电排站电动机启动方式探究--x
电排站电动机启动方式探究
摘要：电排站工程设计建造阶段, 需根据实际需要, 考虑如何对电动机启动和保护进行优
化, 这对于泵站长期稳定运行至关重要。本文结合自身多年工作经验, 从水泵的启动特点出发,
浅析了电排站常用的鼠笼式异步电动机全压及降压各种启动方式, 从基本作用原理角度, 对各种
启动方式的优缺点进行分析对比, 希望能够对行业内相关单位提供可行的技术参考意见。
关键词：电排站,电动机,启动方式
通常电排站与水泵负载相连的电机，全年的工作情况来看，只有在排涝时段是持续作业的，无
需进行频繁操作，所以设计选用的电动机只需考虑额定功率超过水泵负载功率就能实现正常工
作。根据实际情况，常用小型电排站多数会结合价格、设备构造、维护保养等综合因素，选择
三相交流鼠笼型异步电动机，电压、功率，转速与水泵相配套。还有一种绕线型电动机，转矩
更大，但同等功率下，其价格比鼠笼型高很多。多数情况下水泵负载选用低压鼠笼型电动机就
能满足要求。但是遇到降压启动难以启动转矩要求时, 就要选择绕线式电动机来替代。传统的
三相鼠笼式异步电动机启动方案是比较成熟的，不过随着科技不断进步，一些新的电机启动控
制方式逐渐发展起来，所以要做好各项启动方式的充分对比，实现优中选优。
1 水泵的启动特点
1.1 水泵机组的启动特性
通常离心水泵出口压力等于其扬程和流量相乘，而且跟水泵转轮的转速呈现正比例关系。所
以，电机启动的刹那，转轮是零转速，其负载带动的水泵出口压力也是零。当转轮转速持续增
加时，水泵出口压力也就跟着线性增大。从根本情况分析，实际运转过程中的水泵与轴承之间
也或多或少有一定的摩擦阻力，因此，要想水泵顺利启动就必须让启动力矩超过水泵自身的静
阻力矩，同时要解决转动惯量问题，这样就能让水泵快速提升转速，短时间内维持在额定转速
工况下工作。水泵所承受的摩擦力和推力镜板、轴承直径、面积以及润滑条件密切相关。计算
数据表明，整个泵组由摩擦阻力形成的力矩约为水泵额定力矩的 20%左右。可以用公式表达关
系：Mc=fGR
Mc 代表摩擦力矩；f是摩擦系数；G是电动机转动部分重量、水泵转动部分重量以及水的推力
之和；R为镜板的平均半径。
1.2 异步电动机的启动特性
异步电动机的启动特性主要有两点：一是必须能够提供设计要求的启动转矩，保证电动机启动
转矩超过阻力和负载的转矩之和，不然的话将难以正常启动；二是达到正常启动的条件后，启
动电流尽量减小，因为瞬间电流过大的化会给电网和电动机本身造成巨大冲击，容易引发安全
事故。排水站机组设计方案中，电动机的转速足够大才能够带动水泵和并且保持持续运转。
2 电动机的启动方式分析
传统的三相鼠笼式异步电动机主要是全压启动和降压启动两种启动方式，随着科技不断进步，
软启动和变频启动方式也逐渐普及开来。
(1) 电动机启动过程，两端电压稳定在一定范围，实现有效的启动转矩带动负载，同时保证对
配电系统电压的冲击不能影响用电设备正常运行。
(2) 通常条件下，电动机工作场合要求实现频繁启动，必须确保其两端电压不小于额定电压
90%；电动机工作场合不要求实现电动机频繁启动，必须确保其两端电压不小于额定电压
85%。
2.1 全压启动方式分析
通常说的全压启动其连接方式较简单，就是把电动机定子绕组接线柱直接与额定电压连接启
动，所以又被称作直接启动。该启动方式所需启动电流非常大，测量数据表明，鼠笼式异步电
动机启动电流通常是其自身 4～7倍的额定电流大小，启动转矩介于额定转矩 1.2～2.0 倍范围
内。该启动方式启动转矩大、所需时间短、启动设备简单、操作简单、容易保养、投入少和故
障率很少等一系列优点。
不足之处，需注意如果在频繁启动的工作场景运用该启动方式，由于电流过大发热严重，会损
坏电动机绕组，引发火灾。转矩变化过快也容易损伤电动机轴承和减速齿轮，长期运行将导致
机械性能不断降低。如果连接的是泵类负载，其连接皮带一段时间后会严重磨损无法使用，而
且泵管道内水压快速增大，容易导致管路产生裂纹。利用全压启动方式时，如果是大功率电动
机的前提下，直接导致整个电网电源骤然快速降低，很可能会触发其他网内设备低电压保护装
置，以至于发生跳闸现象，还有可能导致其它电机负载转矩不足而停止运行。为了克服大功率
电机的冲击，电网电源需要增大配电变压器的装载容量。不过，一些中小型泵站运行中，电动
机全压启动允许最大容量一般是变压器容量30%以内才可以实现。不过这样会导致整个电排站
工程成本投入加大，也会使变压器运行中铜损和铁损加剧，进而消耗更多电能源和电费。
2.2 降压启动方式分析
2.2.1 星-三角降压启动方式
按照测量数据所示，利用星-三角型降压启动方式，电动机所需的启动电压是正常工作时额定
电压的 0.58 倍，启动电流只有三角形连接方式启动电流的 0.33 倍，启动转矩也只有三角形连
接方式的 0.33 倍。该启动方式多数是用在定子绕组额定电压 380V，正常运行时三角形连接，
同时启动到稳定运行阶段负载转矩必须维持较低数值的中小型容量电动机启动。星-三角型降
压启动设备价格便宜，操作简单，维护难度小。整个启动过程中，电流和转矩都偏小，频繁启
动也不会造成影响。所以通常小型泵站会选用这种启动方式，经济高效且稳定。
2.2.2 延边三角形降压启动方式
这种启动方式是在星-三角型降压启动方式的基础上进行升级改进的一种实施方案。启动电动
机之前，定子绕组一边采用三角形连接方式，一边采用星型连接方式。完成电机启动后，再绕
组全部改回三角形连接方式，电动机保持额定转速工作。该启动方式的启动电压、启动电流和
启动转矩随着变化的抽头比例而发生调整。该启动方式同时兼顾自耦变压器降压和星-三角型
两种模式的优点。其实施过程中的电机启动电流较小，但是转矩却较大，即使频繁启动也不会
造成不利影响。这种启动方式多用在绕组额定电压 380V，具有9个出线头的电动机。
2.2.3 电阻降压启动方式
运用这种启动方式，要在三相定子回路中串连对称三相电阻，对启动电动机形成分压分流作
用。等到电动机启动运转稳定，再短接各项电阻，实现电机额定电压工作工况。采取该方式
时，电机启动电流偏大，但输出转矩偏小。启动过程会损耗较多能源，频繁启动的话，电阻温
度不断上升，会对周围的精密设备造成干扰。而且从节能角度来看，不建议采用这种方式。
2.2.4 自耦变压器降压启动方式
该方式又叫补偿器启动。启动电机前，要先把高压侧电线接到电网，低压侧接到电动机，启动
电流和启动转矩利用抽头位置实现可调。自耦变压器均有65%和80%额定电压的两组抽头，选
择不同组别启动电流和启动转矩分别为其额定数量的 43.2%和64%。该启动方式下启动电流偏
小，输出转矩较大。但是自耦降压器一套装置体积大、投入成本高，多用在高压、低压电动机
不频繁启动工况。
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电排站电动机启动方式探究 摘要：电排站工程设计建造阶段,需根据实际需要,考虑如何对电动机启动和保护进行优化,这对于泵站长期稳定运行至关重要。本文结合自身多年工作经验,从水泵的启动特点出发,浅析了电排站常用的鼠笼式异步电动机全压及降压各种启动方式,从基本作用原理角度,对各种启动方式的优缺点进行分析对比,希望能够对行业内相关单位提供可行的技术参考意见。 关键词：电排站,电动机,启动方式通常电排站与水泵负载相连的电机，全年的工作情况来看，只有在排涝时段是持续作业的，无需进行频繁操作，所以设计选用的电动机只需考虑额定功率超过水泵负载功率就能实现正常工作。根据实际情况，常用小型电排站多数会结合价格、...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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时间：2023-04-26
