电机启动电流与配电变压器的选择

水泵电动机的启动及变压器的选择【摘要】电动机启动是供配电系统中电压暂降的常见原因。

在供配电系统设计中，主要关注电动机启动时其端子的电压和配电母线的电压。

本文采用近似计算方法，结合实际案例对水泵电动机的启动及变压器的选择进行了设计总结。

【关键词】供配电；电动机启动；变压器容量；电压暂降；1.供配电系统概况为保证泵站连续、可靠地运行，本站按二级用电负荷标准进行设计，由两回电源供电。

两回10kV电源均引自上级变电站，同时供电、一用一备，每回电源均应能承担全部负荷。

10kV及0.4kV配电系统均采用双电源、单母线分段结线方式，分段开关处设手/自投装置。

10kV侧单回电源线路按承担100%供电负荷设计，若一回电源失电，由另一回电源承担全部负荷。

10/0.4kV单台变压器容量按承担100%供电负荷设计，正常运行时2台变压器一用一备，供电母联开关合闸；当一台变压器发生故障或检修时，由另一台变压器承担100%的负荷。

泵站主要用电负荷为3台225kW贯流泵，另有格栅机、皮带机、闸门启闭机及自控装置等附属设施用电负荷。

用电设备电压等级均为380/220V，总安装容量约为700kW。

1.变压器容量初选在设备正常运行工况下，需要系数按照电动机负载率及电动机效率进行选取，经计算，用电设备计算负荷约为627kW/658kVA。

用电设备负荷计算见表2-1。

表 2-1 用电设备负荷计算表根据设备运行情况综合考虑后，10/0.4kV变电所拟选取800kVA、10/0.4kV变压器2台，向AC220/380V设备供电。

两台变压器一用一备运行，单台变压器负载率约为82%。

变压器负载率不大于85%，可以满足长期运行条件的要求。

1.电动机启动校验电动机启动时，其端子电压应能保证被拖动机械要求的启动转矩，且在配电系统中引起的电压暂降不应妨碍其他用电设备的工作。

一般情况下，电动机频繁启动时不应低于系统标称电压90%，电动机不频繁启动时，不宜低于系统标称电压的85%。

供配电案例常用的公式1.负荷计算：设备功率、需要功率和平均功率补前的功率因数：cosφ1={1/[1+(βQ/αP)]2}1/2,补后的功率因数：cosφ={1/[1+[(Qc-Q)/Pc]2]}1/2。

Qc=Pc（tgφ1-tgφ2），设备功率：Pe=2P rεr1/2.Pe= P rεr1/2.Pe= S rεr1/2cosφ. 负荷持续率。

二项式法：Pjs=cPn+bPs,Pn表示n个最大功率设备功率和，Ps表示全部运转设备的功率和（除去备用设备）。

线负荷转为三相负荷：Pd=1.73P UV+1.27P WV=1.73P UV。

相负荷中最大和第二大的功率。

相负荷计算P U=p*P UV+q*P WU。

Q U=p*Q UV+q*Q WU。

单相功率转为三相功率是最大相负荷的三倍。

需要系数法：需要系数和同时系数，利用系数法：利用系数和最大系数。

计算负荷：设备组：Pc=KxPe,Qc=Petgφ，Sc=[P2+Q2]1/2，Ic=Sc/（1.732Ur）变电所：Pc=K∑p∑(KxPe),Qc=K∑q ∑(KxPetgφ)。

同时系数K∑p、K∑q（两个不计入，一个择大者即备用设备和消防设备不计入，季节性计入最大者）利用系数：设备组平均负荷：P av=K l*Pe，Qav=Pav*tgφ。

计算负荷：Pc=K m∑P av;Qc=K m ∑Q av。

节能传动钢铁设计手册找，以配电手册为主，如它没有及时翻到钢铁手册对应部分。

2.电源质量：n次谐波电压含有率：HRU n=1.732U N*h*I h/10S k。

谐波电流的计算：I1=I n*n,I h=I1/h=I n*n/h。

详见工业与民用配电设计手册P282。

全部用户允许注入公共连接点的谐波电流短路容量不同时：I n=S k1/S k2*I(n)p, 不同用户注入公共接点的允许值I n=I h(Sj/St)1/α。

两个用户(变压器)注入同一公共接点的谐波电流：I n=（I n12+I n22+KI n1I n2）1/2。

大容量电机启动对电网的影响发表时间：2018-06-15T15:24:38.593Z 来源：《电力设备》2018年第3期作者：黑开强[导读] 摘要：针对大容量电机对电网的影响，电力的大规模使用，对用电负荷也造成了一定的影响，电力的大范围使用增加了电网的负荷。

（陕西延长石油天然气有限责任公司陕西延安 716000）摘要：针对大容量电机对电网的影响，电力的大规模使用，对用电负荷也造成了一定的影响，电力的大范围使用增加了电网的负荷。

随着现代工业化的不断发展，大功率同步电力设备突显出重要作用，其本身系数和转速比较高，对承载力有一定的要求，在应用过程中需要从实际情况入手，考虑设备的运行形式，根据启动形式和控制机制的要求，对设备进行合理的应用。

强大的启动电流会产生比较大的压降，直接降低电网电压，甚至会影响其它电力设备的正常工作，直接对动力变压器产生冲击。

因此在应用阶段需要从实际情况入手，对运行方式进行有效的分析，满足设备运行要求。

工作人员必须对电网运行方式进行了解，从实际情况入手，做好电力设备的启动工作。

关键词：电网；电机1前言工程中，大型中压同步电机往往采用软启动方式，而大型同步电机软启动技术由最初的定子串电阻、电抗器降压启动，发展到现在的自耦变压器降压启动，晶闸管调压控制的变频电子软启动。

自耦变压器降压启动需电网提供的启动电流较小，对电网电压的影响小。

电机用高压变频装置做软启动时，启动转矩大，启动电流可以根据需要设定。

但是交流电机变频调速技术复杂，产品价格昂贵，而软启动对启动性能要求不是那么严格，所以变频器用作软启动器是大材小用。

2大容量电机启动根据现有电机启动形式，考虑到用户总降电和供电形式的具体要求，需要将电压设立在35kV左右。

电机开关以电缆设备为主，供电系统的系统图。

考虑到电机开关设计母线电压以及基准设计形式，要对无穷大的电流进行控制，根据电机接入系统的要求对其进行处理。

在本次研究中以南京普莱克斯大容量电机启动为例，用户通过双回110kV和220kV的形式，对变电系统进行处理，用户总降变电站母线都是由南京普莱克斯厂提供的，考虑到变压制和连压机制的具体要求，需要对容量进行有效的评估。

交流电动机常用启动方式选择电动机操作规程交流的起动电流大（一般约为额定电流的5～7倍）。

大的起动电流（由于起动时间短）对电机本身来说，尚不至于引起电机温度的显著提髙（频繁起动除外），但却会引起交流的起动电流大（一般约为额定电流的5～7倍）。

大的起动电流（由于起动时间短）对电机本身来说，尚不至于引起电机温度的显著提髙（频繁起动除外），但却会引起电网电压的显著降低，因而影响接在同一母线上的其他用电设备的正常运行。

所以对交流电动机的起动，必需依据的容量、电动机的起动电流的大小及负载大小等情况做综合考虑后选择合适的起动方法。

交流电动机的常用启动方式：直接启动，星形—三角形启动，自耦变压器降压启动，软启动，启动。

1、电机启动方式1.1、全压直接起动全压起动是常用的起动方式，也称为直接起动。

它是将电动机的定子绕组直接接入，在额定电压下起动，具有起动转矩大、起动时间短的特点，也是比较简单、性价比高和比较牢靠的起动方式。

1.2、星三角Y—△起动对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式来说，假如在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。

这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（Y—△起动）。

接受星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3、假如直接起动时的起动电流以6～7Ie计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3倍。

这就是说接受星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3、适用于无载或者轻载起动的场合。

并且与其它减压起动器相比较，其结构比较简单，价格也较为便宜。

除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。

此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提髙，并使之节省了消耗。

1.3、自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。

理论题库变压器知识题库一、选择题1、测量变压器的变压比应该在变压器处于（）情况下进行。

(A) 空载状态 (B) 轻载状态 (C) 满载状态 (D) 短路状态2、当变压器带电容性负载运行时，其电压调整率ΔU%（）。

(A) 大于零 (B) 等于零 (C) 小于零 (D) 大于13、电压调整率ΔU%与短路电压U K的关系是（）。

(A) U K越小，ΔU%也越小 (B) U K越小，ΔU%越大 (C)ΔU%与U K无关， (D)以上答案都不对4、变压器的外特性是（）。

（A）.当负载越大，电压调整率△U％越大（B）当cosφ2越小，电压调整率△U％越大（C）当感性负载时，cosφ2越小，电压调整率△U％越大（D）以上都不对5、在中、小型电力变压器的定期检查维护中，若发现变压器箱顶油面温度与室温之差超过（），说明变压器过载或变压器内部已发生故障。

(A)35°C (B) 55°C (C) 105°C (D) 120°C6、直流弧焊发电机由（）构成。

(A) 原动机和去磁直流发电机 (B) 原动机和去磁式交流发电机 (C) 直流电动机和交流发电机 (D) 整流装置和调节装置7、变压器在大修时无意中在绝缘中夹入了异物（非绝缘物），则在进行耐压试验时会（）。

(A) 完全正常 (B) 发生局部放电 (C) 损坏耐压试验设备 (D) 造成操作者人身伤害8、二次侧额定电流分别为1500A和1000A的两台变压器并联运行，当前一台的输出电流为1000A时，后一台的输出电流为900A，试判断这两台变压器是否满足并联运行的条件（）。

（A）完全满足（B）变压比相差过大（C）短路电压相差过大（D）连接组别不同9、两台变压器并联运行，空载时二次侧绕组中有一定大小的电流，其原因是（）。

(A) 短路电压不相等 (B) 变压比不相等 (C) 连接组别不相等 (D) 并联运行时的条件全部不满足10、变压器的最高效率发生在其负荷系数为（）时。

电机启动电流与配电变压器的选择：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KV A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）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=511.2KVa3.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KV A 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）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=170.4Kva4.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）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）: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。

浅谈大电机启动及对变压器的影响摘要：三相交流电动机自诞生以来，它的起动问题一直是人们不断研究和探讨的问题，并不断地取得新的成果。

笼型三相异步电动机起动方式一般有全压起动（或称直接起动）和降压起动和变频起动三种方式。

降压起动包括星形—三角形起动、自耦变压器降压起动、延边三角形降压起动和软起动等方式。

设计过程中，应根据电动机所接负载性质选择合适的起动方式，尽量降低起动过程压降对其他负荷影响，减少自身大电流起动发热对绕组绝缘的损伤，同时选择合适的变压器容量。

本文就目前常用的几种异步电动机起动方式简要分析。

关键词：电机起动；软启动器；变压器容量全压起动是一种最简单的起动方法，按实际工程经验，当电机额定功率小于22kW时一般可采用直接起动。

起动电流可达电机额定电流的4~8.4倍，轻载负荷起动时间小于10S，，重载起动时间大于10S。

由于起动电流大，会造成变电所母线产生压降，使与电动机接在同一母线上其他设备受到影响，甚至无法正常工作，压降过大也会使电动机本身端子电压降低，无法正常起动。

针对上述情况，一些降压起动方式应运而生。

一、“Y—△”降压起动“Y—△”降压起动具有结构简单，造价低廉的特点，是比较常用的一种起动方式，尤其在消防泵等严禁要求电力电子器件起动的设备应用广泛。

“Y—△”起动接线如图1所示，主回路断路器、接触器和热继电器等组成，控制回路由按钮、时间继电器等组成，利用不同时间电动机3个绕组6个接线端子不同组合方式实现降压起动。

图1 星形——三角形起动接线图起动阶段接触器KM1和KM3闭合，电动机绕组接法为星形接法，每个绕组电压为220V，起动电流为（为每相等效阻抗）。

延时一段时间后接触器KM2闭合，KM3断开，此时电动机绕组为三角形接法，每相绕组电压为线电压380V，运行电流为，此状态为电动机额定运行工况。

由以上分析可知电动机星形接法电流为三角形正常运行时电流的1/3，利用这一点可使电动机顺利启动，变电所母线上电压降幅度较小，但此起动方式电动机转矩降低，同时星三角转换时对电网有二次冲击。

如何根据电机总功率计算配电变压器大小?1.电动机起动电流Iq≈2～7额定电流,GB12325-90规定10KV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％，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％。

2.单台电动机直接启动场合降压变压器容量的选择：四极或二极鼠笼电机拖动风机一般直接启动，启动电流为额定电流的六倍，当电网电压下降15％时——注意已经超过了最大±10％的标准，则变压器次级容量=√3*380* (1-15) ％Iq/1000*cosφ=1.732*323 Iq/850=0.66Iq,变压器的平均功耗为7.5％，所以变压器的容量=（1+0.075）*变压器次级容量=1.075*0.66Iq=1.075*0.66*5～7电动机额定电流，当取近似值时，变压器的容量≈8.5电动机额定功率。

3.数（N）台相同电动机同时直接启动场合降压变压器容量的选择：变压器的容量=1.075*N*每台电动机占用变压器次级容量=N（1.075*0.66）Iq=0.71*N* Iq,通常可取Iq,=12电动机额定功率（KW数），于是变压器的容量≈8.5*N*电动机额定功率。

按此原理，数台电动机功率不同时，可以分别计算，然后相加；不同时启动时，按同时启动电动机计算，再加上正常运行的电动机，求得两类电动机所占用变压器次级容量，再计算出变压器的容量。

4.单台电动机采用变频器启动场合降压变压器容量的选择：与2項相比只是启动电流控制在额定电流的2倍，于是变压器的容量=（1+0.075）*变压器次级容量=1.075*0.66Iq=2.838电动机额定功率，即变压器的容量≈2.8电动机额定功率。

5.同理，数（N）台相同电动机采用变频器同时启动场合降压变压器容量的选择：变压器的容量≈2.8N单台电动机额定功率。

按此原理，数台电动机功率不同时，可以分别计算，然后相加。

《电机与变压器》一试题及答案姓名班级考号成绩一、填空（每空1分，共20分）！1、在电力系统中使用的电力变压器，可分为_________变压器、_________变压器和________变压器。

2、当负载是感性时，变压器的外特性是_________，说明感性电流有_________作用，它使U2下降。

3、绕组正向串联，即把二个线圈的_________端相连，总电动势为两电动势________。

4、三相绕组之间首尾的判别准则是磁路对称，三相总磁通为_________。

5、三角形接法是把各相的_________相接构成一个闭合的回路，把三个连接点接到电源上去。

因首尾连接顺序的不同，可分为_________和_________两种接法。

6、一台变压器的变压比为，当它的一次侧接到220V的交流电源时，二次侧输出的电压是_________V。

7、所谓变压器的空载运行是指变压器的一次侧_________，二次侧_________的运行方式。

8、变压器是利用_________原理制成的静止的电气设备。

它将某一_________电压值的变换成________不变的所需电压值的交流电，以满足高压输电，低压供电及其他用途的需要。

[9、求三相变压器的变比K时，如果一次侧、二次侧都是Y型接法或三角形接法，则求K值的方法与求单相变压器变比的方法一样，即K=_________，而如果一次侧、二次侧接法不一样，则应把Y形接法的_________电压和三角形接法的_________电压相比。

二、选择（每题2分，共20分）1. 将连接组别为 D, ynll 的变压器每二次侧绕组首、尾端标志互相调换重新连接成星型，侧连接组别为_____________。

A. D, ynllB. D , yn9C. D, yn5D. D, yn72、变压器短路试验的目的之一是测定（）。

A．短路阻抗 B.励磁阻抗 C.铁损 D.功率因数3、变压器二次侧绕组作三角形接法时，为了防止发生一相接反的事故，正确的测试方法是（）。