電機啟動的方式探究

李慶亮 王德卿

摘 要：為了控制異步電機平穩安全的啟動，本文中設計了一種軟啟動方法。結果顯示該方法只需較小的啟動電流便可以控制異步電機，并且電流也較為平順。

關鍵詞：異步電機 軟啟動 控制方法

隨著科學技術的不斷發展和生產力的不斷提高，電機的軟啟動已經取得了長足的進步，目前我國已能夠自我生產電機軟啟動裝置，并且隨著研究的不斷深入和技術的不斷革新，其價格越來越低，性能越來越優越。而隨著電機軟啟動的不斷推廣和普及，能夠明顯的降低啟動時對電機的損壞，同時節省了能源，降低了生產成本。相信隨著電機軟啟動器的不斷進步，生產會變得更加經濟、安全。

1.電機軟啟動原理

現有技術對于電機軟啟動的研究主要是控制三相交流異步電機的啟動，通過對三相交流異步電機的使用來實現電機的軟啟動，對電機的啟動和停止提供保護。這樣的技術被廣泛的應用在工業領域中，工業上用這種技術來取代傳統的Y/△啟動，取得了不錯的效果。 三相反并聯晶閘管（SCR）能夠調節軟啟動器的電壓，是軟啟動器的調壓器，當三相反并聯晶閘管接入電路之后，其在電源和電機定子之間起到了一個連接的作用，當點擊啟動時，晶閘管內部的電壓逐漸升高，這時的電機會在電壓的作用下緩慢的加速運行，當運行的速度達到所需速度時，晶閘管會實現全導通，在這時，點擊的電壓與額定電壓相同，這樣既能夠實現電機的軟啟動，又符合機器的機械性能，這樣的啟動讓整個過程能夠平穩運行。在這樣的情況下，電機在晶閘管的保護下正常運行，讓電機受到更小的沖擊和損耗，這樣就能夠顯著提高電機的使用壽命，讓電機保持良好的工作狀態。

2.控制系統設計

本文中的軟啟動控制系統包括定子側電流、電壓采樣環節，數據采集環節，功率因數角采樣環節，可控硅驅動電路以及核心控制芯片。 電流、電壓采樣環節主要的目的是對比相電壓和設定電壓，從而防止移相導致的晶閘管導通。這里采用鎖相環作為同步信號的采樣電路。控制芯片用來分析和處理定子側電流、電壓采樣環節，數據采集環節、功率因數角采樣環節和可控硅驅動的信號。數據處理環節為控制算法提供電流和電壓信號。它能提供異步電機啟動的相關信號。控制算法根據這些信號來控制電機啟動的速度。功率因數角采樣環節用來采樣功率因數角。功率因數角能告知控制系統何時應該導通或關斷。

3.異步電動機的軟啟動技術軟啟動

異步電機用處越來越廣泛，它消耗的電能約占整個供電量的60%-70%。但是，異步電機直接啟動時的電流脈沖是運行時電流的4-7倍，啟動轉矩脈沖是運行時的3倍或者更高。直接啟動電機會使配電系統極易波動。因此，需要采取一種軟啟動方式來控制啟動時的電流和轉矩，從而避免電流和轉矩脈沖的影響。

3.1 晶閘管交流調壓軟啟動

晶閘管交流調壓軟啟動主要是通過改變晶閘管的連接方式，將傳統的連接方式變成連接到三項繞組上，這樣就實現了用并聯的方式給晶閘管供電。晶閘管軟啟動器具有很強的可調節性，因此用戶們可以根據自己不同的需要對電機進行適當的調整，通過相應的改變讓電機的啟動方式更適合自身的需要。

3.2 三相交流調壓軟啟動器的調節原理

三相交流調壓軟啟動器充分的利用了交流電壓的特性曲線，通過交流電壓的特點來對電機進行啟動，像這樣利用交流電壓特性曲線對電機實現軟啟動的思路是電機軟啟動器的主要思路。其主要利用電機內部三對晶閘管對電機進行串聯，并通過對觸發脈沖、觸發角的大小的控制實現對開通時間的改變。在這樣的情況下，電動機輸入端就能夠保持足夠的電壓來控制電動機的啟動。而當電機啟動之后，電壓就會變為額定電壓，這時三項旁路接觸器就會合在一起，電機就能夠實現并網運行。

3.3晶閘管導通規律

當異步電機直接啟動時會產生很大的浪涌電流，而這種電流對電網質量和電機壽命來說都是有害的。軟啟動的作用正是減小這種有害電流。本文中采用三對反向并聯的可控硅晶閘管，每對晶閘管串聯在各相中。導通角α用來控制晶閘管的導通或關斷。為了緩慢增加電機的電壓，需要降低晶閘管的導通頻率。同時，當電壓達到一定比例，電流在延續周期截止。在軟啟動過程中，在三相電路中至少有一個正向晶閘管和反向晶閘管同時導通。正向晶閘管導通信號的相位移為2π/3，反向晶閘管導通信號的相位移也為2π/3。但是，在同一相電路中，反向并聯的兩個晶閘管的導通信號相位移為π。

4.軟啟動相對于傳統啟動的優點

“軟啟動”不僅能夠大幅度減輕傳動系統本身所受到的啟動沖擊，延長關鍵零部件的使用壽命，同時還能大大縮短電動機啟動電流的沖擊時間，減小對電動機的熱沖擊負荷及對電網的影響，從而節約電能并延長電動機的工作壽命。此外，通過使用“軟啟動”技術，在電動機的選型上將可以選用容量較小的電動機，因而也能夠減少不必要的設備投資。星三角啟動是依靠改變電機繞組的接線，從而改變電機啟動時的電壓，啟動時的電壓被降低，使啟動電流變小，啟動時對母線的沖擊減小，達到電機啟動時母線電壓的壓降在允許的范圍內（要求母線壓降不超過額定電壓的10%），自耦減壓啟動也是可以使電機啟動時的電流減小，是通過自耦變壓器電壓抽頭的改變而使電機啟動時得到的電壓降低，從而電流減小，減小對母線的沖擊。比如在4組36千瓦的啟動對于電網的要求。36千瓦的電機正常工作電流70A左右，直接啟動的電流是正常電流的5倍左右，也就是四組36千瓦的電機同時啟動需要的電流是1400A；星三角啟動對于電網的要求是正常電流的2-3倍，對電網電流的要求是560-840A，但是啟動之時對于電壓會產生比較大的影響，相當于正常電壓的3倍左右；而軟啟動對于電網的要求同樣是正常電流的2-3倍，也就是560-840A，不過軟啟動對于電壓的沖擊在10%左右，基本不會產生大的影響。

5.結束語

電機在工作時需要大量的電能，一般電機在啟動時需要的電流比額定電流要大的多，為額定電流的6倍左右。在這樣的電流下，電機會受到比正常工作時更大的沖擊，這樣的沖擊會增加電機的損耗，減少電機的壽命，甚至當電流過大時會對機器內部的其他零件造成破壞。在這樣的情形下，人們開始重視對電機軟啟動的研究，希望能夠通過相關技術讓電機能夠順利平緩的啟動。

參考文獻：

[1]王繼輝.交流電動機軟啟動技術的研究[J].黑龍江科技信息，2012

[2]孟凡河.軟啟動在高壓電機中的應用[J].硅谷，2012