淺析大中型三相電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇

摘要：隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，大中型電機(jī)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用，如大型壓縮機(jī)主電機(jī)、大型風(fēng)機(jī)電機(jī)造粒機(jī)主電機(jī)等 。上述電機(jī)起動(dòng)使不僅要求較大的電網(wǎng)容量，且還需采取適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方式，以保證電機(jī)起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)及設(shè)備的安全。本文將大中型三相電動(dòng)機(jī)幾種起動(dòng)方式進(jìn)行了分析比較，以便于設(shè)計(jì)中的選擇。

關(guān)鍵詞：沖擊；全壓起動(dòng)；降壓起動(dòng)；軟起動(dòng)；變頻起動(dòng)。

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2012)03(b)-0000-00

大中型三相交流電動(dòng)機(jī)廣泛作用于電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力，在機(jī)械、化工、紡織和石化等行業(yè)有大量的應(yīng)用。但在起動(dòng)過(guò)程中起動(dòng)電流較大，所以大中型電動(dòng)機(jī)必須采取一定的方式起動(dòng).而在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，怎樣選擇電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式便成了一項(xiàng)很重要的工作。電動(dòng)機(jī)的常用起動(dòng)方式有以下幾種：全壓起動(dòng)，降壓起動(dòng)，軟起動(dòng)和變頻器起動(dòng)，下面就根據(jù)各種起動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)加以論述。

1全壓起動(dòng)

顧名思義，全壓起動(dòng)就是電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng)，其起動(dòng)電流約為額定電流的4-7倍，起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩約為額定電磁轉(zhuǎn)矩的1.4-2.4倍，產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)受到過(guò)大的扭矩力沖擊，很容易使拖動(dòng)對(duì)象的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等造成嚴(yán)重磨損甚至損壞，如轉(zhuǎn)子籠條斷裂變速箱齒輪打壞等。大中型電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，常會(huì)引起功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。同時(shí)如果負(fù)載過(guò)大，電動(dòng)機(jī)本身起動(dòng)也難以完成，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，電機(jī)溫升過(guò)高，加速電機(jī)絕緣過(guò)熱老化，嚴(yán)重時(shí)，甚至可能燒壞電動(dòng)機(jī)。而大中型電動(dòng)機(jī)的價(jià)值都很高，在生產(chǎn)中也都起著核心作用，它的一點(diǎn)故障便會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，因此大中型電動(dòng)機(jī)一般不應(yīng)采用此種起動(dòng)方法。

2硬降壓起動(dòng)

2.1 Y-Δ降壓起動(dòng)

Y-Δ降壓起動(dòng)是起動(dòng)時(shí)定子繞組星形連接，起動(dòng)完成后三角形連接，與其它減壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，控制較為簡(jiǎn)便，價(jià)格也便宜，成本較低。并且可以讓電動(dòng)機(jī)在當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)運(yùn)行在星形接法下，此時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，能使電動(dòng)機(jī)的效率有所提高，在一定程度上達(dá)到了節(jié)能效果.因此其在目前的實(shí)際運(yùn)用中還占有很大的比重。Y-Δ降壓起動(dòng)起動(dòng)電流雖然只有原來(lái)按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的三分之一，然而其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為原來(lái)按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的三分之一，因此只適用于空載或者輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，又因其采用分立電氣元件組裝，控制線路接點(diǎn)較多，而且大功率電機(jī)Y-Δ降壓起動(dòng)必須采取抑制二次沖擊電流的技術(shù)措施，在其運(yùn)行中，特別是在工況環(huán)境惡劣(如粉塵，潮濕)的地方故障率相對(duì)較高，但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜，在一般電網(wǎng)容量足夠且負(fù)載對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。

2.2自耦變壓器降壓起動(dòng)

自耦變壓器降壓起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)利用自耦變壓器來(lái)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的起動(dòng)電壓。待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再由接觸器使電動(dòng)機(jī)與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運(yùn)行。采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，電壓調(diào)整范圍較寬，相對(duì)于Y-Δ降壓起動(dòng)而言起動(dòng)較為平滑.并且可以通過(guò)自耦變壓器不同的抽頭切換來(lái)達(dá)到增大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)不同負(fù)載起動(dòng)的需要.但是因?yàn)樽择钭儔浩黧w積較大，且因自身有發(fā)熱限制不允許頻繁起動(dòng)，又因其同Y-Δ降壓起動(dòng)一樣，采用大量分立電氣元件組裝，故障率較高，從而限制了它的廣泛使用。因此其主要運(yùn)用于有較大的安裝場(chǎng)地，且負(fù)載對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有一定要求的場(chǎng)合。

2.3軟起動(dòng)器起動(dòng)

軟起動(dòng)器實(shí)際上就是一個(gè)可控硅調(diào)壓器，通過(guò)控制串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的雙向可控硅的導(dǎo)通角，從而使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)曲線逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，達(dá)到全電壓運(yùn)行。嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)，軟起動(dòng)器起動(dòng)仍然屬于降壓起動(dòng)范疇，但它可以引入電流閉環(huán)控制，精確的控制電動(dòng)機(jī)電壓使其在起動(dòng)過(guò)程中逐漸升高，而使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)，這就意味著電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)起動(dòng)，減少對(duì)機(jī)械和電網(wǎng)的沖擊.在得到停機(jī)指令后，可以控制可控硅有一個(gè)從全導(dǎo)通逐漸地減小導(dǎo)通角，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間過(guò)渡到全關(guān)閉導(dǎo)通角的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)軟停車。并且和Y-Δ降壓起動(dòng)類似，軟起動(dòng)器也能實(shí)現(xiàn)在輕載時(shí)，通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)電壓，提高功率因數(shù)，減少電動(dòng)機(jī)的銅鐵耗，達(dá)到節(jié)能的目的。電子式的軟起動(dòng)器其保護(hù)功能也比傳統(tǒng)硬啟方式的保護(hù)功能好很多，可以很方便的實(shí)現(xiàn)諸如缺相、過(guò)電流和超溫保護(hù)，以及正常運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)滿電壓和某些安全和故障指示等功能，象斜坡電壓和初始電壓，電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)等所有設(shè)定值也都可以很方便地在面板上設(shè)定。而且作為電子元件，軟起動(dòng)器因?yàn)闆](méi)有太多的機(jī)械部件而對(duì)使用環(huán)境的要求降低很多。然而既然屬于同降壓起動(dòng)，軟起動(dòng)器也不可避免的繼承了其它降壓起動(dòng)方式的主要缺點(diǎn):電動(dòng)機(jī)不能從一開始就達(dá)到最大扭矩。因此，軟起動(dòng)器一般適用于空載或輕載起動(dòng)，需要平滑無(wú)沖擊的軟起動(dòng)與軟停車以及自動(dòng)化控制要求較高的場(chǎng)合。

2.4變頻器起動(dòng)

變頻器是現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域技術(shù)含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機(jī)控制裝置，目前主要使用的變頻器一般分直流回路由電容濾波的電壓型與直流回路由電感濾波的電流型兩種，它們都是是通過(guò)AC-DC-AC的內(nèi)部變換，將工頻電源變換頻率輸出給電動(dòng)機(jī)，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由電流和磁通相互作用的，電流是不允許超過(guò)額定值的，否則電動(dòng)機(jī)將會(huì)過(guò)熱，如果磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)減小，這將導(dǎo)致負(fù)載能力降低，因此在變頻調(diào)速時(shí)，改變頻率的同時(shí)也要控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出保持一定。使電機(jī)以較小的起動(dòng)電流，獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩.而電壓和頻率之間的比例關(guān)系稱之為V/f模式。由于涉及到交直流濾波變換，因此變頻器對(duì)同一電網(wǎng)上的其它設(shè)備和附近的儀器儀表會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，這就需要做好變頻器及其輸入輸出纜線的屏蔽工作。作為起動(dòng)方面的運(yùn)用，變頻器不但擁有軟起動(dòng)器的全部功能，還擁有許多其所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如變頻器的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以重載起動(dòng)而不會(huì)有沖擊電流，節(jié)能優(yōu)勢(shì)更加明顯等等。當(dāng)然，變頻器單作為大中型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)應(yīng)用，其缺點(diǎn)也是顯而易見的，那就是它的價(jià)格太高，雖然從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看隨著電子工業(yè)的發(fā)達(dá)和國(guó)產(chǎn)化率的提高，變頻器肯定會(huì)取代軟起動(dòng)器，但就目前而言，變頻器變頻起動(dòng)還是主要應(yīng)用于需要重載起動(dòng)或其它對(duì)價(jià)格成本不太敏感的場(chǎng)合。

綜上所述，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合和使用要求，從節(jié)能減排出發(fā)，站在合理降低生產(chǎn)成本的角度，在既保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，又能有效地降低維護(hù)工作量的基礎(chǔ)上，科學(xué)理智地選擇大中型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式。

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