低功率直流电机在化工厂的使用

【摘 要】化工乙烯联合装置现场安装了两台直流电机，本文对直流电机的控制原理进行说明，通过对安装调试过程中出现的问题，现场解决并获得了一个有价值的处理方法，对于化工生产具有非常重要的意义。

【关键词】励磁；电枢；起动电阻；大停电

前 言

化工厂在失电后通常需要给极少部分的电气设备供给一个不间断的工作电源，这段应急时间用于保障现场重要设备的油循环。目前对此类电机提供的电源有两种：直流电源和交流电源。

直流电源取自变（配电所）直流屏，此电源的电压范围在DC220~240V之间；其二是交流电源，电源取自不间断交流电源UPS，提供AC380V电源。这两种电源只适合于给低功率的电机提供电源，如果功率大，则电源持续时间达不到要求，失去了应急电源的意义。

1、为什么采用直流电机而不使用交流电机

1.1大停电时其余的直流负载断路器已断开，仅仅剩余直流电机。

1.2使用直流电源比较安全，因为UPS电源的负载包括DCS及所涉及的一系列与生产联系非常紧密，如果大停电，UPS的正常工作非常重要，因为它的负载比较重要而且多。

2、直流电机的结构及原理

2.1直流电机的结构。直流电机结构主要由励磁绕组、电枢和电刷组成。励磁绕组的安装位置相当于定子的位置，作用是产生一个变化的磁场；电枢的位置相当于转子，这个闭合通电导线在变化的磁场中受到电磁力作用，发生转动；电刷的作用就是连接电枢和直流电源。

2.2直流电机的励磁方式。直流电机励磁方式主要有自励和他励两种。励磁绕组的电源来自与电枢绕组不同的电源的这种方式称为他励 ；反之，励磁绕组的电源来自与电枢绕组相同的电源的这种方式称为自励。自励又分为并励、串励及复励。并励就是励磁绕组与电枢绕组并联连接；串励就是励磁绕组与电枢绕组串联连接；复励就是励磁绕组与电枢绕组既有并联还有串联两种励磁方式相结合。图示如下：

乙烯两台直流电机采用第二种励磁方式，电源取自乙烯变电所1#直流屏。

2.3直流电机工作原理。串电阻起动，电机起动前，使励磁回路调节电阻为0，这样励磁电流最大，使磁通最大，电枢回路串联起动电阻.在起动电流产生的起动转矩作用下，电机开始转动并逐渐加速，随着转速的上升，电枢电动势（反电动势）逐渐增大，使电枢电流逐渐减小，电磁转矩也随之减少，这样转速的上升就逐渐慢下来。为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速度不变，就要求在起动过程中电枢电流维持不变，因此在随着电机转速的升高，应将起动电阻平滑地切除，最后使电机转速达到运行值。

实际上平滑地切除电阻是不可能的，一般是在电阻回路中串入多级（通常是2~5级）电阻，在起动过程中逐级加以切除，起动电阻的级数越多，起动过程就越快且平稳，我们这台电机只串联了一级电阻，电阻总值为20片*0.08欧=1.6欧。该起动电阻是一次性切除的。

2.4现场直流电机的一些特点

2.4.1大停电时直流电机开机条件。大停电是指变电所完全失电的情况，我们乙烯装置变电所的6kV电源的上级有2个：一个是来自北区总变，另一个来自炼油35kV应急变电所，当这两个电源都同时故障时，则乙烯变电所全所失电。

我们使用的这台直流电机叫做事故油泵电机，与其并列使用的还有另外两台交流电机，一台主油泵电机，一台辅助油泵电机。当主油泵停机时，辅助油泵起动，当主油泵和辅助油泵都停机时，这种情况是在：

1）电气方面主油泵电机故障+辅助油泵电机故障；2）仪表方面主油泵电机控制回路故障+辅助油泵电机控制回路故障；3）正常电源+应急电源失电。

三种情况其中之一发生时，需要事故油泵起动来满足工艺流程的要求。

2.4.2直流电机的起动

在直流电机的起动瞬间，电枢回路接至电网，电枢仍处于静止状态，此时反电势为零，电枢电流将迅速上升，对电机和电网引起冲击，电机换向恶化。所以必须限制起动电流，不宜过大，但又必须保证足够的转矩。对于他励、并励电动机，起动时应先励磁，使磁通达到最大，然后施加电枢电压。

直流电机的起动特性与励磁方式有关，串励电机的磁通随Ia增加而增加，故当起动电流倍数相同时，串励电机可获得更大的起动转矩，具有优良的起动性能。复励介于并励和串励之间。

直流电机有以下三种起动方法：

1、直接起动：最大冲击电流可达额定值的15~20倍，只适用于功率不大于4kW、起动电流为额定电流6~8倍的电动机。

2、电枢回路串电阻起动：起动时，电枢回路串入起动电阻，该电阻为可变电阻，在起动中可逐级短接，电枢回路投入电网时，串入全部电阻，使起动电流不超过允许值。起动后再逐级切除电阻至全部切除。这种方法广泛应用与中小直流电动机，缺点是起动过程中能量消耗较大。我们目前使用这种起动方法。

3、降压起动：用降压起动来限制起动电流，使起动电流不超过允许值。电机启动后，随转速上升逐渐提高电压，保证所需要的加速转矩，直至达到稳定运行点。用这种方法起动时，电机需由专用电源设备供电，优点是起动过程中消耗能量少，起动平滑，用于要求经常起动的场合和大中型直流电动机。

2.4.3直流电机的电源取向

我装置的事故油泵电机，直流电源来自直流屏，该直流屏的电池容量为12V,122AH,单台共36节，先串联18节，然后两柜共36节电池再并联，计算得432V、244AH;该直流电机的功率为10.3kW，额定电流为51.1A，直流电压220V，根据计算，抛开直流屏带的其它负载在正常情况下的电流为4~5A左右，按照电机额定电流计算，244除以（51.1A+4A）的电流约等于4.4H，即在全所失电后该直流电机可以持续运行大约4个半小时；因为两台直流屏各带一台直流电机，在控制母联开关未合闸的情况下大家各顾个，在直流屏控制母联开关合闸的情况下，两台直流屏将共同带两台电机，直至电池不放电为止。

3、调试过程中发生的事件、分析及处理

3.1该直流电机在调试过程：采用直接起动方法，一启动就跳闸，检查发现主接触器触点烧坏。

3.2原因分析：起动时电流过大所致，直流电机启动时相当于短路，启动电流很大。

3.3处理方法：在主回路中串联电阻。经过多次试开机后电机正常起动，解决了电机起动不起来的问题，串联电阻为1.6欧姆，这就是电枢回路串电阻起动。

4 结 论

低功率直流电机在全变电所失电时，由直流屏提供电源，使其能够运行4个小时，保证了本装置油系统的工艺流程，以确保变电所恢复送电时，大大缩短工艺装置开车时间。

参考文献

[1]邵海忠.最新实用电工手册.北京:化学工业出版社,1998.

[2]徐晓峰.电机及拖动（第二版）.北京:高等教育出版社,2004.

李海洋（1983-），男，学士，独山子化工装置电气车间，助理工程师。