三相異步電動機在工業生產應用中的啟動分析

殷長城，崔淑玲

1.約翰迪爾（哈爾濱）農業機械有限公司，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

三相籠型轉子異步電動機的傳統啟動方式直接啟動就是把電機的定子繞組直接接到額定電壓的電網上，是三相異步電動機啟動中應用最多的一種，也是啟動方式中最簡單、直接的一種，一般7.5kW以下電機允許直接啟動，對小電機來說直接啟動占有絕對優勢。然而對較大功率的電機，如果直接啟動會造成電網供電的較大壓降，從而影響電網中其它設備的正常運行。對于經常啟動的較大電機，過大的啟動電流會造成電機發熱，影響電機壽命，同時電機繞組在電動力的作用下會發生變形，可能造成短路而燒壞電機。在直接啟動方式下，啟動電流約為標稱電流的5倍～8倍，啟動轉矩約為標稱轉矩的1.5倍～2.0倍。三相異步電動機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，常采用轉子串接頻敏變阻器啟動，由于串變阻會產生電能損耗，另外串聯電阻也容易產生故障降低系統的穩定性，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，限制電動機啟動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現的。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相聯。自耦變壓器的次級一般有3個抽頭，可得到3種數值不等的電壓。使用時，可根據啟動電流和啟動轉矩的要求靈活選擇。電動機啟動時，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，電動機直接接到電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機進入全壓運行。通常稱這種自耦變壓器為啟動補償器。但是自耦變壓器體積大，價格高，也不能拖動重負載啟動。

星三角降壓啟動。這一線路的設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的影響。而在其啟動后期則按預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），電動機進入正常運行。凡是正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機，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上加以改進的一種新的啟動方法。它是利用電機引出的九個出線端(即每相定子繞組多引出一個線端)的特定接法，達到降壓啟動的目的。電機啟動時，定子繞組作延邊星形連接，待轉速增加到接近額定轉速時，再換接為三角連接，電機就進入正常運轉狀態。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的三相定了繞組比一般的多了三個中間抽頭，結構復雜，電動機須專門生產，從而限制了此方法的實際應用。

軟啟動器（國外稱為Soft Starter）是一種新穎電機控制裝置，其集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體。軟啟器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。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時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，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，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。

電子軟啟動器相對于傳統的啟動方式，其突出的優點體現在：軟啟動器是無級調節的，能夠連續穩定調節電機的啟動，而傳統啟動的調節是分檔的，即屬于有級調節范圍；軟啟動器在啟動電機時，是通過逐漸增大晶閘管的導通角，使電機啟動電流限制在設定值以內，因而沖擊電流小，也可控制轉矩平滑上升，保護傳動機械、設備和人員。軟啟動器可以引入電流閉環控制，使電機在啟動過程中保持恒流，確保電機平穩啟動；根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的啟動電流，節省電能。另外軟啟動器具有較好的保護功能：

1）過載保護功能：軟啟動器引進了電流控制環，電機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定來實現過載保護功能，使電機過載時，發出報警信號并自動關斷晶閘管；2）缺相保護功能：工作時，三相線電流的變化可通過軟啟動器隨時檢測到，斷流一旦發生，便會立刻作出缺相保護反應；3）過熱保護功能：晶閘管散熱器的溫度由軟啟動器內部熱繼電器檢測，散熱器溫度一旦超過允許值后晶閘管會自動關斷，報警信號也一并發出；4）其它功能：通過電子電路的組合還可實現種種聯鎖保護功能。

與變頻啟動方式比較軟啟動是使用降低輸入電流的辦法，使電機緩慢克服電機靜態力矩，進入額定轉速。變頻器啟動是利用變頻器內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到額定頻率額定電壓，使電機進入額定轉速。軟啟動器每相都是單相可控硅的反并聯，降壓限流3倍～5倍的啟動電流，啟動方式可選，檢測保護也算完善，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，轉速由零到額定轉速是平滑直線，保護監測功能完美，調速方便！變頻器一般都是交直交為基本結構。變頻器啟動電機可以在額定電流下啟動電機，轉速平穩上升，分檔使用和線性調速使用。變頻相比軟啟動更穩定，對電機保護性更好，但成本不同。變頻器啟動方式主要缺點是對電網污染較大。

對于電力拖動系統中電動機的啟動方式，軟啟動與變頻器啟動已經成為應用的主要趨勢，但他們都有各自的優缺點，在實際應用中還要根據不同的應用場合選擇，主要從經濟性和對電源質量影響的要求方面進行考慮，傳統方式的星三角等啟動方式在一些系統中也有應用，設計及應用中主要還是參考到經濟性原則。

[1]胡泓，姚伯威.電機一體化原理及應用[M].國防一出版社，1996.

[2]馬志源.電力拖動控制系統[M].科學出版社，2005.

[3]張大可，盧蕉人.現代電子電工手冊[M].福建科學技術出版社，1999.