闸门电动机选型

我所在单位新建一座１８米＊２３０米船闸工程，闸门形式为上卧式平板钢闸门，重约３５吨，全负荷启闭，干式变２００ＫＶＡ，闸区照明为高压钠灯２５０Ｗ＊１００，闸门自动控制需确保服务器及所有计算机不受配电系统冲击影响，办公用电为４０ＫＷ，上闸首和下闸首启闭电动机均为２＊１５ＫＷ双电机启动（共４台１５ＫＷ电动机），在设计阶段，电动机选型由闸门生产厂商提供推荐电动机型号为绕线式串接电阻启动电动机ＹＺＲ－１８０Ｌ－６，但考虑笼型电机结构比绕线式简单，维护方便，作为今后的管理单位，选择的原则应是电动机结构越简单越好，越容易维护越好，能直接启动越好；但从设计角度出发，应是综合考虑诸多不利因素综合影响，确保工程安全的前提下对电机进行选型．因此，在推荐型号提出后，我单位出现了比较严重的分歧意见，大致分歧过程为：先是从串接电阻启动方式引发笼型电动机全压和降压启动的争论，后来直接引发电机选型的争论，何种电机更适合本工程的特点．下面就上述问题我谈谈我的看法供大家讨论，有失误之处请诸位高手指点，以策进步．
一、电动机的初步选择：
本船闸钢闸门重35吨左右，属于提升、起重类重负载，运行过程中对速度无特殊要求，由于闸门轨迹的变化，运行过程载荷会发生非线形变化，但无显著冲击，运行平稳。电动机在启动时属于全负载启动，要求有较大的启动转矩。
按《新电工手册》“电机选型”中
“根据负载性质选择电动机的类型
不需调速的机械，应首先考虑交流电动机。平稳、长期工作、负载又无特殊要求的机械，应采用一般笼型异步电动机。需重载启动时，可采用高启动转矩的笼型异步电动机或绕线式异步电动机。”的论述，结合船闸启闭负荷的特点，初步应选择高启动转矩的笼型电动机或绕线式异步电动机。
二、笼型电动机与绕线式电动机机械性能对比
笼型电动机：简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但启动和调速性能差，轻载时功率因数低。一般无调速要求的机械广泛采用。可在变频率电源供电下可平滑调速。变极数多速电动机，可分级变速调节，但体积大，价格较贵。
绕线式电动机：因有滑环，比笼型电动机维护麻烦，价格也稍贵，但由于它启动转矩大，启动功率因数高，且可进行小范围的速度调节，控制设备简单，姑广泛用于各种生产机械，尤其是电网容量小、启动次数多的机械，如提升机、起重机及轧钢机械等。
由此可见，船闸启闭电动机选择绕线式电动机的最合适不过。
查表《新电工手册》p431中，可确定电动机型号应为YZR系列（起重冶金三相异步电动机），根据电机功率，查《电气技师手册》可确定15KW绕线型电机具体型号为YZR-180L-6。
三、绕线式电动机启动方式的确定
绕线型异步电动机的启动方式有如下2种：
（1）电阻分段启动（串接电阻启动）：绕线型异步电动机转子接三级启动电阻。
绕线电动机启动级数q（表1）

电动机容量KW 接触器继电器控制时启动级数
全负荷 半负荷
0.75~7.5 1 1
10~20 2 2
22~35 2~3 2
35~55 3 2~3
60~95 4~5 3
100~200 4~5 3
220~370 6 4

（2）频敏变阻器启动：频敏变阻器是一种由铸铁片或钢板叠成铁心，外面套上线圈的三相电抗器。将频敏变阻器接于绕线型电动机转子回路内，其线圈电抗和铁心损耗（主要为涡流损耗）决定等效电阻随转子的转差率而变化，在电动机启动过程中，随着转子频率变小，其等效阻抗也随着减小，即随着电动机转速的增加，自动均匀地减小阻抗值，从而得到平滑地调节启动电流和启动转矩。
频敏变阻器结构简单，占地面积小，运行可靠，无须经常维护。但其功率因数低，启动转矩小，对有低速运转和要求启动转矩大的传动装置，不宜采用频敏变阻器启动。
根据绕线式电动机2种启动方式的特点和要求对比，结合本工程的特点，船闸15KW启闭电动机应为电阻分段启动，即串接电阻启动。查上表可以看出，15KW全负荷启动应至少有2个启动级数。
四、启动方式的误区
笼型电动机的启动分全压启动和降压启动两种，绕线式电动机的启动为上述两种启动方式，不存在全压和降压之说法。因此只要确定电动机是选择绕线式电动机，那就不存在全压启动和降压启动的争论，其启动方式只能选择串接电阻启动或者频敏变阻器启动。我认为，适合复线船闸闸门启闭的电动机应为三相绕线式异步电动机，根据绕线式异步电动机的两种启动方式和本工程的特点，只能选择串接电阻启动，但需要申明的是，串接电阻启动并不属于降压启动的范畴。
五、关于笼型交流电动机全压起动问题的看法
笼型交流电动机的全压起动问题一直存在一些争论。“多大容量的电动机允许全压起动？”这个问题是不对的。全压起动的笼型电动机的容量，与其所在系统容量的比值、变压器容量、机械负载的要求及电机本身的结构有关，而不取决于电动机的容量。
交流电动机全压起动需满足三个条件：
（一）、 电机起动时，各级配电母线上的电压应符合下列要求（这是由电机容量与配电母线处系统容量的比值决定的）：
1. 在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于系统标称电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于标称电压的85%；（这就是粗略估算时，取电机容量为变压器容量的20%和30%的原因。）
2. 配电母线上未接照明或其它对电压变动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于标称电压的80%；
3. 配电母线未接其它用电设备时（如变压器——电动机组），可按保证电动机起动转矩的条件决定，但应保证接触器的线圈电压不低于释放电压。
（二）、 机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩。
1. 大型电机拖动的机械多为风机、水泵、空压机、变流机组等，这些机械均能承受电机全压起动的冲击转矩。
2. 有些大型机械需用大型减速机减速，机械方面担心电机全压起动时减速机“打牙”，尤其进口减速机更是如此，所以此时电机不能选用全压起动方式，但拖动这类机械一般都选用大型绕线转子电动机。
（三）、 电机本身结构能承受全压起动的冲击。
1. 所有低压笼型电动机本身结构均能承受全压起动的冲击；
2. 所有大、中型高压笼型电动机，按电机生产厂的规定，也能承受全压起动的冲击。
3. 大、中型高压同步电动机有些不同。有些型号的同步电机因其转子阻尼铜条的截面小，所以不能全压起动。而有些型号的则可以
本船闸配电用变压器为200KVA，配电母线上接照明和自动化设备用电，全压启动笼型电动机容量应按变压器容量的20%粗算为40KW，该算法已考虑了线路压降允许范围，可以看出，复线船闸2*15KW的电动机若为鼠笼型电动机完全可以直接启动。
六、总结
复线船闸启闭电机的选择主要从负载特点出发，选择满足大启动转矩的电动机，三相绕线式异步电动机是最佳首选。在确定电动机型号为绕线式后，启动方式也只能采用绕线式电动机的启动方式，对比串接电阻和频敏变阻器的特点，选择串接电阻启动方式是最优的。
针对前阶段对电机选择和启动方式的争论，主要是在启动方式上陷入了误区，串接电阻启动是绕线式电动机特有的启动方式，不属于降压启动的范畴，就是说只要选择了绕线式电动机，那就决定了选择启动方式为串接电阻启动，唯一不同的是要串几级（查表1可知）。
降压启动和全压启动是属于笼型电动机的讨论范畴，本工程选择串接电阻启动并不属于降压启动，在确定选择绕线型电动机后，讨论全压启动和降压启动就没有任何意义。
按本工程配电所变压器和其他负载分析，15KW笼型电动机在本工程条件下是可以直接启动的，但考虑配电变压器为干式变２００ＫＶＡ，干式变相对油变而言，承受电流冲击的能力比较差，若选择但笼型电动机直接启动，对变压器产生的冲击很大，考虑诸多不利因素汇总影响下，干式变出故障的几率将很大，存在安全隐患（就近有多个实例，但具体无理论依据，有待各位指点），故在干式变的条件下，还是建议选择绕线式电动机串接电阻启动．