电机的启动方法与配电变压器的选择
1.问题的提出：
电机启动时的电流一般是电机额定电流的2~7倍，这对电网有较大的影响，国家标准电能质量供电电压允许偏差(GB 12325—90)规定10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。国家标准GB-T-3811-2008 起重机设计规范7.2.1.2规定电压波动不得超过额定值的±10%，这样，如何选择配电站的降压变压器呢？
2.单电动机直接启动场合的降压变压器容量的选择：
2.1由于电机采用直接启动的方法电路简单，价格低廉，对于主要运行设备是风机（泵类）的
企业，采用直接启动的方案，无疑会减少该企业的综合投资费用。拖动风机（泵类）的电动机一般都是四极（或二极）鼠笼型电动机，它们的直接启动电流时额定电流的6倍， 如果只有一台380V三相鼠笼电机直接启动，电网电压下降15%——已经超过了最大±10%的标准，则电动机启动电流Iq的安培数与降压变压器次级容量S2的KVA数由下式计算可见：
S2=√3[380V-15%380V]Iq/1000 cosФ=1.732(380-57) Iq /0.85*1000=1.73*323*Iq /850= 559.436Iq/850=0.66Iq
则有：
S2= 0.66Iq 式(1)
由于变压器的平均功耗为7.5%,则变压器容量S与S2的关系为：
S=(100+7.5)% S2=1.075S2 则有：
S= 1.075S2 式(2)
根据上述式（1）、式（2），我们选择电动机直接启动的方案时电动机功率P与变压器容量S配备见下表（1）
表（1）直接启动的电动机功率与配电变压器容量的关系 电机功率P（KW） 5.5 13 22 30 45 55 电机额定电流Ie（A） 11 26 44 60 90 110 电机启动电流Iq（A） 66 156 254 360 540 660 变压器次级容量S2（KVa）=0.66Iq 43.56 93.6 167.64 237.6 356.4 435.6 应选变压器容量S（KVa）=1.075S2 46.83 100.62 180.21 255.42 383.13 468.27 2.2.数台电动机直接启动场合的降压变压器容量的选择
当用户有N台电机同时启动时，则有：
S=1.075*N*S2*=N*(1.075*0.66)Iq=0.71*N*Iq, 通常，电动机直接启动时:Iq(A)=12*P(KW), 则有：
S(Kva)=0.71*N*Iq=0.71*N*12P=8.52*N*P(KW) 式（3）
假设，有2台30KW的电动机直接启动，需要配备多大的降压变压器呢？ 根据式（3）有
S(Kva)=8.52*N*P=8.52*2*30=511.2KVa
3.单电动机采用变频器启动场合的降压变压器容量的选择：
3.1采用变频器启动的鼠笼型电动机，它们的启动电流时额定电流的可以控制在额定电流的2倍， 如果只有一台380V三相鼠笼电机用变频器启动，电网电压下降15%——已经超过了最大±10%的标准，则电动机启动电流Iq的安培数与降压变压器次级容量S2的KVA数由
下式计算可见：
S2=√3[380V-15%380V]Iq/1000 cosФ=1.732*(380-57)*Iq /0.85*1000=1.73*323*Iq /850= 559.436Iq/850=0.66Iq
则有：
S2= 0.66Iq 式(1)
由于变压器的平均功耗为7.5%,则变压器容量S与S2的关系为：
S=(100+7.5)% S2=1.075S2 则有：
S= 1.075S2 式(2)
根据上述式（1）、式（2），我们选择电动机直接启动的方案时电动机功率P与变压器容量S配备见下表（1）
表（2）变频启动的电动机功率与配电变压器容量的关系 电机功率P（KW） 5.5 13 22 30 45 55 电机额定电流Ie（A） 11 26 44 60 90 110 电机启动电流Iq（A） 22 52 88 120 190 220 变压器次级容量S2（KVa）=0.66Iq 14.52 34.32 58.08 79.2 125.4 145.2 应选变压器容量S（KVa）=1.075S2 15.61 36.90 62.44 85.14 134.81 156.09 3.2.数台电动机用变频器启动场合的降压变压器容量的选择
当用户有N台电机同时启动时，则有：
S=1.075*N*S2*=N*(1.075*0.66)Iq=0.71*N*Iq, 通常,采用变频器启动时Iq(A)=4*P(KW), 则有：
S(Kva)=0.71*N*Iq=0.71*N*4P=2.84*N*P(KW) 式（4）
假设，有2台30KW的电动机采用变频器启动，需要配备多大的降压变压器呢？ 根据式（4）有
S(Kva)=2.84*N*P=2.84*2*30=170.4Kva
4.投资比较
比较直接启动与用变频器启动，我们可以看到，直接启动方案不需变频器，但降压变压器的容量要大些，具体费用比较见表（3）
表（3）电机直接启动与采用变频器启动初期投资比较 直接启动 采用变频器启动 N台电机功率P（KW） 45 55 45 55 需配备变压器容量S（KVa） 383.13 468.27 134.81 156.09 需配备变频器容量P（KVa） 0 0 55 70 据表（3）分析，同一个企业：
4.1采用直接启动电动机，他的变压器采购成本是8.52*N*P,但是变频器的采购成本是零； 4.2采用变频器启动电动机，他的变压器采购成本减少了2/3*8.52*N*P,但是增加了1.2N*P
变频器的采购成本；
4.3假设目前每千伏安变压器的价格是0.0375万元，每千瓦变频器的价格是0.1万元，，那么，采用直接启动与用变频器启动的价格比较——值得注意的是变频器的实际使用寿命一般是2年——见表（4）:
表（4）电机直接启动与采用变频器启动3年投资比较 直接启动 采用变频器启动 N台电机功率P（KW） 45 55 45 55 N*P 添变压器费用（万元）14.34 17.56 0 0 =0.0375*8.52*N*P 添变压器费用（万元）0 0 5.50 5.85 =0.0375*2.84*N*P 添变频器费用（万元） 0 0 5.5 7.0 =0.1*N*P 3年备件维修费用（万元） 0 0 5.5 7.0 小记（万元） 14.34 17.56 16.5 19.85
5.结论
通过分析比较，我们可以看到，在可以采用直接启动的机械，如风机、水泵等，采用直接启动的方法不但控制维护简单可靠，而且3年的综合投资交采用变频器调速的要少。特别是市场上标准配电变压器的容量一般是100Kva以上，采用变频启动时，一般还是要添置100Kva以上的变压器，这样，小功率电动机采用直接启动方法在目前变频器千瓦价高于变压器3倍时还是有生命的。
赵国庆 上海宏岸港口机械有限公司
2009.7.8
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