異步電動機軟起動方法綜述

牛偉恒 謝 楠 李 鵬

(空軍勤務學院航空四站系 江蘇 徐州 221006)

異步電動機軟起動方法綜述

牛偉恒 謝 楠 李 鵬

(空軍勤務學院航空四站系 江蘇 徐州 221006)

本文對異步電動機的傳統(tǒng)起動方法和軟起動方法進行了分析總結，詳細地分析起動方法的原理、特性及優(yōu)缺點，指出磁控軟起動器和基于限流變壓器的軟起動器在綜合性能指標及成本方面優(yōu)于其它的軟起動方式，具有很好的發(fā)展前景。

異步電動機；軟起動；方法

1 異步電動機的傳統(tǒng)起動方法

1.1 直接起動

直接起動，也稱全壓起動，起動時通過一些直接起動設備，將全部電源電壓直接加到異步電動機的定子繞組，使電動機在額定電壓下起動。直接起動的起動線路是最簡單的。但是這種起動方法對于需要頻繁起動的電動機，過大的起動電流將造成電動機的發(fā)熱，會影響電動機的壽命；同時，電動機繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能引起短路，進而燒毀電動機；另外，過大的起動電流，會使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)上其他設備的正常工作。

1.2 傳統(tǒng)的降壓起動

在工程應用中面廣量大的普通鼠籠式異步電動機廣泛采用了降壓起動方法。傳統(tǒng)的降壓起動方法主要有定子回路串聯(lián)電抗器、電阻減壓起動和自耦變壓器補償起動，對低壓電機還普遍采用Y-△降壓起動，但這些方法在降低起動電流的同時也降低了起動轉矩，且為有級降壓起動，起動平滑性不好，仍存在機械沖擊。

2 軟起動

電動機軟起動是通過采用降壓、降補、變頻及這些技術的集成等手段，實現(xiàn)電動機軟起動，減少對電網(wǎng)的影響程度，使電網(wǎng)得以保護，安全高效。

目前，國內市場在低壓產品領域(1.1kV以下)，晶閘管軟起動器已取代傳統(tǒng)起動裝置和磁控式軟起動器成為主流；而在中高壓產品領域(3.3kV以上)，仍以傳統(tǒng)起動方法(定子串電抗器、自耦變壓器減壓起動)為主，液變電阻軟起動器、磁控軟起動器、晶閘管串聯(lián)的軟起動器等也均有應用，且由晶閘管軟起動器派生出了開關變壓器式軟起動器。

2.1 軟起動的起動裝置

2.2.1 高壓變頻器軟起動裝置

變頻軟起停是以變頻器實現(xiàn)的交流電動機軟起動和軟停止。它僅僅在電動機起動或停止時投運,而在結束時退出。變頻軟起停相對于一切形式降壓軟起停的優(yōu)點是在限流軟起停過程中保持不小于電動機額定值的起動轉矩。由于可以將電動機起動電流始終限制在額定值以下,所以對電網(wǎng)和電動機的沖擊很小,電磁轉矩大,起動時間短。

2.2.2 晶閘管串聯(lián)的軟起動器

采用晶閘管串聯(lián)技術的高壓異步電動機的軟起動器。這種軟起動方式對元器件參數(shù)的一致性要求比較高,元器件的篩選率比較低,而且篩選儀器的價格比較昂貴,另外使用一段時間后,元器件的參數(shù)發(fā)生變化,使元器件的均壓性能降低,一旦元器件損壞,用戶很難修復,另外價格也很高,所以現(xiàn)在應用還很少。

2.2.3 水電阻和液變電阻軟起動器

水電阻是靠極板移動和大電流使水汽化(極板表面)形成的高電阻來控制電機的起動電流。液阻是一種由電解液形成的電阻,它導電的本質是離子導電,液阻是靠摻入雜質的多少、極板的大小及大電流使極板附近的水汽化產生的高電阻來控制起動電流,它的阻值正比于電極板距離和電解液電阻率,極板距離可實時控制,液阻的熱容量大,成本低。水電阻式的軟起動裝置由于極板是移動的,不會產生上述問題,但水的汽化壓力會使極板劇烈振動,使其壽命縮短,在大功率的情況下,這個問題將變得非常嚴重。

2.2.4 磁控軟起動

磁控軟起動是從定子串電抗器起動衍生出來的。串接電抗器起動的電抗值是固定的,在起動過程中電機電流會隨著轉速增高而減少,這使起動后勁不足,較易產生起動失敗和器件損壞,起動結束時電抗器的短接還會引起二次電流沖擊。磁控軟起動裝置的控制是微電子的,由一個CPU來完成運算、基準信號發(fā)生、綜合保護、通訊等。它接收來自電流互感器的信號,通過運算,由PWM口輸出觸發(fā)脈沖,經過三相橋式晶閘管整流電路,改變直流勵磁電流,從而改變鐵芯電磁飽和度,實現(xiàn)電流閉環(huán)控制檢索表明。

2.2.5 基于限流變壓器的軟起動器

基于限流變壓器的軟起動器的電路解決了晶閘管的耐壓限制,晶閘管不是串在電機的定子回路中,而是用變壓器來隔離高壓和低壓,變壓器的高壓繞組串在異步電動機的定子回路中,而低壓繞組和晶閘管相連。低壓繞組的晶閘管導通以前,變壓器工作在空載狀態(tài),變壓器的勵磁阻抗很大,所以電網(wǎng)電壓基本上都降在三相限流變壓器原邊繞組上,電機不能起動。起動時,通過控制系統(tǒng)控制晶閘管的觸發(fā)角,可以連續(xù)改變低壓繞組上的電壓,進而改變高壓繞組的電壓而達到連續(xù)改變電機端電壓的目的,這樣可以實現(xiàn)電機的軟起動。

2.3 幾種軟起動裝置的比較

幾種軟起動裝置的特性見表1。

表1 幾種軟起動裝置的比較

由表1可見,限流變壓器軟起動器和磁控軟起動器具有很高的性能價格比,其價格大大低于進口裝置,而性能卻不亞于進口裝置,與水電阻和液變電阻裝置相比,價格高得不多,性能卻有很大提高。

3 結束語

本文詳細分析了各種新型高壓軟起動器的優(yōu)缺點,目前應用較多的主要是采用晶閘管串聯(lián)技術的高壓異步電動機的軟起動，對此項技術的研究也最多。例如基于CAN總線技術、基于DSP技術、基于離散變頻理論、基于模糊控制以及智能化的晶閘管串聯(lián)軟啟動器等。但由于限流變壓器軟起動器和磁控軟起動器較高的性價比優(yōu)勢,因而具有較大的發(fā)展前景。

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