电动机技术论文
电动机技术论文
随着工业的发展，企业内具有数千台电动机的供配电系统已屡见不鲜。学习啦小编整理了电动机技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!
电动机技术论文篇一
电动机再起动技术
摘要：本文从 分析 供配电系统故障对电动机的 影响 着手，较全面地分析了各种电动机再起动的 方法 及技术，重点介绍了电压与电流控制式电动机群再起动方法及可编程序控制器电动机群再起动技术，以及如何选择电动机再起动的方法与技术。
关键词：电动机 再起动 供配电系统故障
1 前言
随着 工业 的 发展 ， 企业 内具有数千台电动机的供配电系统已屡见不鲜。如此庞大的供配电系统发生故障的概率是很高的，一旦发生故障就会造成几十台甚至几百台电动机停止运行。电动机通常是企业内转动设备的主要动力，大量电动机的停运将给企业造成很大 经济 损失及生产的混乱，特别是大型连续化生产要求非常高的危急企业，还可能引发其他设备及人身事故，损失更为严重。 目前 电动机再起动的方法及技术有许多种，而且各有千秋，如何根据经济技术比较确定企业需要的电动机再起动方法与技术是一个摆在我们面前的关键 问题 。
2 供配电系统故障对电动机供电回路的影响
电动机的再起动过程分为两部分，即：当供配电系统发生故障时电动机开始失速;故障切除电源恢复后电动机再加速至原转速。分析应首先了解供配电系统故障对电动机供电回路的影响。
供配电系统故障的不同对电动机供电回路的影响也不一样，再起动处理的方法也应有区别。供配电系统故障分单相接地、两相短路、三相短路、对称及不对称等多种故障形式，但对电动机供电回路的影响主要取决于故障的时间及电压降低的幅度。
2.1 瞬时欠压
瞬时欠压(Voltage Sag)是瞬时的电压降低，而不是电压的消失，其过程分为电压降低与电压恢复两部分。供配电系统发生故障的瞬时，由于感应电动机转子的磁链不能突变，原有的电流将继续存在，并在定子绕组端子间感应电压。该感应电压并不立即下降，而且能保持相当长时间，此电压称为残余电压。由于残余电压的存在，如果电源断开后，很快又再次合闸，将出现较大的合闸冲击电流及冲击转矩，冲击大小由合闸瞬间电动机的残余电压大小及相位决定。根据电动机残余电压衰减的不同瞬时欠压可分为断电故障、近距离短路故障和远距离短路三种形式：
断电故障是指电动机群与供配电系统断开所引起的故障。发生的原因重要是误操作。例如，误将运行变电所的电源断开。断电故障时，由于电动机转子中的电磁能没有任何消耗，电动机残余电压衰减的很慢。断电故障在瞬时欠压中发生的概率最低。
近距离短路故障是指在与电动机电气距离较近处发生的短路故障。在近距离短路故障时，电动机转子中的电磁能因向短路点提供短路电流而很快衰减，因此残余电压衰减的也很快。近距离短路故障在瞬时欠压中的发生率较高。
远距离短路故障是指在与电动机电气距离较远处发生的短路故障。在远距离短路故障时，电动机转子中的电磁能也因向短路点提供短路电流而有所衰减，残余电压衰减的较快，但比近距离短路故障衰减的慢些。远距离短路故障在瞬时欠压中的发生率最高。
电动机的残余电压不仅与短路故障的电气距离有关而且还与故障的形式有关，如果供配电系统内具有补偿电容器将会降低残余电压的衰减速度。
为了防止由于残余电压的存在对电动机所产生的冲击，BZT(备用电源自动投入)等保护应在电动机母线电压衰减小于0.33 pu V/HZ时才能动作，或作用于电源电压与电动机残余电压之间的相差小于30°内。电动机残余电压衰减速度直接影响采用小于0.33 pu V/HZ保护的动作时间，以及电动机母线电压的恢复及电动机再起动的时间。
瞬时欠压时因电压快速恢复会发生仅部分电动机停运的情况，此时的处理应是躲过电动机残余电压的影响，然后立即将停运的电动机直接再起动。
2.2 短时失压
短时失压与瞬时欠压的区别在于残余电压是否消失。短时失压是电压降低至消失而后电压才恢复。产生的原因主要是继电保护时差配合等原因无法实现快速切除故障。故障发生瞬间，电动机的电流与转矩陡然增大，然后逐渐振荡衰减，而残余电压和转速也开始逐渐下降。电源恢复瞬间，电动机的电流与转矩也会迅速增大，然后逐渐振荡衰减，而转速也开始逐渐上升，经过短时的振荡后稳定在某一数值上。
供配电系统发生短时失压时，低压电动机交流接触器已断开，非再起动的高压电动机均跳闸，电动机转速下降很多，此时BZT等保护可立即动作。母线电压恢复后，的处理应是将全部参加再起动的电动机再起动，但采用的电动机再起动方法与技术不同再起动的过程也各异。
2.3 长期失压
长期失压是指供配电系统电压消失时间通常大于10秒的故障。当电动机所在的母线发生长期无法恢复的故障时，电动机已全部停止运转。为了防止电动机随供配电系统的恢复同时再起动而造成的设备事故及人身伤亡，必须清除全部电动机的再起动信息。
3 电动机再起动方法
正常运行时记录电动机的运行信息，供配电系统故障消除后，按故障前记录的电动机运行信息重新起动电动机即完成了电动机再起动。按电动机再起动的过程中是否可以控制，再起动方法分为无控式与可控式两种。
3.1 无控式再起动方法
在供配电系统故障后电压恢复瞬时，按电动机的运行信息，立即将所有参加再起动的电动机全部同时再起动既为无控式再起动方法。该方法电路简单，使用电器元件很少，费用低，但存在如下缺点：
受到供配电系统容量的限制不能完成全部运行电动机均参加再起动。
可因电动机残余电压而产生电流及转矩冲击。
由于多台电动机同时起动会产生很大的非周期冲击电流，可能造成变压器跳闸，同时也会造成电动机端电压显著下降，电动机最大转矩低于负载转矩，使再起动失败。
无法防止短时再次再起动以及再起动时间过长。
3.2 可控式再起动方法
供配电系统故障时，将电动机的运行信息做瞬时的记录，供配电系统电压恢复后，利用各种控制方法按电动机的运行信息，逐步将全部停运的电动机分期分批地再起动既为可控式再起动方法。
3.2.1 时差控制式电动机群分批再起动
时差控制式电动机群分批再起动方法是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的多个批次，每台电动机固定在一个批次中，每批再起动电动机固定一个再起动时间，各批次再起动时间有一个时差，而且再起动时间越长时差越大。
时差控制式电动机群分批再起动的优点是控制方法简单，主要缺点是时差难以选择。时差选大了会使再起动过程拖延很长时间，最后一批再起动电动机几乎是在完全停转的情况下满载起动，这使得许多电动机因过电流而跳闸;时差选小了会出现相邻批次的再起动电流叠加，造成母线电压下降。由于电动机的转矩是随着端电压平方成反比而变化的，电动机起动转矩也会大幅度下降，再起动能耗增加，再起动的时间也随着端电压的大幅度下降而更加延长，以致多批次再起动电流叠加，直至电源因过电流断电，再起动失败。另外，供配电系统的故障是非常复杂的，故障切除后再起动电动机母线的电压也是变化的，因此很难保证不出现再起动电流叠加的现象。
在一个变电所内不是全部电动机都处在运行状态，而是约有30%～50%电动机处在备用状态，对于所内的每段母线运行的电动机台数也是根据生产和设备的需要而变化的，电动机的运行状态是随机的，一般在装机容量的30%～80%之间，特殊情况可达到10%～ 100%。但该控制方法只能按100%再起动装机容量来安排批次和时差，如某批内没有运行电动机，该控制方法只能是空等一个时差。在供配电系统发生瞬时欠压中会出现母线上仅数台电动机停运的情况，如这几台运行电动机都被分在后几批内，该控制方法也只能是空等几个时差。
3.2.2 电压控制式电动机群分批再起动
电压控制式电动机群再起动方法也是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的许多批次，每台电动机也固定在一个批次中。正常运行时监测电动机群的母线电压，故障后电压恢复时用再起动电动机群的母线电压控制各批电动机完成再起动任务。该方法与电压与电流控制式电动机群再起动方法相比简单一点，但因为在再起动过程中再起动电流的变化很大，而母线电压变化较小，仅用母线电压控制很难实现监测电动机的再起动状态。
3.2.3 电压与电流控制式电动机群分批再起动
与上述两种方法一样，该方法也是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的许多批次，每台电动机也固定在一个批次中。正常运行时监测电动机群的母线电压，而在故障后电压恢复时是用再起动电动机群的母线电压与母线总电流共同控制各批电动机完成再起动任务的。
在再起动过程中始终检测再起动电动机群的母线电压与母线总电流，如母线电压与母线总电流满足了再起动要求就立即起动下一批电动机，直至再起动完成。如某批内没有运行电动机也立即起动下一批电动机，没有任何等待。如多批内没有停运的电动机，该控制方法也可直接起动最后一批的电动机。
在分批方法上即要考虑运行容量为 100%的装机容量时的快速再起动，又要兼顾由远距离短路瞬时欠压而引起的数台电动机停运现象。因此，在电压与电流控制式电动机群再起动方法中电动机群的分批是很严格的，分不好还会出现电流冲击，电源开关跳闸，以致再起动失败。
3.2.4 电压与电流 计算 式电动机群分批再起动
电压与电流计算式电动机群分批再起动对电动机群没有固定的分批，供配电系统电压恢复后，该方法立即将停运的电动机按重要性及负载性质等条件排好再起动的顺序，根据预先设定的再起动最大电流Im及母线恢复电压计算出第一批应再起动的电动机的容量及台数，并立即再起动第一批机群。然后检测再起动电动机群的母线电压及母线总电流，根据检测结果计算出下一批应再起动的电动机的容量和台数，并立即再起动该批电动机，以此类推，直至全部电动机再起动结束。
电压与电流计算式电动机群分批再起动是目前最合理的再起动方法。
3.2.5 电压控制式、电压与电流控制式及计算式再起动方法的共同特点
1)可靠性高
这三种方法的构成都非常简单，参加运行的元件很少，而且元件也都很先进，因此可靠性很高。
2)再起动速度快
再起动时间是与负载成正比，与恢复电压平方成反比，即负载越大再起动时间越长，恢复电压越高再起动时间越短。这三种方法是在保证母线电压的情况下完成再起动的，因此再起动是在高起动电压的条件下执行的，从而使再起动时间减少。
3)防止残余电压引起的电流冲击
这三种方法对瞬时欠压故障采用了一定延时，即供配电系统断电后保持一段延时后再开始再起动，给电动机机端残余电压一个衰减时间，在延时期间即使电压已经恢复也不开始再起动，防止了电动机群再次合闸冲击。
4)防止短时再次再起动
这三种方法在再起动结束的一段时间内，将该段母线的再起动回路闭锁，以防止短时内连续再起动使电动机群超过允许温度而损坏。
5)防止再起动时间过长
当由于恢复电压较低、负载过重等原因使再起动长时间不能结束时，这三种方法可自动结束以后各批再起动，防止拖垮电网或引起电气设备的损坏。
6)应有动作反映时间
在这三种再起动方法中，某一批再起动指令发出后与下一批再起动指令发出前应有一个动作反映时间。该时间包括控制元件指令发出时间、开关动作时间、电动机起动电流非周期分量衰减时间以及控制元件电压与电流的测量反映时间。
3.2.6 电压与电流控制式及计算式再起动方法的共同特点
除了上述与电压控制式的共同特点外，电压与电流控制式及电压与电流计算式电动机群分批再起动方法还具有以下特点：
1)可控制再起动电流
在再起动过程中再起动电流始终小于Im。该电流值一般小于变压器额定电流三倍，因此可在特大供配电系统电动机群再起动设计中用该电流作为某一供配电系统再起动电流，适当地选择该电流有利于特大供配电系统的再起动。
2)以电流控制为主
在再起动控制过程中采用以电流控制为主，以电压控制为辅的自适应控制方法。在再起动过程中母线电压变化较小，而再起动电流的变化很大，仅用母线电压控制无法实现对电动机群再起动电流的控制，而只用总母线电流控制，在恢复电压过低时不能保证机群的再起动力矩。
4 实现
4.1 保持电动机控制回路再起动技术
保持电动机控制回路再起动技术是在供配电系统发生故障时保持再起动电动机控制回路的完整性，电压恢复后将这些电动机再起动的技术。保持再起动电动机控制回路的完整性的 方法 主要有：
1)时间继电器保持技术
该技术是早期常规的，接线较复杂，由于时间继电器长期通电经常发生线圈崩烧现象，而且电压恢复瞬间所产生的过电压冲击经常使交流接触器线圈及控制元件烧毁。再起动可靠性较低。
2)直流电源保持技术
利用供配电系统的直流系统作为电动机的操作电源是发电厂低压系统普遍采用的控制方法，但必须在电动机控制回路中安装低电压保护。在电动机交流控制回路中安装整流电路及小型电容器也可完成直流保持的作用，接线较复杂，对电气元件的可靠性要求较高。采用直流操作电动机的另一个缺点是增加了控制元件灭弧的难度。
3)UPS电源保持技术
在电动机控制电源中安装离线式UPS电源也可完成电动机再起动控制回路的完整性，但也必须在电动机控制回路中安装低电压保护，如用一台UPS为全变电所的所有电动机控制回路供电，一旦某一电动机控制回路发生短路就会殃及全部电动机，而且UPS的安装也要增加资金的投入及定期的维护检查。
4)瞬时欠压逆变器保持技术
瞬时欠压逆变器是在电动机控制回路的供电电源测串联一组静态开关，再并联一个具有储能电容器的逆变器构成的。正常运行时，供电电源通过静态开关向电动机控制回路供电，当供配电系统发生瞬时欠压时静态开关关断，逆变器将储能电容的能量逆变供给电动机控制回路。瞬时欠压逆变器相当于将蓄电池更换为储能电容器的离线式UPS电源，因此，它比离线式UPS电源的价格低很多，而且免维护。
5)瞬时欠压补偿器保持技术
瞬时欠压补偿器是在电动机控制回路中串联一个线路静态开关，再并联一个具有多抽头的自耦变压器，每个抽头再串入一个抽头静态开关构成。正常运行时，供电电源通过线路静态开关向电动机控制回路供电，当供配电系统发生瞬时欠压时线路静态开关关断，瞬时欠压补偿器的控制回路根据瞬时欠压的情况接通相应的抽头静态开关，对电动机控制回路进行补偿。瞬时欠压补偿器通常可补偿不低于50%Ue的瞬时欠压故障。
除了上述保持电动机控制回路再起动技术外，还可采用铁磁谐振(恒压)变压器、动态欠压校正器等多种技术完成保持再起动电动机控制回路的完整性，这里就不赘述了。
由于保持电动机控制回路再起动技术只能采用无控式再起动方法，因此存在许多不足。
4.2 再起动继电器
在每个电动机控制回路中安装一个再起动继电器即可完成电动机的再起动任务。该技术接线很简单，并克服了电压恢复瞬间所产生的过电压冲击经常使交流接触器线圈及控制元件烧毁等缺点，可实现可控式再起动方法，但由于再起动继电器仅安装在各电动机控制回路，各控制回路间无任何联系，只能采用时差控制式电动机群分批再起动方法。
4.3 同步
当供配电系统发生故障时同步电动机应尽快对转子直流磁场进行灭磁，并可快速使同步电动机所在母线的残余电压小于0.33 pu V/HZ，从而减少了BZT所等待的时间，提供了电动机再起动的速度，降低了再起动过程的能耗。母线电压恢复后，同步电动机以异步起动方式加速至亚同步状态，再经强行励磁将同步电动机由异步运行牵入到同步运行状态。
4.4 可编程序控制器
可编程序控制器通常采用电压与电流控制式电动机群分批再起动方法，也可采用时差控制式、电压控制式以及电压与电流 计算 式电动机群分批再起动方法。
可编程序控制器电动机再起动系统通常与供配电系统安装在一起，可以是仅完成再起动任务，也能在再起动控制柜上完成供配电系统倒闸操作，并具有防误操作、BZT 、断路器故障指示等功能。由于输出继电器可直接操作进线和母联断路器的跳、合闸线圈，而且在进线和母联断路器控制回路中采用了辅助导线"软件"监测方法，在倒闸操作时就可检查BZT回路是否完好，因此可使BZT高可靠性动作。在某段电压回路熔断器全部熔断及母线发生短路故障时均不会使BZT误动作。该技术还具有两种BZT功能，即母联和进线断路器都具有BZT功能，而且维护量极少。该技术具有很强的实用性。
4.5 计算机控制系统
电动机再起动计算机控制系统可自成系统，也可以是供配电系统计算机控制系统的一部分，或嵌入生产装置计算机控制系统内。计算机控制系统通常采用电压与电流计算式电动机群分批再起动方法，也可采用时差控制式、电压控制式以及电压与电流控制式电动机群分批再起动方法。该技术可监视各电机的运行状态，并具有各种供配电系统故障的识别功能，而且可完成数据录波和事件顺序记录功能。包括各供配电系统的操作、电动机运行时间、故障时间及波形、再起动过程、各电动机的再起动次数、电动机中修及小修提醒、报警、再起动系统和计算机自检等功能，并注明日期、打印上最接近的微秒值。可提供决定事件顺序所需要的信息，因而可以减少事故处理的时间，并简化了系统故障时提出事故报告的工作。录入波形图包括电压和电流波形，并可列出数字参数，起动录波前、后的周波数也可以选择，显示录入的波形图，对事故 分析 及供配电系统和继电保护数据的改进是很有用处的。 工业 计算机的模块化设计给维护及检修带来了极大的方便。
4.6 特大供配电系统电动机群再起动技术
在大型 企业 供电电源发生故障切除后，将有多个供配电系统的几百台，甚至上千台电动机参加再起动。特大供配电系统电动机群再起动是一个非常复杂的过程，应当总体考虑，而且必须进行严格的计算，否则将扩大事故范围，此时电压与电流控制式和计算式电动机群分批再起动方法将发挥极大的优越性。
1)相差特大供配电系统电动机群再起动技术
由于故障的供配电系统很大，在内部的同步电动机及补偿电容器等作用下，转动惯量大的电动机拖动转动惯量小的电动机以同一速度下降，故障系统的残余电压衰减的很慢，可利用电源电压与电动机残余电压之间的相差动作BZT，使BZT作用于其相差小于30°内，从而提供了电动机再起动的速度，大大降低了特大供配电系统再起动过程的能耗。
2)计算机特大供配电系统电动机群再起动技术
利用各种再起动方法与技术的混合也可完成特大供配电系统电动机群再起动任务。用主变电所计算机构成 网络 ，监测各分变电所高压变电所内电动机的运行状态，用可编程序控制器和计算机控制系统监测各低压变电所内电动机的运行状态。供电电源发生故障切除后，主变电所计算机根据测量的各分变电所母线电压及总电流，利用电压与电流计算式电动机群分批再起动方法，完成各分变电所的高压电动机再起动任务，再用可编程序控制器和计算机控制系统完成各低压电压变电所内的低压电动机再起动任务。
5 电动机再起动的方法与技术的选择
电动机再起动的方法与技术的选择不能仅考虑方法先进及技术最佳，而应根据本企业需要选择 经济 技术合理的再起动技术。能用时间继电器解决的 问题 就不应使用计算机，不能画蛇添足一味地追求先进。对于电动机台数较少连续性要求不高的供配电系统，可考虑时间继电器或再起动继电器;对于电动机台数较多连续性要求很高的供配电系统，推荐使用可编程序控制器;对于 现代 化程度高资金充裕的企业，可采用计算机控制系统。
6 结束语
企业必须首先提高对供配电系统电气设备维护及管理工作，以提高供配电系统的可靠性及供电质量，但供配电系统的故障是不能完全避免的。电动机的再起动技术是对供配电系统故障后的补救措施之一，目的是进一步提高供配电系统对电动机供电的可靠性，因此要求用于的元件及设备的可靠性应非常高，否则就失去了应有的价值。企业选择电动机再起动方法与技术时应进行经济技术比较，根据再起动电动机的重要性、数量及供配电系统故障后对企业造成的安全及经济损失等方面确定最佳的再起动方法与技术。
参考 文献
潘飞，低压异步电动机群可编程序控制器再起动装置，电世界，1993(11)