拖动运动方程第六页，共二十六页，2022年，8月28日二、厂用电动机的类型及其特点

发电厂厂用电系统中使用的电动机有异步电动机、同步电动机和直流电动机三类。1.异步电动机

异步电动机的机械特性是指电动机的电磁转矩Me与转速n之间的关系，即M*e＝f(n*)，如图5-11所示。图5-11二、厂用电动机的类型及其特点第七页，共二十六页，2022年，8月28日(1)异步电动机能够顺利启动的条件是：①电动机的启动转矩M*e0必须大于被拖动机械在n*＝0时的起始负荷阻转矩M*m0；②在启动过程中的任一转速下都应有M*e＞M*m，使剩余转矩为正。直到电动机的M*e＝

f(n*)与被拖动机械的M*m＝f(n*)相等的稳定工作点上，如图5-11中的1点或2点处，才能稳定运行。(2)异步电动机的特点：

1)异步电动机的启动，一般采用直接启动方式。该启动方式启动转矩大，启动电流也大，会引起厂用系统电压下降和电动机本身发热，所以需进行启动校验。2)鼠笼式异步电动机分为单鼠笼式（结构简单，可靠，启动电流大），深槽式和双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流小等较好的启动性能。3)线绕式异步电动机调速性能好，可采用转子电路内引入感应电动势实现串级调速，也可采用在转子电路串接调节电阻，借调节电阻在一定范围内调整转速、启动转矩和启动电流。二、厂用电动机的类型及其特点第八页，共二十六页，2022年，8月28日二、厂用电动机的类型及其特点2.同步电动机

同步电动机有一套励磁系统，可以工作在“超前”或“滞后”的不同工作状态，调整厂用电系统的功率因数。同步电动机的转矩与电压成正比(异步电动机的转矩与电压的平方成正比)，对电压波动不太敏感，运行稳定性好。但是，同步电动机的结构复杂、价格较高，且启动、控制较麻烦。所以，在厂用电系统中，只在大功率低转速的机械设备上有时采用。3.直流电动机

直流电动机的特点是：借助调节磁场电流，可在大范围内均匀而平滑的调速；启动转矩大；不依赖厂用交流电源。但其结构复杂、成本高、维护量大和工作可靠性较差。所以，直流电动机用于拖动对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械。第九页，共二十六页，2022年，8月28日三、厂用电动机选择三、厂用电动机选择

厂用电动机主要根据功率大小、启动转矩要求和调速要求进行合理选择。⑴型式选择a)厂用电动机一般采用交流鼠笼式异步电动机；b)对于反复、重载启动或小范围内调速的机械，如吊车，抓斗机等可选用线绕式异步电动机或同步电动机；c)对于要求在很大范围内调节转速或当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备采用直流电动机。

厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应：①屋内干燥无尘场所可使用开启式；②空气清洁而有滴落水滴的场所宜使用防护式；③尘埃较多、潮湿和水土飞溅的场所应使用封闭式；④有爆炸性气体的场所要使用防爆式。第十页，共二十六页，2022年，8月28日

⑵电压、转速和容量选择a)电动机的电压应与厂用供电网络电压相一致；b)电动机的转速应满足被拖动机械设备的要求；c)电动机的额定容量PN必须满足在额定电压和额定转速下满载工作的机械设备的轴功率Ps，并留有适当的储备，即:PN＞Ps

三、厂用电动机选择第十一页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验1.电动机的自启动及其分类和要求⑴电动机的自启动当电源突然消失或厂用电压降低时，一些重要机械的电动机并不立即断开，电动机转速就会下降(称为惰行)，甚至停转，若在很短时间(一般为1s左右)内，厂用电压又恢复或备用电源自动投入，电动机从惰行又自动启动恢复到稳定运转状态，这一过程称为电动机的自启动。⑵电动机自启动的意义重要厂用机械的电动机参加自启动，保证了不因厂用母线的暂时失压而使发电机组被迫停机。减少了停电造成的经济损失，对电力系统的可靠、安全和稳定运行有重要意义。图5-14第十二页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验

异步电动机的转矩M*e与其端电压的平方U*2成正比。随着电压下降，电动机转矩急剧下降。当U*下降至0.7时，其最大转矩M*emax相应变为(0.7)2×2＜1，若电动机所拖动的机械为额定负载转矩，即M*m＝1，则此时剩余转矩已变为负值，电动机受到制动而减速，进入不稳定运行区，最终停转。

电动机自启动时电压最低限值，也就是最大转矩M*emax等于额定负载转矩（M*m＝1）的电压，又称为临界电压U*cr，即:

异步电动机的M*emax与电动机的型式和种类有关，约为1.8～2.4，所以临界电压U*cr为0.64～0.75，即电压下降到额定值的64%～75%时，电动机就开始惰行。⑶电动机自启动时厂用母线电压最低限值第十三页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验2.电动机的自启动校验a)自启动时产生的问题：成组的电动机自启动时，由于启动电流较大，会引起厂用电母线电压下降，电动机发热。

b)为什么要进行电动机的自启动校验：若参加自启动的电动机数量过多、总容量较大，则启动电流过大，将使电压下降过多，电动机会过热，将危及厂用电网络的稳定运行以及电动机的安全，使自启动失败，造成发电机停机。因此必须进行电动机自启动校验，以保证厂用电母线电压在要求的水平。

电动机自启动校验有电压校验和容量校验两种方法。第十四页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验⑴电动机自启动的厂用母线电压校验

1)单台电动机自启动或成组电动机自启动厂用母线电压校验。图5-15所示为一组电动机在厂用高压母线上进行自启动的电路及其等效电路。从等效电路可得如下关系:

图5-15根据串联分压得自启动开始瞬间，高压厂用母线电压为:第十五页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验x*m—

参加自启动电动机的等值电抗标幺值；

I*—

参加自启动电动机的启动电流总和的标幺值。U*0—

电源母线电压标幺值，电抗器供电时取1，无载调压变压器供电时取1.05，有载调压变压器供电时取1.1；U*1—

自启动时高压厂用母线电压标幺值；x*t—

高压厂用变压器或电抗器的电抗标幺值:第十六页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验电动机的启动电流倍数为K与启动瞬间的电抗x*m的关系：

x*m=1/K。对于成组电动机，如果所有自启动电动机取一平均的启动电流倍数Kav，全部电动机的总容量为SmΣ(kVA)，厂用变压器的容量为St(kVA)，则全部电动机经折算后的等值电抗标幺值（以St为基准）可写为:代入得:式中PmΣ——参加自启动电动机总功率(kW)；

ηcosφ

——电动机的效率与功率因数的乘积，一般取0.8；

第十七页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验2)电动机经高压厂用变压器和低压厂用变压器串联自启动厂用母线电压校验。图5-16所示为厂用高、低压变压器串连，高、低压电动机同时自启动的等效电路。假设厂用高压母线原已带有负荷S

0，自启动过程中S

0继续运行。①厂用高压母线电压U

*1校验。在图5-16中，所有电压、电流和电抗参数均以高压厂用变压器额定容量为基准。其中，U*2为厂用低压母线电压的标幺值；x*t2为低压厂用变压器电抗标幺值；x*1、x*2分别为自启动高、低压电动机电抗标幺值；I*t1为自启动时流过高压厂用变压器的电流标幺值；

I*0、I*1和I*2分别为原有负荷电流标幺值及高、低压电动机自启动电流的标幺值。图5-16第十八页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验电动机自启动时，电压方程为：U*0－U*1＝I*t1

x*t1＝（I*0+I*1+I*2）x*t1

及和

——以S0为基准的原已带有的负荷等值电抗的标幺值；K0、K1、K2——为S0、S1和S2支路电动机自启动电流平均倍数。

I*2所占比重一般较小，可以略去，且K0=1，将I*0、I*1代入式（5-28）并整理，得:第十九页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验式中S*H——厂用高压母线的合成负荷标幺值。若高压厂用变压器为分裂绕组变压器，上式中则以分裂绕组容量Sts2代替St1。同时，上式中的②厂用低压母线电压U*2校验。由图5-16可见，厂用低压母线带有负荷S2，厂用低压变压器容量为St2，现以St2为基准容量，厂用低压变压器的电抗为x*t2；

仿照前面推导，得:

第二十页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验U*1－U*2=

I*2x*t2

电动机自启动时，高、低母线电压关系为：将I*2的表达式代入式（5-29）并整理得U*1是前一步的计算结果。

第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验⑵电动机自启动允许容量校验

电压校验是已知电动机容量S*mΣ，求厂用母线电压U

*1；容量校验是把厂用母线电压U*1当作已知值，求允许自启动电动机容量PmΣ。

由式（5-26）可求得允许自启动电动机容量为:或者

当同时自启动电动机容量超过允许容量时，可采用以下措施：第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日四、电动机的自启动校验当同时自启动电动机容量超过允许容量时，可采用以下措施：1)限制参加自启动电动机的数量。对不重要设备的电动机加装低电压保护装置，延时0.5s断开，不参加自启动。2)阻转矩为定值的重要设备的电动机不参加自启动。因为该类电动机只能在接近额定电压下启动，所以也采用低电压保护，当厂用母线电压低于临界值时，把它