電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的分析和比較

王海霞

（江西氣體壓縮機(jī)有限公司，江西贛州 341000）

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的分析和比較

王海霞

（江西氣體壓縮機(jī)有限公司，江西贛州 341000）

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)不僅需要具備較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，還要求啟動(dòng)電流小、操作簡(jiǎn)單、功率損耗小，通過(guò)對(duì)幾種電機(jī)的啟動(dòng)方法進(jìn)行比較，分析不同啟動(dòng)方法的工作原理和它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及使用不同啟動(dòng)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)系統(tǒng)其他設(shè)備產(chǎn)生的影響。

電動(dòng)機(jī)；全壓?jiǎn)?dòng)；降壓?jiǎn)?dòng)；軟啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)從連接電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行正常的過(guò)程即為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)按照其啟動(dòng)和運(yùn)行的方式劃分主要包括電容啟動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電機(jī)、電容啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)[1]。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)若電流過(guò)大會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備以及電動(dòng)機(jī)本身有較大影響，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法對(duì)電網(wǎng)電流有著直接影響，需要選擇合適的啟動(dòng)方法，保障電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)其他設(shè)備的運(yùn)行安全。

1 電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)

全壓?jiǎn)?dòng)是指將電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)，將電動(dòng)機(jī)的功率直接開(kāi)啟為最大進(jìn)行啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方式對(duì)企業(yè)自身的電能來(lái)源和系統(tǒng)承受電能波動(dòng)的要求較高。電動(dòng)機(jī)以直接全壓的方式啟動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生較大的電壓，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度大，當(dāng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的電壓變化比值10%時(shí)，對(duì)系統(tǒng)上的電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。在電網(wǎng)上產(chǎn)生的諧波電流不僅會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，還可能造成電網(wǎng)系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)、干擾通信信息等。再者，電動(dòng)機(jī)直接全壓?jiǎn)?dòng)往往會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓，使變壓器等電子設(shè)備絕緣破壞，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行存在較大威脅。當(dāng)然，全壓?jiǎn)?dòng)也有著一定的優(yōu)勢(shì)，例如其操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，設(shè)備投資費(fèi)用低，設(shè)備故障率低等。

2 電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)

當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中電源容量較小，無(wú)法滿足電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，需要減小電流，降低電壓進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)采取一定的措施和設(shè)備，降低電網(wǎng)中的電流和電壓，促使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變小。

（1）定子回路串電阻降壓?jiǎn)?dòng)

在定子回路中串連合適的電阻，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)連上電阻，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后系統(tǒng)自動(dòng)斷開(kāi)電阻，即定子回路串電阻降壓?jiǎn)?dòng)法。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電壓較大，串入一定的電阻，能將電流降低到系統(tǒng)承受范圍內(nèi)，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，隨著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定，電壓隨之穩(wěn)定，斷開(kāi)電阻，減少電能消耗[2]。

使用定子回路串電阻降壓法啟動(dòng)的特點(diǎn)是啟動(dòng)電流較大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，能適用于較小的異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不僅啟動(dòng)平穩(wěn)，有利于保障電網(wǎng)及設(shè)備安全，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作比較方便。但是由于啟動(dòng)電阻的存在，將使設(shè)備體積增大，會(huì)消耗一定的電能，若電阻較大則會(huì)產(chǎn)生更大的電能消耗，目前已較少采用。

（2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

在電路中安裝自耦變壓器，通過(guò)變壓器對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般在變壓器的高壓側(cè)連接電源，在低壓側(cè)連接電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)變壓器將電源端的電壓降低，使電流通過(guò)變壓器后降低，保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電流較低，同時(shí)減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)也稱為補(bǔ)償啟動(dòng)，通常在變壓器中存在兩三個(gè)抽頭，能夠根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的容量、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流、電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需要來(lái)選擇。

使用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方式較定子回路串電阻降壓?jiǎn)?dòng)方式啟動(dòng)電流更小，當(dāng)阻力矩較大時(shí)選擇自耦變壓器啟動(dòng)更加合適，自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組抽頭在80%處時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接啟動(dòng)時(shí)的64%，且適用于不同負(fù)載降壓?jiǎn)?dòng)。但是自耦變壓器也存在自身的缺陷，如電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)變壓器的抽頭和開(kāi)關(guān)切換時(shí)容易出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)短時(shí)斷電，造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩突變；使用自耦變壓器也會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生危害。另外自耦變壓器的體積大，占地面積大，價(jià)格高，操作復(fù)雜，維護(hù)工作量大，且不能頻繁啟動(dòng)。需要根據(jù)實(shí)際需要選擇，目前這種降壓?jiǎn)?dòng)方式采用較廣。

（3）Y—△降壓?jiǎn)?dòng)

Y—△降壓?jiǎn)?dòng)即星形—三角形降壓?jiǎn)?dòng)，也稱為星—三角啟動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將電動(dòng)機(jī)定子繞組連接成星形，則啟動(dòng)時(shí)其定子繞組上所加的電壓僅為正常運(yùn)行的倍，降低了啟動(dòng)電壓；當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，再次通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將電動(dòng)機(jī)定子繞組連接成三角形，將線電流降低，故稱星形—三角形降壓?jiǎn)?dòng)，使用這種啟動(dòng)方法能將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流控制在未使用前的1/3，進(jìn)而也降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

Y—△降壓?jiǎn)?dòng)方式無(wú)需專門啟動(dòng)設(shè)備，不僅能有效降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電壓和電流，而且體積精小，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，操作維修難度系數(shù)低，可以較頻繁的啟動(dòng)。但是這種降壓?jiǎn)?dòng)方式只能將啟動(dòng)電壓固定地降低為額定電壓的1/3倍、啟動(dòng)電流固定地降低為全壓?jiǎn)?dòng)電流的1/3倍、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩固定地降低為全壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3倍。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低的幅度太大，較適用于空載啟動(dòng)或者輕載啟動(dòng)。

（4）延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)

延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)方式是在Y—△降壓?jiǎn)?dòng)方法的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，相對(duì)Y—△降壓裝置，延邊三角形降壓方法要求在電動(dòng)機(jī)的每相繞組上增加一個(gè)抽頭，在三相繞組中最終存在9個(gè)出線端。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組的一部分連接成為三角形，三相繞組形成延邊三角形；當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，調(diào)動(dòng)抽頭的位置，使三相繞組連接為三角形，中間部分的抽頭空閑，不投入使用，從而變更繞組的Y和△部分的匝數(shù)，達(dá)到改變電壓和電流大小的目的。

延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)方法具有自耦變壓器及星三角啟動(dòng)方式兩者的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。即相對(duì)Y—△降壓?jiǎn)?dòng)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的降低程度較小，它能夠滿足重載啟動(dòng)。另外延邊三角降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，能夠有效節(jié)省材料，有效降低啟動(dòng)電壓和電流，并能夠經(jīng)常啟動(dòng)。但是，延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)方法適用于定子繞組為三角形接線且有9個(gè)出線頭的電動(dòng)機(jī)，需要在電動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜的接線，不便于安裝。

3 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)之間串接軟啟動(dòng)器，軟啟動(dòng)器控制自身內(nèi)部的晶閘管導(dǎo)通角，從而對(duì)電壓和電流進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器控制晶閘管導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)的輸入電壓從零逐步增加，適應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的變動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的逐步增加速度，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)提供全電壓。

（1）中壓變頻器

使用中壓變頻器作為軟啟動(dòng)裝置能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需要，對(duì)電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅啟動(dòng)性能好，而且很少出現(xiàn)操作過(guò)電壓。但是目前使用范圍狹窄，一方面由于中壓變頻器的價(jià)格較高，投入成本較大，另一方面當(dāng)前中壓變頻器的技術(shù)尚不成熟，維修難度大，技術(shù)要求高[3]。

（2）可控硅串聯(lián)技術(shù)

使用可控硅進(jìn)行串聯(lián)作為軟啟動(dòng)裝置，能有效防止過(guò)電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓可以從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)動(dòng)，保證啟動(dòng)電壓符合電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的要求，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)的速度協(xié)調(diào)。但是這種裝置對(duì)元件的性能要求較高，在使用過(guò)程中元件會(huì)出現(xiàn)性能減退現(xiàn)象，得不到及時(shí)維護(hù)時(shí)甚至造成元件損壞，影響裝置的運(yùn)行，降低裝置的可靠性。另外，元件的價(jià)格較高，損壞后的元件極難修復(fù)，只能進(jìn)行更換，產(chǎn)生更高的費(fèi)用，因此可控硅串聯(lián)技術(shù)作為軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用目前比較局限。

（3）水電阻和液變電阻

使用水電阻作為軟啟動(dòng)裝置，主要依靠移動(dòng)極板和大電流使極板表面的水汽化，從而形成較大的電阻，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的目的。使用液變電阻作為軟啟動(dòng)裝置則是主要是摻入一定的雜質(zhì)增大電阻，或變更極板的大小，或啟動(dòng)時(shí)的大電流促使極板附近的水汽化，從而產(chǎn)生較大的電阻，調(diào)節(jié)電流。使用水電阻或液變電阻作為軟啟動(dòng)裝置，需要將這些電阻串接在定子回路中，與降壓?jiǎn)?dòng)方式中的定子回路串入電阻方法類似。這兩種裝置雖然能夠有效控制啟動(dòng)電壓和電流，但是對(duì)環(huán)境溫度較為敏感，容易受外界環(huán)境的影響，尤其表現(xiàn)在水的汽化對(duì)電阻產(chǎn)生的影響，造成電壓電流控制精確度低[4]。另外使用這兩種裝置消耗的電能較大，且水溫上升快，連續(xù)啟動(dòng)有限。

（4）開(kāi)關(guān)變壓器

采用開(kāi)關(guān)變壓器式中壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置，主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器對(duì)高壓和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需要的低壓進(jìn)行隔離，變壓器的低壓繞組與可控硅相連，受控制系統(tǒng)控制，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)改變變壓器低壓繞組上電壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓繞組電壓的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸入電壓的控制，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。開(kāi)關(guān)變壓器在使用中工作狀態(tài)單一，損耗少，可靠性高，另外可控硅控制技術(shù)比較成熟，有利于開(kāi)關(guān)變壓器投入使用，但是其技術(shù)要求較高。

由于啟動(dòng)器采用電子式電路，可以相對(duì)比較容易地通過(guò)安全和事故指示燈增強(qiáng)其基本功能，改善電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，簡(jiǎn)化故障查找，如失相、過(guò)電流和超高溫保護(hù)，以及正常運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)滿電壓和某些故障指示。像斜坡電壓和初始電壓等所有設(shè)定值都可以很容易地在啟動(dòng)器面板上設(shè)定。

另外，軟啟動(dòng)器除了完全能夠滿足電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)這一基本要求外，還具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可靠性高、維護(hù)量小、電動(dòng)機(jī)保護(hù)良好以及參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用16位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型動(dòng)力設(shè)備應(yīng)用的急劇增加，電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。在對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的綜合指標(biāo)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，認(rèn)為開(kāi)關(guān)變壓器技術(shù)應(yīng)用于中壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)是目前啟動(dòng)方法中的首選方法。另外在工程應(yīng)用中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)不能滿足要求時(shí)，首先應(yīng)考慮的是電子軟啟動(dòng)器。

［1］穆素祥.異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法分析［J］.山西煤炭，2011（31）：50-52.

［2］吳錦洪.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法探究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2010（14）：60-62.

［3］馮權(quán).中壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法對(duì)比與分析［J］.科海故事博覽·科技探索，2012（11）：164-165.

［4］裴文彬.淺談三相籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的選用［J］.科學(xué)大眾：科學(xué)教育，2012（06）：125.

Analysis and Comparison of Motor Starting Method

WANG Hai-xia
（Jiangxi Gas Compressor Co.，Ltd.，Ganzhou 341000，China）

The motor starting not only needs larger starting torque，but also requires small starting current，simple operation，small power loss，the article compared several motor starting methods，analyzed the working principle of different starting methods and their advantages and shortcomings，and the affecting of different methods for starting motors to other equipment grid system.

motor；full pressure start；buck starts；soft start

TM32

A

1009－9492(2014)02－0032－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.009

王海霞，女，1979年生，山東紀(jì)臺(tái)鎮(zhèn)人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電氣工程及其自動(dòng)化。

(編輯：阮 毅)

2013－08－31