三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李祥陽(yáng)，陳萬(wàn)強(qiáng)，曹海泉，郭文君

（西安航空學(xué)院軍工裝備研究所， 陜西 西安 710077）

電動(dòng)機(jī)是各種機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源，用途眾多，應(yīng)用廣泛。其中，三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、過(guò)載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[1,2]。但是，三相交流異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流非常大，通常為額定電流的4～7倍，并且由于電動(dòng)機(jī)為感性負(fù)載，造成其功率因數(shù)很低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很低。由此會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流在線路上產(chǎn)生巨大的電壓降，嚴(yán)重影響同一線路上其它電機(jī)的正常工作，有時(shí)還可能出現(xiàn)因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小而不能啟動(dòng)的現(xiàn)象。在這種情況下，對(duì)于經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī),會(huì)加快繞組絕緣老化，進(jìn)而縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命[3,4]。

1 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的現(xiàn)狀

1.1 直接全壓?jiǎn)?dòng)

正文三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)最大的好處就是可以獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍，但有一個(gè)條件，線路壓降不能太大，否則電機(jī)反而有可能起動(dòng)不起來(lái)。《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》要求：電機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，配電母線上的電壓不低于額定電壓的90%，頻繁起動(dòng)時(shí)不低于85%。這實(shí)際上對(duì)采用直接起動(dòng)的電機(jī)的功率大小做了間接要求。一般情況下，小功率的電機(jī)才考慮采用直接起動(dòng)方式[4]。直接全壓?jiǎn)?dòng)的特點(diǎn)如下：

①啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍；

②由于突然啟動(dòng)，產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，有可能對(duì)設(shè)備造成損壞；

③啟動(dòng)電流較大，為額定電流的5～8倍，會(huì)產(chǎn)生非常大的涌浪沖擊；

④成本低、經(jīng)濟(jì)。

1.2 星—三角降壓起動(dòng)

正文星—三角降壓起動(dòng)是常用的一種降壓起動(dòng)方式，這種方式造價(jià)相對(duì)低廉，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。因?yàn)樾牵瞧饎?dòng)時(shí)，電機(jī)繞組承受的電壓為相電壓Up，相電壓Up為線電壓Ul的1/3。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，所以，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)時(shí)的1/3，即：Ty= T/3，一般情況下Ty約為額定轉(zhuǎn)矩Tn的1/2[5-7]。星—三角起動(dòng)的特點(diǎn)如下：

①啟動(dòng)電流小，通常為額定電流的1.8～2.6倍；

②星—三角啟動(dòng)切換瞬間通常會(huì)產(chǎn)生很大的二次沖擊電流；

③啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，通常為額定轉(zhuǎn)矩的0.55倍左右；

④星－三角切換過(guò)程中易產(chǎn)生弧光，容易導(dǎo)致短路現(xiàn)象。

1.3 自藕變壓器啟動(dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)時(shí),與直接啟動(dòng)相比較,啟動(dòng)電壓降低得很多(為額定電壓的1/4～1/7),而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低得更多,但自耦變壓器不允許頻繁啟動(dòng)[8]。自耦變壓器啟動(dòng)特點(diǎn)為：

①啟動(dòng)電流比較小，一般為額定電流的2～4倍；

②啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很小，為額定轉(zhuǎn)矩的0.35～0.9倍；

③設(shè)備笨重復(fù)雜，維護(hù)困難；

④能夠?qū)崿F(xiàn)有級(jí)調(diào)速，常用于風(fēng)機(jī)三檔或多檔調(diào)速的場(chǎng)合。

1.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)

相對(duì)于傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式，軟起啟器的優(yōu)點(diǎn)尤為突出：操作方便、可反饋閉環(huán)控制、平滑性好。它的主電路一般采用三相六個(gè)晶閘管無(wú)中線交流調(diào)壓電路，采用移相控制原理，利用微處理器改變晶閘管的導(dǎo)通角，使輸出電壓按照預(yù)先設(shè)計(jì)的曲線上升，從而減小啟動(dòng)電流值，同時(shí)獲得良好的起動(dòng)性能。軟啟動(dòng)器已經(jīng)完全脫離了傳統(tǒng)繼電接觸器控制的范疇，邁向了數(shù)字化、多功能的發(fā)展方向。其地位、功能特性和作用是直接啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)或自藕變壓器啟動(dòng)等常規(guī)的繼電接觸器啟動(dòng)模式所無(wú)法替代的。在運(yùn)行過(guò)程中，軟啟動(dòng)可以提供各種保護(hù)，如熱保護(hù)、欠載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、相序保護(hù)和缺相保護(hù)等[9,10]。

1.5 變頻器啟動(dòng)

變頻器種類(lèi)眾，功能各不相同。不僅有通用變頻器，還有為特定部門(mén)專(zhuān)門(mén)研發(fā)的變頻器。最典型一種變頻器是脈寬調(diào)制變頻器（即PWM變頻器），它采用的是晶閘管變流技術(shù)[11,12]。其最主要的特點(diǎn)：①具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能；②良好的控制特性，應(yīng)用變頻器不僅可以節(jié)約大量電能。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇

總體而言，對(duì)于小功率電動(dòng)機(jī)（電機(jī)容量≤11 kW）的啟動(dòng)，可以選用直接啟動(dòng)；當(dāng)電機(jī)的容量相對(duì)較大時(shí), 從安全運(yùn)行角度以及節(jié)能角度考慮，可以考慮星—三角降壓起動(dòng)與自藕變壓器啟動(dòng)。這樣，既可以降低生產(chǎn)成本，又可以減少維護(hù)費(fèi)用。

變頻器不僅能具有有良好的起動(dòng)特性，而且還能調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但其價(jià)格也往往是相同功率軟啟動(dòng)器的好幾倍，甚至上十倍。選用變頻器最重要的依據(jù)就是控制對(duì)象需要調(diào)速，比如電梯。一般情況下，由于成本原因不可能單單為了獲得良好的起動(dòng)性能而選用變頻器。即便是調(diào)速，也需要對(duì)控制系統(tǒng)做全面的分析，對(duì)于不需要的調(diào)速的電機(jī)，采用軟啟動(dòng)器，這樣可以最大限度地節(jié)省投資，同時(shí)保證系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

3 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式發(fā)展趨勢(shì)

縱觀現(xiàn)有的三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，軟啟動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)比較明顯。但僅僅就三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的啟動(dòng)性能而言，變頻器的啟動(dòng)性能最好。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，由于變頻器的成本較高，三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式還是沿用傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式。可以預(yù)言，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，必然促使變頻器的制造成本降低，那么，三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)就會(huì)由變頻器來(lái)替代。

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