长距离电机的启动与控制

摘 要：针对实际工作中出现的长距离电机启动及控制出现的各种问题，本文从理论上进行了探讨，并从实例入手，对一次回路的电机的端电压、二次回路的临界控制长度，及二次回路压降进行了计算，并根据计算结果进行了简单的分析，根据分析提出了一些简单可行的解决方法。

关键词：接触器线圈 控制回路临界长度 电压降 线圈吸合功率

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0133-01

许多人在设计电路时，根据《工业与民用配电设计手册》（第三版）《以下简称手册》中表6-19，首先验算一下是否能满足启动的要求，如果能满足，就按照常规模式进行设计。现场实际证明了这种做法往往会造成现场电机无法正常启动。这种做法存在三个问题：第一，没有验算末端电机端的末端压降，可能电机无法获得必要的启动转矩，无法正常启动，且形成的堵转电流可能会烧毁电机线圈；第二，没有验算控制回路的临界长度，线路上的电容电流将维持接触器的吸合，可能会无法停泵；第三，没有验算控制线路的压降，接触器可能无法获得足够的吸合能量，会造成设备无法启动的故障。

1 长距离电机启动及控制相关计算

下面分别从一次回路及控制回路对电机启动及运行过程进行分析计算。以某场站为例，站内设一台500kVA变压器（电源引自系统电，高压侧短路容量按100MVA考虑），有一台37kW的电机距离配电室400m，37kW电机额定电流为69.8A，启动电流为488.6A。接触器采用CJ20-100，线圈启动功率175W，吸持功率21.5W。接触器内阻按300Ω考虑。控制电缆采用KVV22-5004×1.5，动力电缆采用YJV22-1K4×16。

1.1 一次回路电机端子压降的计算

根据《手册》表6-19，允许启动电机最大功率=100kW>37kW，可以直接启动。根据《手册》表6-16，计算电机端子电压及母线电压相对值如下：母线电压相对值：uqm=0.9872；电动机端子电压相对值：uQm=0.644而一般电机制造厂家要求直起的端电压要求不得小于0.65（主要是满足启动转矩），所以不满足要求。若把电缆增加截面，选用YJV22-1K4×25，可得端电压相对值：，满足一次回路直接启动的要求。

1.2 二次控制回路临界长度的计算

相互靠近的两平行电线间存在着电容。当线路较短时，电容值非常小，可忽略不计；线路很长时，电容值不能忽略。电缆线间的电容值C1与电缆长度成正比，电缆越长，C1越大，流过电容和接触器线圈的电容电流越大。当电容电流大到足以使接触器维持吸合状态（即线圈两端电压大于接触器的释放电压，一般在额定电压的20%～70%时能可靠释放）时，用停止按钮不能切断控制回路。如果线路更长，C1更大，启动按钮处于断开状态时，此电流足以使接触器吸合，造成误动作。

如果采用两线制（按钮为自锁按钮）控制线路起停，一般采用经验公式计算控制回路导线的临界长度Le（单位：km），公式如下：

例子中的控制回路采用交流220V的控制电压，CJ20-100的线圈保持功率为21.5W，三线制控制，根据式（2）计算：CJ20-100的临界控制距离为：Le=500×21.5/（0.6×2202）=0.37km

1.3 控制线路电压的计算

若控制线路压降过大.当发出发动命令时，接触器无法吸合（额定电压的80%～110%能可靠吸合），会造成设备无法启动的故障。根据控制原理图可以看出，线路的压降主要是接触器线圈的电阻及控制线路的电阻形成的压降，（接触器线圈的电阻按300Ω计算）计算过程如下：

2 分析与解决措施

根据计算电动机端子的电压的计算得知，对于长距离电机的一次回路启动的关键是能否满足电动机端子的电压，即获得必要的启动转矩。而一般近距离电机启动的关键是对配网母线的冲击而引起的压降系统是否能够承受。要提升电动机端子的电压，既要降低电缆引起的压降，在启动方式已定的情况下，就是要减小电缆的电阻。根据R=ρL/S（ρ为电导率，只与材料有关，L为电缆的长度，S为电缆的截面），在长度已定的情况下，选电导率低，截面大的电缆，能有效的减少电缆引起的压降，提升电机的端电压。

控制电缆过长引起的电容效应，造成线圈分不开的原因，主要由以下几个因素造成：（1）控制电压过高；（2）线圈吸合保持容量过低；（3）过低的线圈释放电压。可见要解决这种情况，可以从减少电容电流及扩大控制范围入手。为了降低电容电流，最简单的方法就是减小控制回路中的电容。根据电路知识可知，电容值的大小与电容两极之间的距离成反比，所以加大控制电缆芯线之间的距离能有效的减小线路的电容。最简单的方法，就是采用两根控制电缆，一根里面取一根芯，组成控制回路，并适当加大电缆之间的距离。根据电路知识，在直流电路里，线路的电容可按开路考虑，即直流回路里没有电容。这样，能有效的回避电缆的电容问题。根据式（1）及（2）可知，要扩大控制的范围，可以采用增加接触器线圈的保持功率，即选载流量大一点的接触器。

由于线路压降过大，造成接触器线圈吸合不上的原因，主要与控制电缆长度及截面、线圈吸合容量、控制电压大小等有关系。

3 结语

为了对长距离的电机实施有效的起停控制，采取以下措施最为简单有：（1）在满足电机额定载流量的基础上，动力电缆再放大一级；（2）采用自锁控制转换开关控制电机起停，控制回路采用两线制；（3）控制电缆的截面应适当的加大；（4）接触器适当的放大一级。

参考文献

[1] 中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册[M].3版，中国电力出版社，2005（7）.

[2] 《工厂常用电气设备手册》编写组.工厂常用电气设备手册.