三相異步電動機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的啟動分析

殷長城，崔淑玲

1.約翰迪爾（哈爾濱）農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，黑龍江哈爾濱 150036

2.哈爾濱中北安裝工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150036

三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的傳統(tǒng)啟動方式直接啟動就是把電機(jī)的定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上，是三相異步電動機(jī)啟動中應(yīng)用最多的一種，也是啟動方式中最簡單、直接的一種，一般7.5kW以下電機(jī)允許直接啟動，對小電機(jī)來說直接啟動占有絕對優(yōu)勢。然而對較大功率的電機(jī)，如果直接啟動會造成電網(wǎng)供電的較大壓降，從而影響電網(wǎng)中其它設(shè)備的正常運(yùn)行。對于經(jīng)常啟動的較大電機(jī)，過大的啟動電流會造成電機(jī)發(fā)熱，影響電機(jī)壽命，同時電機(jī)繞組在電動力的作用下會發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電機(jī)。在直接啟動方式下，啟動電流約為標(biāo)稱電流的5倍～8倍，啟動轉(zhuǎn)矩約為標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的1.5倍～2.0倍。三相異步電動機(jī)的啟動方式有自耦變壓器降壓啟動、星三角降壓啟動、延邊三角形降壓啟動、軟啟動器啟動、變頻啟動等，而對繞線式交流電動機(jī)，常采用轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動，由于串變阻會產(chǎn)生電能損耗，另外串聯(lián)電阻也容易產(chǎn)生故障降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性這種啟動方式一般只用于空載及輕載啟動。

在自耦變壓器降壓啟動的控制線路中，限制電動機(jī)啟動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實(shí)現(xiàn)的。自耦變壓器的初級和電源相接，自耦變壓器的次級與電動機(jī)相聯(lián)。自耦變壓器的次級一般有3個抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時，可根據(jù)啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動機(jī)啟動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓，一旦啟動完畢，自耦變壓器將被切除，電動機(jī)直接接到電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機(jī)進(jìn)入全壓運(yùn)行。通常稱這種自耦變壓器為啟動補(bǔ)償器。但是自耦變壓器體積大，價格高，也不能拖動重負(fù)載啟動。

星三角降壓啟動。這一線路的設(shè)計思想仍是按時間原則控制啟動過程。所不同的是，在啟動時將電動機(jī)定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓（220V），減小了啟動電流對電網(wǎng)的影響。而在其啟動后期則按預(yù)先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓（380V），電動機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。凡是正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機(jī)，均可采用這種線路。

延邊三角形啟動是在星三角啟動方法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一種新的啟動方法。它是利用電機(jī)引出的九個出線端(即每相定子繞組多引出一個線端)的特定接法，達(dá)到降壓啟動的目的。電機(jī)啟動時，定子繞組作延邊星形連接，待轉(zhuǎn)速增加到接近額定轉(zhuǎn)速時，再換接為三角連接，電機(jī)就進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于采用延邊三角形降壓啟動的三相交流鼠籠式異步電動機(jī)的三相定了繞組比一般的多了三個中間抽頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電動機(jī)須專門生產(chǎn)，從而限制了此方法的實(shí)際應(yīng)用。

軟啟動器（國外稱為Soft Starter）是一種新穎電機(jī)控制裝置，其集電機(jī)軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機(jī)時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

電子軟啟動器相對于傳統(tǒng)的啟動方式，其突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：軟啟動器是無級調(diào)節(jié)的，能夠連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電機(jī)的啟動，而傳統(tǒng)啟動的調(diào)節(jié)是分檔的，即屬于有級調(diào)節(jié)范圍；軟啟動器在啟動電機(jī)時，是通過逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)啟動電流限制在設(shè)定值以內(nèi)，因而沖擊電流小，也可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升，保護(hù)傳動機(jī)械、設(shè)備和人員。軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在啟動過程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)啟動；根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級調(diào)整至最佳的啟動電流，節(jié)省電能。另外軟啟動器具有較好的保護(hù)功能：

1）過載保護(hù)功能：軟啟動器引進(jìn)了電流控制環(huán)，電機(jī)電流的變化狀況可隨時跟蹤檢測。通過反時限控制和增加過載電流的設(shè)定來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)功能，使電機(jī)過載時，發(fā)出報警信號并自動關(guān)斷晶閘管；2）缺相保護(hù)功能：工作時，三相線電流的變化可通過軟啟動器隨時檢測到，斷流一旦發(fā)生，便會立刻作出缺相保護(hù)反應(yīng)；3）過熱保護(hù)功能：晶閘管散熱器的溫度由軟啟動器內(nèi)部熱繼電器檢測，散熱器溫度一旦超過允許值后晶閘管會自動關(guān)斷，報警信號也一并發(fā)出；4）其它功能：通過電子電路的組合還可實(shí)現(xiàn)種種聯(lián)鎖保護(hù)功能。

與變頻啟動方式比較軟啟動是使用降低輸入電流的辦法，使電機(jī)緩慢克服電機(jī)靜態(tài)力矩，進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速。變頻器啟動是利用變頻器內(nèi)部的微處理器改變輸出電壓和頻率，由低頻低電壓逐步上升達(dá)到額定頻率額定電壓，使電機(jī)進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速。軟啟動器每相都是單相可控硅的反并聯(lián)，降壓限流3倍～5倍的啟動電流，啟動方式可選，檢測保護(hù)也算完善，啟動完備要切換旁路接觸器；變頻器才是真正意義上的軟啟動器，變頻器的啟動也才是正真意義上的平滑，轉(zhuǎn)速由零到額定轉(zhuǎn)速是平滑直線，保護(hù)監(jiān)測功能完美，調(diào)速方便！變頻器一般都是交直交為基本結(jié)構(gòu)。變頻器啟動電機(jī)可以在額定電流下啟動電機(jī)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，分檔使用和線性調(diào)速使用。變頻相比軟啟動更穩(wěn)定，對電機(jī)保護(hù)性更好，但成本不同。變頻器啟動方式主要缺點(diǎn)是對電網(wǎng)污染較大。

對于電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)的啟動方式，軟啟動與變頻器啟動已經(jīng)成為應(yīng)用的主要趨勢，但他們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇，主要從經(jīng)濟(jì)性和對電源質(zhì)量影響的要求方面進(jìn)行考慮，傳統(tǒng)方式的星三角等啟動方式在一些系統(tǒng)中也有應(yīng)用，設(shè)計及應(yīng)用中主要還是參考到經(jīng)濟(jì)性原則。

[1]胡泓，姚伯威.電機(jī)一體化原理及應(yīng)用[M].國防一出版社，1996.

[2]馬志源.電力拖動控制系統(tǒng)[M].科學(xué)出版社，2005.

[3]張大可，盧蕉人.現(xiàn)代電子電工手冊[M].福建科學(xué)技術(shù)出版社，1999.