電動(dòng)機(jī)配電及控制

張晉文 韓潔民

摘 要：電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它利用通電線圈（定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按供電電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，民用建筑中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)。在工程設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解電動(dòng)機(jī)的選擇要點(diǎn)、常用參數(shù)、啟動(dòng)方式、配電及控制方式等內(nèi)容。

一、電動(dòng)機(jī)的選擇要點(diǎn)

根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50055-2011相關(guān)條文的規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)無特殊要求時(shí)，應(yīng)采用籠型電動(dòng)機(jī)，但功率較大且連續(xù)工作的機(jī)械，當(dāng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，宜采用同步電動(dòng)機(jī)。

2、符合下列情況之一時(shí)，宜采用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)：

（1）重載啟動(dòng)的機(jī)械，選用籠型電動(dòng)機(jī)不能滿足起動(dòng)要求或加大功率不合理時(shí)。

（2）調(diào)速范圍不大的機(jī)械，且低速運(yùn)行時(shí)間較短時(shí)。

3、機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)有特殊要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)類型及其調(diào)速方式應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。當(dāng)采用交流電動(dòng)機(jī)不能滿足機(jī)械要求的特性時(shí)，宜采用直流電動(dòng)機(jī)。

4、變負(fù)載運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和泵類等機(jī)械，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，應(yīng)采用調(diào)速裝置，并選用相應(yīng)類型的電動(dòng)機(jī)。

二、電動(dòng)機(jī)的常用參數(shù)

1、電動(dòng)機(jī)的額定功率、額定電流、額定電壓

額定功率：電動(dòng)機(jī)的額定功率是指額定輸出功率，即電動(dòng)機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的有效機(jī)械功率。它不包括電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗（軸承損耗、風(fēng)耗）和電氣損耗（鐵損、銅損）。

額定電流：電動(dòng)機(jī)的額定電流或滿載電流，是指電動(dòng)機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)由電動(dòng)機(jī)接線端子出輸入的電流。

額定電壓：電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的工作電壓。

電動(dòng)機(jī)額定功率和額定電流的計(jì)算公式如下：

2、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間

啟動(dòng)電流（最大穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)電流方均根值）：在供配電設(shè)計(jì)中，啟動(dòng)電流不是泛指作為轉(zhuǎn)讀函數(shù)的電流變量，而是特指不包括暫態(tài)過程非周期分量的最大穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)電流。啟動(dòng)電流的大小與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，只決定與電動(dòng)機(jī)的固有特性。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流一般是其額定電流的4～8.4倍。

啟動(dòng)時(shí)間：啟動(dòng)時(shí)間的長短決定于負(fù)載轉(zhuǎn)矩、整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和加速轉(zhuǎn)矩。在配電設(shè)計(jì)中，多采用按啟動(dòng)時(shí)間分檔選擇電器，啟動(dòng)時(shí)間小于4s的稱為輕載啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間在4s～8s之間的稱為一般負(fù)載啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間大于8s的稱為重載啟動(dòng)。

三、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式

1、全壓啟動(dòng)

當(dāng)滿足以下要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以采用全壓啟動(dòng)方式：

（1）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，母線上產(chǎn)生的壓降不影響同一母線上其他設(shè)備的正常工作;

（2）機(jī)械機(jī)構(gòu)能承受電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩;

（3）設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)無特殊要求。

在民用建筑配電設(shè)計(jì)中，功率較小的各類風(fēng)機(jī)、水泵均可采用全壓啟動(dòng)，該啟動(dòng)方式電氣回路簡單，成本較低。

2、降壓啟動(dòng)

當(dāng)不符合全壓啟動(dòng)的條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)宜采用降壓啟動(dòng)。降壓啟動(dòng)的目的是限制啟動(dòng)電流，從而減小母線的電壓降。限制啟動(dòng)力矩，減少對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊。

低壓電動(dòng)機(jī)的降壓啟動(dòng)方式有：Y-△降壓啟動(dòng)、電阻降壓啟動(dòng)、自耦變壓器降壓啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器降壓啟動(dòng)等。

三、常用風(fēng)機(jī)配電機(jī)及控制

1、非消防風(fēng)機(jī)：

非消防風(fēng)機(jī)的配電保護(hù)主要有過負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)等。在電氣設(shè)計(jì)中，通常用熱繼電器作為過負(fù)荷保護(hù)電器，斷路器作為短路保護(hù)電器，且斷路器應(yīng)具有隔離功能;也可采用非消防型控制與保護(hù)開關(guān)。

2、消防風(fēng)機(jī)

消防風(fēng)機(jī)的配電保護(hù)主要有短路保護(hù)。一般采用斷路器作為短路保護(hù)電器，且斷路器應(yīng)具有隔離功能;也可采用消防型控制與保護(hù)開關(guān)。

當(dāng)采用斷路器作為短路保護(hù)電器時(shí)，要滿足斷路器的瞬時(shí)動(dòng)作電流達(dá)到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的2～2.5倍的要求。

3、常用防火配件

四、常用水泵配電及控制

1、生活水泵配電及控制

生活水泵一般自帶智能變頻控制柜，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需按照泵組的設(shè)備功率正確選擇斷路器和電纜，并預(yù)留配電箱到控制柜、控制柜到泵組的電纜路由（橋架或線管）。

生活水泵采用變頻器控制，啟動(dòng)電流較小，啟動(dòng)電流波動(dòng)也較平緩，且變頻器自帶電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，故前端選用配電保護(hù)型斷路器。

2、消防水泵配電及控制

消防泵功率較大，啟動(dòng)電流較大，一般采用Y-△降壓啟動(dòng)方式，如圖（1）所示，電動(dòng)機(jī)繞組大部分是三角形連接，電動(dòng)機(jī)的額定電流是繞組線電流，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，接觸器QAC3與QAC1閉合，電動(dòng)機(jī)繞組Y形連接啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后，接觸器QAC3斷開，QAC2閉合，QAC1保持閉合，電動(dòng)機(jī)繞組△連接狀態(tài)下再啟動(dòng)，直至啟動(dòng)完成。

接觸器QAC1、QAC2額定電流按電動(dòng)機(jī)額定電流的1/√3選擇，接觸器QAC3額定電流按電動(dòng)機(jī)額定電流的1/3選擇。為了安裝方便，接觸器QAC3額定電流與QAC1、2相同，且熱繼電器的額定電流、電動(dòng)機(jī)供電電纜載流量均應(yīng)按電動(dòng)機(jī)額定電流的1/√3（0.58）選擇;前端斷路器僅做短路保護(hù)，其整定電流按電動(dòng)機(jī)額定電流選擇。

消火栓泵的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：出水干管壓力開關(guān)、高位水箱流量開關(guān)、消防控制室手動(dòng)控制盤、消火栓按鈕、消防水池液位傳感器、屋頂水箱液位傳感器。各元件的功能如表（1）所示。

噴淋泵的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：濕式報(bào)警閥組壓力開關(guān)、消防控制室手動(dòng)控制盤、水流指示器、濕式報(bào)警閥組信號(hào)閥、消防水池液位傳感器。各元件的功能如表（2）所示。

以上所述為民用建筑設(shè)計(jì)中常見電動(dòng)機(jī)的配電及控制，包括常用非消防風(fēng)機(jī)、消防風(fēng)機(jī)、生活水泵、消防水泵。正確選擇電動(dòng)機(jī)的配電及控制方式，對(duì)于保證機(jī)械性能、提高功效、節(jié)約能源、優(yōu)化供配電系統(tǒng)均有重要意義。