淺談盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇

胡乃芳

（中鐵二十局五公司　云南　昆明　650000）

淺談盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇

胡乃芳

（中鐵二十局五公司云南昆明650000）

盾構(gòu)機(jī)中一種先進(jìn)的隧道掘進(jìn)機(jī)，這種機(jī)械除了具備傳統(tǒng)隧道掘進(jìn)機(jī)所具備的功能以外，還具有數(shù)據(jù)采集、智能判斷、信息輸輸?shù)裙δ堋?yīng)用這種機(jī)械，能精準(zhǔn)的完成隧道掘進(jìn)施工。盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。而作為盾構(gòu)機(jī)上主要的動(dòng)力元件-電動(dòng)機(jī)起到了非常重要的作用。所以，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇及對(duì)于不同電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式的選擇也是至關(guān)重要的。

盾構(gòu)機(jī)；電氣系統(tǒng)；電動(dòng)機(jī)；啟動(dòng)方式

1　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式選擇的意義

在生產(chǎn)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)要經(jīng)常啟動(dòng)、停止，其啟動(dòng)性能的優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)影響很大，這是由于電動(dòng)機(jī)如果以小功率的方式啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)對(duì)啟動(dòng)環(huán)境的要求就不大的緣故；而大功率的電機(jī)需要強(qiáng)大的電流支持其運(yùn)行，那么這種電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)間會(huì)與外部環(huán)境產(chǎn)生互動(dòng)，如果外部環(huán)境給予電機(jī)的沖擊過(guò)大，大功率電機(jī)的變壓器就可能無(wú)法承受這種沖擊，造成各種安全故障問(wèn)題。為了有效的應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)，機(jī)電施工人員要選擇正確的啟動(dòng)方式。

2　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇

2.1全壓?jiǎn)?dòng)

全壓起動(dòng)是最好的起動(dòng)方式之一，全壓?jiǎn)?dòng)的方式，就是電動(dòng)機(jī)應(yīng)用額定的電壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備，這種啟動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)的啟動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候，不易出現(xiàn)故障。有人誤認(rèn)為降壓起動(dòng)比全壓起動(dòng)好，將15kW的電動(dòng)機(jī)未經(jīng)計(jì)算就采用了降壓起動(dòng)方式，因而降低了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)了起動(dòng)時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱更加嚴(yán)重，且設(shè)備復(fù)雜投資增加，所以在應(yīng)用電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，機(jī)電施工人員可根據(jù)施工的情況應(yīng)用全壓?jiǎn)?dòng)方式。

然而全壓?jiǎn)?dòng)的方式并非沒(méi)有弊端，這種啟動(dòng)的方式產(chǎn)生的瞬間電流大、對(duì)電動(dòng)機(jī)變壓器產(chǎn)生的沖擊大，如果在電動(dòng)機(jī)的線路上串聯(lián)有其它的設(shè)備，這種瞬間電流會(huì)對(duì)其它設(shè)施產(chǎn)生沖擊，可能會(huì)損害串聯(lián)的設(shè)備。盾構(gòu)機(jī)裝配的電動(dòng)機(jī)都為三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，而且大部分功率都比較大，這些設(shè)備在直接啟動(dòng)的過(guò)程中，將產(chǎn)生較大的危害。

2.2降壓?jiǎn)?dòng)

全壓?jiǎn)?dòng)方式產(chǎn)生的瞬間電流過(guò)大，可能會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)自身與其它設(shè)備產(chǎn)生沖擊，為了解決這一問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種降壓?jiǎn)?dòng)的方式，這種啟動(dòng)方式為人們啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)以后，它通過(guò)均衡電壓的方法使整條線路的電壓均衡，此時(shí)就不會(huì)帶來(lái)瞬間高電壓的問(wèn)題，這種啟動(dòng)方式被稱為降壓?jiǎn)?dòng)。

降壓起動(dòng)的方法較多，有星三角換接、自耦變壓器降壓、變壓器-電動(dòng)機(jī)組、延邊三角形換接、串電抗器或電阻器降壓等。對(duì)于中小型電動(dòng)機(jī)，采用星三角換接或自耦變壓器降壓的較多。

2.2.1定子串聯(lián)電抗器降壓?jiǎn)?dòng)法

降壓?jiǎn)?dòng)方式存在雖然啟動(dòng)時(shí)電壓降低，可是電動(dòng)機(jī)設(shè)備依然會(huì)受到電流與電壓影響的問(wèn)題。為了減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流、電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響，人們?cè)陔姍C(jī)的定子回路中安裝串聯(lián)電抗器。機(jī)電施工人員應(yīng)用定子串聯(lián)電抗器降壓時(shí)，電機(jī)一旦啟動(dòng)，定子串聯(lián)電抗器即開(kāi)始工作，而電動(dòng)機(jī)的電壓穩(wěn)定以后，定子串聯(lián)電抗器則自動(dòng)失去作用。這是一種既能應(yīng)用降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)勢(shì)，又能避免降壓?jiǎn)?dòng)帶來(lái)弊端的一種啟動(dòng)方式。然而，這種啟動(dòng)方式對(duì)串聯(lián)電抗器性能的要求比較高，如果電抗器設(shè)計(jì)不夠合理，便不能解決降壓?jiǎn)?dòng)帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)，在電抗器失去作用時(shí)，電動(dòng)機(jī)需承受二次電流的沖擊與轉(zhuǎn)矩帶來(lái)的沖擊。

2.2.2自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)法

為了解決定子串聯(lián)電抗器降壓法帶來(lái)的問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)出自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的方法，這種方式為自耗變壓器的高壓繞組與電網(wǎng)相連接，低壓繞組與電機(jī)相聯(lián)接，它應(yīng)用自耦變壓器繞組的轉(zhuǎn)換性調(diào)節(jié)電機(jī)的初始電壓。這種降壓方式相對(duì)的比定子串聯(lián)電抗器降壓的方式合理，然而它依然存在二次沖擊的問(wèn)題，并且這種降壓?jiǎn)?dòng)方法操作不便。

2.2.3星三角轉(zhuǎn)換啟動(dòng)法

星三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)是將定子繞組為三角形連接的電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)接成星型，當(dāng)啟動(dòng)完畢后速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)接為三角形運(yùn)行，采用這種方式啟動(dòng)時(shí)，每相定子繞組降低到電源電壓的58%，啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)的33%，如果直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流以6～7le計(jì)，則在星三角啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流才2～2.3倍。啟動(dòng)電流較小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也較小，對(duì)電網(wǎng)的沖擊較小，允許啟動(dòng)次數(shù)較多。采用星三角方式啟動(dòng)不需要新增加啟動(dòng)設(shè)備，采用啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電器或交流接觸器等控制設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)。但是采用星三角啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低為原來(lái)按三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的1/3。因此，這種啟動(dòng)方式只適用于定子繞組為三角形接線方式的無(wú)載或者輕載啟動(dòng)的小型電動(dòng)機(jī)，對(duì)于大型異步電動(dòng)機(jī)則不適用。

2.2.4軟啟動(dòng)器啟動(dòng)法

軟啟動(dòng)的方式是一種集軟件、硬件應(yīng)用、信息技術(shù)應(yīng)用、智能化技術(shù)應(yīng)用于一體的啟動(dòng)方式，它能智能的保護(hù)電動(dòng)機(jī)設(shè)備。為了應(yīng)用軟啟動(dòng)的方法，人們需要把一塊三相反并聯(lián)晶閘管植入電動(dòng)機(jī)的定子和電源之間，作為調(diào)節(jié)器。待人們采用軟啟動(dòng)的時(shí)候，三相反并聯(lián)晶閘管會(huì)逐步加大輸出的電壓，直至電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，等電動(dòng)機(jī)能平穩(wěn)運(yùn)作以后，軟啟動(dòng)器啟用自動(dòng)用旁接觸器，穩(wěn)定電壓，減小三相反并聯(lián)晶閘管的損耗。這種啟動(dòng)方式既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的啟動(dòng)特性下平滑啟動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。軟啟動(dòng)器還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

全功能保護(hù)作用——這種啟動(dòng)方式布線比較簡(jiǎn)單、操作比較簡(jiǎn)單，這就意味著機(jī)電施工人員在施工的時(shí)候。不易出錯(cuò)，這便能夠保護(hù)電動(dòng)機(jī)設(shè)備；這種啟動(dòng)方式能夠避免電流的一次沖擊與二次沖擊，進(jìn)一步保護(hù)了電動(dòng)機(jī)設(shè)備；它具有智能保護(hù)的功能，如果電動(dòng)機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，它有一套應(yīng)急保護(hù)的措施，這種方法能夠再次保護(hù)電動(dòng)機(jī)設(shè)備。人們?cè)趹?yīng)用軟啟動(dòng)的時(shí)候，可以根據(jù)軟啟動(dòng)設(shè)備提供的設(shè)備參看電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況，如果出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行異常，能夠即時(shí)的作出反應(yīng)。人們?cè)跈z修電動(dòng)機(jī)時(shí)，可根據(jù)軟器動(dòng)提供的參數(shù)了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這就減少電動(dòng)機(jī)檢修帶來(lái)的故障問(wèn)題。由此可見(jiàn)，這種啟動(dòng)方式是一種可全方位保護(hù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式。

自動(dòng)化控制的作用——人們使用軟啟動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)施工的需要調(diào)整軟啟動(dòng)的啟動(dòng)參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)更能滿足人們的施工需求。同時(shí)，這種啟動(dòng)器可自動(dòng)采集和分析電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的數(shù)據(jù)，人們可有效的作數(shù)據(jù)監(jiān)控，然后提出科學(xué)的自動(dòng)化集中控制方案。

更多的性能拓展作用——軟啟動(dòng)器有外接接口，人們可根據(jù)需要外接各種數(shù)字設(shè)備，使軟啟動(dòng)器能具備更多功能。

降低運(yùn)行功耗的作用——盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率較大，受外在的環(huán)境影響較大，如果環(huán)境變化過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生功率耗損的問(wèn)題，軟啟動(dòng)能讓電動(dòng)機(jī)處在較平穩(wěn)的運(yùn)行環(huán)境中，使電動(dòng)機(jī)的耗損減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)可以了解到，電機(jī)在零負(fù)載到滿載范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)的綜合節(jié)電效果最高可達(dá)損耗的40%。

促使綠色施工實(shí)現(xiàn)的作——這種啟動(dòng)方法延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、提高生產(chǎn)率對(duì)電機(jī)提供了平滑、漸進(jìn)的啟動(dòng)過(guò)程，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，有效降低了啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)這種器動(dòng)方法產(chǎn)生的噪音低、對(duì)環(huán)境的影響少、減少施工的成本，這種啟動(dòng)方式能促成綠色施工實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)將軟啟動(dòng)與其它啟動(dòng)的效果歸納如表1，從表1的結(jié)論可以看到在盾構(gòu)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中應(yīng)用軟啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。

表1　

基于以上分析和對(duì)比，盾構(gòu)機(jī)中的大功率電機(jī)全部采用軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式。30kW以下的電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)，設(shè)置PLC程序防止大功率電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。

[1]劉介才.《工廠供用電實(shí)用手冊(cè)》.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2]中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

TM31

A

1673-0038（2015）21-0089-02

2015-5-8