三相異步電動機軟啟動技術

楊勇

摘 要：文章在對三相異步電動機傳統啟動方式的啟動原理及啟動特性進行了分析的基礎上，對三相異步電動機軟啟動原理及輸出特性做了闡述，說明了軟啟動技術的的優越性和實用性。

關鍵詞：三相異步電動機；軟啟動；晶閘管

1 概述

電動機作為重要的動力裝置，已被廣泛用于工業、農業、交通運輸、國防軍事設施以及日常生活中。直流電動機其調速在過去一直占統治地位，但由于本身結構原因，例如，換向器的機械強度不高，電刷易于磨損等，遠遠不能適應現代生產向高速大容量化發展的要求。而交流電動機，特別是三相鼠籠式異步電動機，由于其結構簡單、制造方便、價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，運行可靠等優勢，在工業生產中得到了極廣泛的應用，也正在發揮著越來越重要的作用。

交流電動機和直流電動機相比存在許多優點，但當異步電機在起動過程中又有許多弊病。所謂起動過程是在交流傳動系統中，當異步電動機投入電網時，其轉速由零開始上升，轉速升到穩定轉速的全過程。如不采用任何起動裝置的情況下，直接加額定電壓到定子繞組起動電動機時，電機的起動電流可達額定電流的4～8倍，其轉速也在很短時間內由零上升到額定轉速。同時三相異步電動機起動時的轉矩沖擊較大，一般可達額定轉矩的兩倍以上。起動時過高的電流一方面會造成嚴重的電網沖擊，給電網造成過大的電壓降落，降低電網電能質量并影響其他設備的正常運行。而過大的轉矩沖擊又將造成機械應力沖擊，影響電動機本身及其拖動設備的使用壽命。因此，通常總是力求在較小的起動起動電流下得到足夠大的起動轉矩，為此就要選擇合適的起動方法。隨著電力技術（尤其是集成電路、微處理器以及新一代電力電子器件）的不斷發展，異步電動機起動過程中的起動電流過高，起動轉矩過小等問題得到了很好的解決。從20世紀70年代開始推廣利用晶閘管交流調壓技術制作的軟起動器，以及采用微控制器代替模擬控制電路，發展成為現代的電子軟起動器。

2 三相異步電動機傳統啟動方式

對三相鼠籠式異步電動機的起動電流的限制，通常有定子串接電抗器起動、Y-△起動、自藕變壓器將壓起動。而對繞線式交流電動機，常采用轉子串接頻敏變阻器起動、轉子串電阻分級起動。

2.1 鼠籠式轉子三相異步電動機啟動方式

鼠籠式轉子是在三相異步電動機轉子槽中安放銅條，兩側分別用銅環將銅條端部短路；或者由鑄鋁一次澆筑而成鼠籠狀結構，故稱鼠籠式轉子。由于鼠籠式轉子結構無法形成開路狀態，所以在轉子回路中無法串入電阻，只能從定子回路入手采取措施改善電動機的啟動性能。

2.1.1 定子回路串電阻或電抗器啟動

在電動機定子回路中串入電阻或電抗器，分擔部分電壓，降低電動機定子繞組兩端電壓，從而降低電動機的啟動電流。

2.1.2 星——角啟動

適用于定子繞組三角接法電動機，啟動時將定子繞組星接，啟動完畢改為角接。該方法使電動機啟動過程中電動機定子繞組兩端電壓降低為額定運行時電壓的1/■，從而降低電動機的啟動電流。

2.1.3 自耦變壓器降壓啟動

自耦變壓器實為降壓變壓器，將自耦變壓器一次繞組接電源，二次繞組接電動機定子繞組兩端，降低電動機定子繞組兩端電壓，從而降低電動機的啟動電流。

2.1.4 鼠籠式轉子三相異步電動機啟動方式下電動機輸出轉矩

以上所述傳統的鼠籠式轉子三相異步電動機啟動方式均屬于降壓啟動范疇，即通過降低電動機定子繞組兩端電壓來達到降低啟動電流的目的。由于三相異步電動機電磁轉矩與電動機定子繞組兩端電壓的平方成正比例關系，上述方法在達到降低電動機啟動電流的目的同時，損失了大部分的輸出轉矩。所以該方法具有局限性，只適用于空載啟動或輕載啟動。

2.2 繞線式轉子三相異步電動機啟動方式

繞線式轉子是在三相異步電動機轉子槽中安放繞組，三相繞組一端短路，另一端分別連接轉子軸上的滑環，滑環通過電刷連接外電路并可以短接。這樣即可以在繞線式轉子回路中串入電阻。

2.2.1 轉子回路串電阻啟動

在繞線式三相異步電動機轉子回路中串入對稱電阻，降低電動機啟動電流。啟動過程中，分級切除對稱電阻，從而保證電動機足夠的輸出轉矩。

2.2.2 轉子回路串頻敏變阻器啟動

頻敏變阻器是阻值可以根據轉子電頻率變化而變化的可變電阻，將頻敏變阻器串入繞線式三相異步電動機轉子回路中，啟動初始階段轉子電頻率高，頻敏變阻器阻值高，隨著轉子轉速的逐漸提高，轉子電頻率逐漸降低，頻敏變阻器阻值隨之降低，這樣既降低了電動機啟動電流，還可以平滑地切除電阻。

2.2.3 繞線式轉子三相異步電動機啟動方式下電動機輸出轉矩

三相異步電動機的輸出轉矩與轉子電流的有功分量成正比例關系，繞線式三相異步電動機轉子回路中串入對稱電阻，降低了啟動電流，但是由于功率因數提高了，不但沒有降低電動機的啟動轉矩，反而提升了啟動轉矩。該方法適用于重載啟動，較比鼠籠式三相異步電動機啟動性能更為優良。

3 軟啟動

軟啟動是指電動機啟動時不接入工作全電壓或采用其他手段使電動機啟動電流降低，從而使電動機平穩啟動的方式。軟啟動器可分為磁控式與電子式兩種，磁控式軟啟動器現已被先進的電子式軟啟動器取代。

3.1 晶閘管軟啟動控制原理

將晶閘管軟啟動控制器串接于電源與被控電機之間，通過控制三對反向并聯晶閘管導通角使軟啟動控制器輸出電壓由零平穩增加至三相異步電動機額定工作電壓，從而將電動機啟動電流控制在設定值范圍內，達到使電動機平穩啟動的控制目的。

3.2 軟啟動優點

（1）大大降低了電動機啟動時對供電網的沖擊電流，降低了供電網電壓的下跌幅度，使電網供電電壓相對穩定，減少了因電網電壓下跌過大導致的安全生產事故。（2）降低了電動機的啟動電流和電動機啟動時的發熱量，避免了電動機繞組絕緣過早的老化和損傷。（3）設備啟動平穩，降低了沖擊轉矩，保護了傳動機構。（4）與傳統的直接啟動相比，節能大約15%左右，體現出良好的經濟性。（5）可以采用微機控制，可在起動前對主回路進行故障診斷，且數字化的控制具有較穩定的靜態特性，不易受溫度、電源電壓及時間變化等因素的影響，因此提高了系統的可靠性，有助于系統維護。

4 結束語

軟起動將仍然以各種形式的降壓（限流）軟起動為它的主要形式。從理論上說，性能價格比高的產品將占有更大的市場份額.但是，在各種應用場合，人們對于各種性能的側重面不同，使各類起動產品（包括傳統的星三角起動）都可能會贏得自己的市場。從長遠看變頻軟起動將成為軟起動的主流。各種形式的降壓軟起動將與星三角起動等技術一起歸并為傳統的起動技術。隨著變頻器價格的逐漸下降，可靠性的進一步提高，未來成為主流產品的軟起動裝置將是帶有軟切換功能的廉價的變頻器。

參考文獻

[1]劉錦波，張承慧，等.電機與拖動（第一版）[M].清華大學出版社，2006.

[2]李曉鋼.異步電動機晶閘管軟起動器的應用探討[J].企業技術開發，2006（8）.endprint