淺析異步電動機軟啟動技術

蒙江洪

【摘 要】異步電動機由于結構簡單、控制維護方便、性能穩定、效率高等優點而被廣泛地應用于各個領域。文章對異步電動機的軟啟動現狀、原理、特點進行詳細的分析，并對其發展的方向進行展望。

【關鍵詞】異步電動機；軟啟動；現狀；特點；原理；發展

【中圖分類號】TM343 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）04-0040-03

作為重要的動力裝置，電動機被廣泛應用在工業、農業、交通領域。直流電動機的調速在過去一直占據統治的地位，但由于其自身結構限制，無法適應迅速發展的時代的需求，尤其是換向器的機械強度不足，電刷容易被磨損等。在這一基礎上，交流電動機應運而生。相對傳統的電動機，其結構簡單，便于操作，價位較低，更加的堅固耐用，慣量較小，運行可靠，在工業生產中應用廣泛，在現代工業中發揮著越來越重要的作用。

1 軟啟動的現狀分析

隨著時代的發展，直流電動機逐漸退出歷史舞臺，交流電動機的優勢逐漸體現，但是異步電動機的啟動過程中卻存在著一些弊端無法克服。在交流轉動系統中，異步電動機投入電網，轉速由零開始迅速上升，直到達到穩定的過程，如果在這個過程中不采用任何的設備裝置，直接加額定電壓到定子繞組啟動電動機時，電機的啟動電流可以達到額定電流的48倍，轉速也能在短時間內由零上升到額定的轉速。而三相感應電動機在啟動過程中，轉矩的沖擊非常大，可以達到額定轉矩的2倍以上。過大的電流將會導致電網受到嚴重的沖擊，造成電壓降落，降低電網的電能質量，影響其他設備的正常運轉，轉矩過大也將導致機械應力沖擊，縮短電機本身及其拖動設備的使用壽命，因此在一般情況下，力求在較小的啟動電流下，獲得足夠的轉矩即可。這就要求選擇最佳的啟動方式，要根據環境、設備、技術工藝水平來決定。本文以三相異步電動機為例進行分析。

根據其自身的結構和特點，可以采用定子串接電抗器啟動、Y—△啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等方式。繞線式的交流電動機一般主要采用轉子串接頻敏變阻器啟動、轉子串電阻分級啟動的方法。但這些啟動程序存在著一定的不足，有待進一步完善。

（1）定子串接電阻啟動的能耗較大。主要原因是由于其外接電阻，造成有功損耗增加，尤其是對中型、大型異步電動機而言，經濟費用較高，所以其應用不夠廣泛，主要應用于空載和輕載中。

（2）Y—△啟動存在著一定的難度。相較于其他方式，其操作簡單，僅需一個Y—△開關即可實現，但是需要將電動機的定子繞組6個出線端全部引出來，這對高電壓的電動機存在著一定的難度，因此主要應用于△接法380 V電動機。

（3）自耦變壓器啟動價位高。相較于其他的啟動方式，自耦變壓器在啟動電流相同時，啟動轉矩損失非常小，而且相對其抽頭也更加靈活，在符合特定條件的前提下，其可以拖動較大的負載啟動，其缺點是價位高、體積大，無法負責重負載的啟動。

（4）延邊三角形啟動需要專門的設計。采用延邊三角形啟動方式，繞組切換非常簡單，不需要專門的啟動裝置，但是，電動機的定子繞組不但為△接，同時還有抽頭，需要進行專門的設計，在完成后不可任意的變動，造成工作的不便。

近年來，我國的電力電子技術迅速發展，尤其是集成電路、微機處理技術等新一代電力電子技術迅速發展，大大改善了異步電動機啟動中的電流過高、啟動轉矩過小的問題，促進了電力系統的發展。進入20世紀70年代，利用晶閘管交流調壓技術生產制作的軟啟動器迅速推廣應用，同時采用微控制器代替模擬控制電路，推動了現代的電子軟啟動器的快速發展。

2 軟啟動的基本原理

軟啟動是指運用串接于電源與被控電機之間的軟啟動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，直至啟動結束，賦予電機全電壓的啟動方法。軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管及其電子控制電路，通過運用不同的方法，控制三相反向并聯晶閘管的導通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能。軟啟動的基本原理如圖1所示。

3 軟啟動器運行特點

3.1 斜坡恒流軟啟動

電動機啟動時，軟啟動器輸出電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設定的限流值Iq，在輸出電流不大于Iq的情況下，電壓逐漸上升，電機加速，直到啟動完成。如圖2所示，Iq可調，Ie為電機額定電流。此方式的優點是啟動電流小，且可按需要調整，對電網影響小。缺點是在啟動時難以知道啟動壓降，不能充分利用壓降空間；損失啟動力矩，啟動時間相對較長，對電動機不利。

3.2 斜坡升壓軟啟動

斜坡升壓軟啟動指輸出電壓按預先設定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線性上升。它是將傳統的降壓啟動從有級變成了無級，主要用在重載啟動。它的缺點是初始轉矩小，轉矩特性拋物線性上升對拖動系統不利，且啟動時間長對電動機不利（如圖3所示）。

3.3 階躍啟動

階躍啟動主要是用在重載啟動，不同的是在啟動的瞬間用突跳轉矩克服電機靜轉矩，然后轉矩平滑上升，縮短啟動時間。但是，突跳會給電網發送尖脈沖，干擾其他負荷，應用時要特別注意（如圖4所示）。

4 軟啟動器的控制接線

以英杰電氣有限公司的KRQS系列為例。

4.1 KRQS110/P型軟啟動器基本接線示意圖

KRQS110/P型軟啟動器基本接線示意圖如圖5所示。

4.2 KRQS110/P型軟啟動器基本接線原理圖

KRQS110/P型軟啟動器基本接線原理圖如圖6所示。

5 軟啟動的特征優勢分析

相較于傳統的軟啟動器，電子軟啟動主要有以下幾個獨特的優勢。

5.1 實現了連續穩定的調節電動機啟動

采用電力半導體開關進行電子軟啟動開關的設置，其最大的優勢是無電弧開關和電流具有連續性，可以實現連續穩定的調節，相較于傳統的分檔調節，優勢十分明顯。

5.2 產生的沖擊轉矩和沖擊電流小

電動機啟動時，軟啟動是通過增大晶閘管的導通角而實現的，限制電機啟動電流在一個固定值之內，產生的沖擊電流非常小，控制其平滑上升，保護了傳動機械、設備和人員。

5.3 提升了電動機啟動的平穩性

軟啟動器可以引入電流閉環控制系統，保持啟動的電流恒定，保持平穩啟動。

5.4 增強電流的選擇性

可以根據負載的不同情況及電網繼電保護特性進行選擇，調整電流的級別，達到最佳電流，節省電能，減少損耗。

5.5 增強系統的穩定性

隨著科學技術的發展，計算機控制系統逐漸走進各行各業，大大改善了工作的效率。微機控制啟動程序，在啟動前可以對主回路進行故障的診斷，相對傳統的控制程序更加穩定，受到外界因素影響的效率低，提高了電力系統的穩定性，便于進行系統的維護。

5.6 為自動化控制奠定良好基礎

采用軟啟動，實現了計算機通信的控制，為實現自動化控制奠定了基礎，促進了電力系統的發展。

6 軟啟動的發展方向探析

6.1 近期目標

在一段時間之內，軟啟動仍將以多種形式的降壓、限流為主要形式。理論上看，性價比高的產品必將占據主要的市場空間。但是，根據使用的具體環境不同，其對設備的需求方向也各有不同，因此只要性價比好，任何的產品都可能搶占市場。

6.2 長遠目標

不難看出，變頻軟啟動在未來必然成為軟啟動的主流。隨著其不斷地發展，價位的降低，可靠性也將得到提高，占據未來軟啟動市場的必將是具有軟切換功能的低價變頻器。

7 結語

綜上所述，我們相信異步電動機軟啟動必將隨著科學的進步而迅速發展，推動整個電力系統的發展與完善，實現長遠的發展目標。三相異步電動機的軟啟動方式很多。隨著技術進步的加速，各種新的軟啟動控制方式也脫穎而出，比較各種軟啟動方式的優缺點，可從中選擇出適合特定應用場合的最佳軟啟動方案。軟啟動器作為新一代的工業控制裝置，以其優越的啟動性能而廣泛應用于冶金、化工、電力、煤炭、水利、輕工等各個行業。

參 考 文 獻

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