直流电源在低压交流电动机控制回路中的应用

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工艺与设备化 工 设 计 通 讯
Technology and Equipment
Chemical Engineering Design Communications
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第44卷第10期
2018年10月
本项目为山东某新建石油化工炼化厂,本次新建一座变电所,为周围的5个罐区、1个装卸车单元及配套的公用工程的用电设备提供直配电源。

轻油罐组一单元有一台汽油倒罐泵,电动机额定功率为37kW ,电动机距配电的变电所内低压配电柜距离约400m 。

1 电动机控制原理
长期以来,在工业电气工程中,电动机都是用接触器进行控制的,而控制回路由各种有触点的接触器、继电器、按钮等组成。

电动机控制回路(见图1)一般采用交流220V 电源(220V 交流电源引自电机主回路断路器下侧的某一相)。

依据《通用用电设备配电设计规范》,通常在电动机机旁设置一组开机、停止按钮及开停机运行指示灯。

开机时通过机旁按下开机按钮,控制回路接触器得电,主回路内接触器的常开接触点闭合,电动机得电运行,停机时通过机旁按下停机按钮,控制室回路接触器断电,主回路内接触器的常开接触点断开,
电动机失电停止。

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图1 电动机控制系统简图
2 电动机控制回路采用交流电源时的验算
当电动机控制回路线路较长(通常400m 以上)时,其控制回路采用交流220V 电源时存在以下问题:
当生产时工艺流程需要某台电动机停机时,由于线路的对地电容在运行期间的充电作用,使接触器两端仍然维持一定的电压,如果该电压大于接触器的释放电压(不同类型的接触器其释放电压差别较大,其范围在0.2~0.7U n ,一般为45%U n 以下),使接触器不能立即释放,形成安全隐患。

线路越长、截面越大,残存电压就越高。

本项目现场有一台汽油倒罐泵,电动机额定功率为37kW ,电动机距配电的变电所内低压配电柜距离约400m ,若控制回路仍采用交流电源时,一旦装车完成需要停机时不能停止将会对现场人员造成安全威胁。

现依据《工业与民用供配电设计手册》第四版第1 105页,若电动机控制线路电源采用交流电源时,应按电容校验电缆最大长度。

校验公式为

CR
电动机额定功率为37kW ,额定电流约为68A 。

参照ABB
产品,控制回路主接触器需采用A75,接触器的保持功率P h1
约为18W 。

单位长度线路电容C 取0.6μF/km ,控制回路标称电压U n 为220V ,经计算得L Cr1约为310m 。

参照国内常熟产品,控制回路主接触器需采用E4,接触器的保持功率P h1约为4.5W ,经计算得L Cr1约为77m 。

因本项目该电机配电柜距现场电机距离约400m ,控制回路长度为800m ,由计算数据得出控制回路不能采用交流电源,以免工艺流程需要停机时线路残压过高导致接触器不能可靠释放,从而导致管道压力过大,一旦泄露将会对现场操作人员造成安全隐患。

3 电动机控制回路采用直流电源时的验算
为了解决线路电容对电动机控制的影响,本次对控制回路电源进行改造。

从主回路断路器出线侧引入一路220V 交流电源至控制回路,经AC/DC 电源模块,电源模块转换要求为:220V/AC-220V/DC ,功率等级以满足用电最大要求负荷为准。

转换为直流220V 电源为控制回路的接触器及现场开关、指示灯提供电源,电动机综合保护器仍采用220V 交流电源供电。

采用此方案后控制线路不存在对地电容,因此校验长度不用考虑电容的影响,仅根据电压校验。

依据《工业与民用供配电设计手册》第四版第1 106页,接触器在周围空气温度-5~+40℃,在交流或直流控制电源电压的85%~110%均应可靠吸合。

吸合电压取额定值的85%,
U 取18V (Akm ),
U n=220V 。

参照A75,接 触器的保持功率P a1取180V A ,经计算得L max1=1 493m 。

参照常熟产品,控制回路主接触器需采用E4,接触器的保持功率P a1取180V A ,经计算得L max2=1 493m 。

线路最大允许长度可以满足本次设计要求。

4 直流电源在本次电动机控制回路中的应用
通过以上电动机控制回路采用交流电源与采用直流电源计算结果比对,采用直流电源可以解决本项目汽油装车泵控制电缆距离过长造成不能可靠停机的问题,实现立即切断油源,防止和控制装置过程中事故的蔓延与扩大,体现了安全、智能、可靠的安全设计理念。

5 总结
电动机控制回路采用直流电源供电时,可解决线路对地电容的问题,对工厂长距离供电的电动机控制提供了可靠保证,从而实现安全生产。

从经济上考虑,本项目长距离供电的电动机台数较少,因此采用AC-DC 220V/220V 电源转换模块提供直流电源与采用专用的直流屏相比节省成本。

本方案满足《通用用电设备配电设计规范》要求;控制回路的电源及接线方式应安全可靠、简单适用。

摘 要:结合山东某石油化工有限公司变电所内低压交流电动机的控制系统,用案例实时阐述了控制回路采用直流电源的应用,用于解决控制回路采用交流电源的弊端。

完善了电动机的控制系统,实现了主体工艺要求以及安全生产。

关键词:电动机;控制系统;交流电源;直流电源中图分类号:TM34 文献标志码:B 文章编号:1003–6490(2018)10–0083–01
Application of DC Power Supply in Low Voltage
AC Motor Control Circuit
Dong Zhi-qiang ,Xie Xiao-yan
Abstract :This paper combines the control system of the low voltage AC motor in the substation of Shandong Petrochemical Co.,Ltd.The application of the DC power supply in the control loop is illustrated in real time by the case.It is used to solve the drawbacks of the AC power supply in the control loop.The author of this article perfected the motor control system based on his own design experience and realized the main process requirements and safe production.
Key words :electric motor ;control system ;AC power supply ;DC power supply 直流电源在低压交流电动机控制回路中的应用
董志强,谢晓燕
(洛阳瑞泽石化工程有限公司,河南洛阳 471000)
收稿日期:2018–05–25作者简介: 董志强(1989—),男,河南三门峡人,助理工程师,主
要研究方向为工业配电。