浅谈盾构机电动机启动方式的选择

胡乃芳

（中铁二十局五公司　云南　昆明　650000）

浅谈盾构机电动机启动方式的选择

胡乃芳

（中铁二十局五公司云南昆明650000）

盾构机中一种先进的隧道掘进机，这种机械除了具备传统隧道掘进机所具备的功能以外，还具有数据采集、智能判断、信息输输等功能。应用这种机械，能精准的完成隧道掘进施工。盾构机电动机的应用涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。而作为盾构机上主要的动力元件-电动机起到了非常重要的作用。所以，对于电动机的型号选择及对于不同电动机的启动方式的选择也是至关重要的。

盾构机；电气系统；电动机；启动方式

1　电动机启动方式选择的意义

在生产过程中，电动机要经常启动、停止，其启动性能的优劣对生产影响很大，这是由于电动机如果以小功率的方式启动，电动机对启动环境的要求就不大的缘故；而大功率的电机需要强大的电流支持其运行，那么这种电机启动时，瞬时间会与外部环境产生互动，如果外部环境给予电机的冲击过大，大功率电机的变压器就可能无法承受这种冲击，造成各种安全故障问题。为了有效的应用盾构机电动机，机电施工人员要选择正确的启动方式。

2　电动机启动方式的选择

2.1全压启动

全压起动是最好的起动方式之一，全压启动的方式，就是电动机应用额定的电压启动设备，这种启动为标准的启动方式，电动机在启动的时候，不易出现故障。有人误认为降压起动比全压起动好，将15kW的电动机未经计算就采用了降压起动方式，因而降低了起动转矩，延长了起动时间，使电动机发热更加严重，且设备复杂投资增加，所以在应用电动机的时候，机电施工人员可根据施工的情况应用全压启动方式。

然而全压启动的方式并非没有弊端，这种启动的方式产生的瞬间电流大、对电动机变压器产生的冲击大，如果在电动机的线路上串联有其它的设备，这种瞬间电流会对其它设施产生冲击，可能会损害串联的设备。盾构机装配的电动机都为三相鼠笼型异步电动机，而且大部分功率都比较大，这些设备在直接启动的过程中，将产生较大的危害。

2.2降压启动

全压启动方式产生的瞬间电流过大，可能会对电动机自身与其它设备产生冲击，为了解决这一问题，人们设计出一种降压启动的方式，这种启动方式为人们启动电动机以后，它通过均衡电压的方法使整条线路的电压均衡，此时就不会带来瞬间高电压的问题，这种启动方式被称为降压启动。

降压起动的方法较多，有星三角换接、自耦变压器降压、变压器-电动机组、延边三角形换接、串电抗器或电阻器降压等。对于中小型电动机，采用星三角换接或自耦变压器降压的较多。

2.2.1定子串联电抗器降压启动法

降压启动方式存在虽然启动时电压降低，可是电动机设备依然会受到电流与电压影响的问题。为了减少电动机启动时，电流、电压对电动机的影响，人们在电机的定子回路中安装串联电抗器。机电施工人员应用定子串联电抗器降压时，电机一旦启动，定子串联电抗器即开始工作，而电动机的电压稳定以后，定子串联电抗器则自动失去作用。这是一种既能应用降压启动的优势，又能避免降压启动带来弊端的一种启动方式。然而，这种启动方式对串联电抗器性能的要求比较高，如果电抗器设计不够合理，便不能解决降压启动带来的问题，同时，在电抗器失去作用时，电动机需承受二次电流的冲击与转矩带来的冲击。

2.2.2自耦变压器降压启动法

为了解决定子串联电抗器降压法带来的问题，人们设计出自耦变压器降压启动的方法，这种方式为自耗变压器的高压绕组与电网相连接，低压绕组与电机相联接，它应用自耦变压器绕组的转换性调节电机的初始电压。这种降压方式相对的比定子串联电抗器降压的方式合理，然而它依然存在二次冲击的问题，并且这种降压启动方法操作不便。

2.2.3星三角转换启动法

星三角转换起动是将定子绕组为三角形连接的电动机，在启动时接成星型，当启动完毕后速度接近额定转速时转接为三角形运行，采用这种方式启动时，每相定子绕组降低到电源电压的58%，启动电流为直接启动的33%，如果直接启动时的启动电流以6～7le计，则在星三角启动时，启动电流才2～2.3倍。启动电流较小，启动转矩也较小，对电网的冲击较小，允许启动次数较多。采用星三角方式启动不需要新增加启动设备，采用启动开关电器或交流接触器等控制设备就可以实现。但是采用星三角启动时，启动转矩也降低为原来按三角形接法直接启动时的1/3。因此，这种启动方式只适用于定子绕组为三角形接线方式的无载或者轻载启动的小型电动机，对于大型异步电动机则不适用。

2.2.4软启动器启动法

软启动的方式是一种集软件、硬件应用、信息技术应用、智能化技术应用于一体的启动方式，它能智能的保护电动机设备。为了应用软启动的方法，人们需要把一块三相反并联晶闸管植入电动机的定子和电源之间，作为调节器。待人们采用软启动的时候，三相反并联晶闸管会逐步加大输出的电压，直至电动机运行平稳，等电动机能平稳运作以后，软启动器启用自动用旁接触器，稳定电压，减小三相反并联晶闸管的损耗。这种启动方式既能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动，又能降低对电网的冲击，还能实现计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。软启动器还具有以下优点：

全功能保护作用——这种启动方式布线比较简单、操作比较简单，这就意味着机电施工人员在施工的时候。不易出错，这便能够保护电动机设备；这种启动方式能够避免电流的一次冲击与二次冲击，进一步保护了电动机设备；它具有智能保护的功能，如果电动机设备出现故障时，它有一套应急保护的措施，这种方法能够再次保护电动机设备。人们在应用软启动的时候，可以根据软启动设备提供的设备参看电动机运行的情况，如果出现电动机运行异常，能够即时的作出反应。人们在检修电动机时，可根据软器动提供的参数了解电动机的运行状态，这就减少电动机检修带来的故障问题。由此可见，这种启动方式是一种可全方位保护电动机的启动方式。

自动化控制的作用——人们使用软启动时，可以根据施工的需要调整软启动的启动参数，使电动机的启动更能满足人们的施工需求。同时，这种启动器可自动采集和分析电动机启动的数据，人们可有效的作数据监控，然后提出科学的自动化集中控制方案。

更多的性能拓展作用——软启动器有外接接口，人们可根据需要外接各种数字设备，使软启动器能具备更多功能。

降低运行功耗的作用——盾构机电动机的功率较大，受外在的环境影响较大，如果环境变化过大，就会产生功率耗损的问题，软启动能让电动机处在较平稳的运行环境中，使电动机的耗损减少。据统计可以了解到，电机在零负载到满载范围内运行时的综合节电效果最高可达损耗的40%。

促使绿色施工实现的作——这种启动方法延长设备使用寿命、提高生产率对电机提供了平滑、渐进的启动过程，减少了启动电流对电网的冲击，有效降低了启动机械应力，同时这种器动方法产生的噪音低、对环境的影响少、减少施工的成本，这种启动方式能促成绿色施工实现。

现将软启动与其它启动的效果归纳如表1，从表1的结论可以看到在盾构机电动机启动中应用软启动的优势。

表1　

基于以上分析和对比，盾构机中的大功率电机全部采用软启动器的启动方式。30kW以下的电动机采用直接启动方式启动，设置PLC程序防止大功率电动机同时启动。

[1]刘介才.《工厂供用电实用手册》.北京：中国电力出版社，2001.

[2]中国机械工业联合会.《供配电系统设计规范》.北京：中国计划出版社，2010.

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2015-5-8