野外作業電機基本常用啟動方式概述

程慶華 李兵峰

【摘 要】本文簡述了野外鉆井作業中常用的幾種電機啟功方式，對幾種啟動方式原理進行的解答以及各種啟動方式的優缺點進行了簡述。

【關鍵詞】電機啟動；動力；軟啟動控制

電機是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置，或者將一種形式的電能轉換成另一種形式的電能。電動機是將電能轉換為機械能（俗稱馬達），在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源。

目前野外鉆井常用電機啟動方式分為：1、全壓直接啟動 2、自藕變壓器式啟動3、星三角降壓啟動 4、軟啟動。這四種方法來說都是以各電機所帶負荷所產生力距大小來選擇的，經濟性就看所用的設備需要了，這四種方式都是現在最主要的方法，經濟性最好的是變頻啟動，但是第一次的投資也是最大的。

一、全壓直接啟動

全壓起動是最常用的起動方式，也稱為直接起動.它是將電動機的定子繞組直接接入電源，在額定電壓下起動，具有起動轉矩大、起動時間短的特點，也是最簡單、最經濟和最可靠的起動方式。

這種啟動方法是經過開關或接觸器，將電源電壓直接加在電動機的定子繞組上，而直接啟動電動機。其優點是減少設備投資和維護費用；缺點是啟動電流大，引起電壓波動大。在電網容量和負載兩方面都允許全壓直接起動的情況下，可以考慮采用全壓直接起動。該啟動方式主要用于小功率電動機的起動，從節約電能的角度考慮，大于11kw 的電動機不宜用此方法。

全壓直接啟動的特點：最簡單、最經濟和最可靠；操作方便，起動迅速。

二、自耦減壓啟動

自耦變壓器降壓啟動是指電動機啟動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓。待電動機啟動后，再使電動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運動。這種降壓啟動分為手動控制和自動控制兩種。自耦變壓器的高壓邊投入電網，低壓邊接至電動機，有幾個不同電壓比的分接頭供選擇。

交流電動機自耦降壓啟動自動切換控制電路，自動切換靠時間繼電器完成，用時間繼電器切換能可靠地完成由啟動到運行的轉換過程，不會造成啟動時間的長短不一的情況，也不會因啟動時間長造成燒毀自耦變壓器事故。

控制過程：

合上空氣開關QF接通三相電源。按啟動按鈕SB2交流接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于KM1輔助常開觸點閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓低壓抽頭（例如65%）將三相電壓的65%接入電動。KM1輔助常開觸點閉合，使時間繼電器KT線圈通電，并按已整定好的時間開始計時，當時間到達后，KT的延時常開觸點閉合，使中間繼電器KA線圈通電吸合并自鎖。由于KA線圈通電，其常閉觸點斷開使KM1線圈斷電，KM1常開觸點全部釋放，主觸頭斷開，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時KM2線圈斷電，其主觸頭斷開，切斷自耦變壓器電源。KA的常閉觸點閉合，通過KM1已經復位的常閉觸點，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動機在全壓下運行。KM1的常開觸點斷開也使時間繼電器KT線圈斷電，其延時閉合觸點釋放，也保證了在電動機啟動任務完成后，使時間繼電器KT可處于斷電狀態。欲停車時，可按SB1則控制回路全部斷電，電動機切除電源而停轉。電動機的過載保護由熱繼電器FR完成。

自耦變壓器降壓啟動控制電路優點：自耦變壓器二次繞組有多個抽頭，能輸出多種電源電壓，啟動時能產生多種轉矩，一般比星---三角啟動時的啟動轉矩大得多。缺點：自耦變壓器價格較貴，不允許頻繁啟動，但仍是三相籠型一步電動機常用的一種降壓啟動裝置。

三、星三角降壓啟動

電動機星三角啟動是異步電動機最常見的一種啟動方式，因為異步電動機在啟動過程中起動電流較大，所以容量大的電動機可以采用“星一三角形換接啟動”。這是一種簡單的降壓啟動方式，在啟動時將定子繞組接成星形，待啟動完畢后再接成三角形，就可以降低啟動電流，減輕它對電網的沖擊。這樣的啟動方式稱為星三角減壓啟動，簡稱為星三角啟動（Y-Δ起動）。

星形接法是三相交流電源與三相用電器的一種接線方法。把三相電源三個繞組的末端、X、Y、Z連接在一起，成為一公共點O，從始端A、B、C引出三條端線。是由頻率相同、振幅相等而相位依次相差120°的三個正弦電源以一定方式連接向外供電的系統。

三角形接法是將各相電源或負載依次首尾相連，并將每個相連的點引出，作為三相電的三個相線。三角形接法沒有中性點，也不可引出中性線，因此只有三相三線制。星型接法電動機線圈通過的是220V。（電壓低降低啟動電流）。三角形接法電動機線圈通過的是380V。

目前，我國三相異步電動機功率在3KW以下的一般用星型接，三相異步電動機功率在4KW及以上時，均采用三角形接法，以利廣泛采用星—三角降壓起動。

四、軟啟動

軟啟器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉速時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額 定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。

當電動機啟動時，通過可編程控制器或鍵盤向軟啟動器發出啟動命令，軟啟動器通過可控硅控制電動機的啟動電壓和電流，使空壓機系統在空載狀態下平滑啟動。當電壓達到額定值時，接觸器吸合，短接軟啟動器，三相電源直接加在電動機上，軟啟動器啟動完成，并向可編程控制器發啟動完成信號。當電動機停機時，通過可編程控制器或鍵盤向軟啟動器發停機令，在軟啟動器的控制下，電動機逐漸減速至完全停機。

結束語

以上電機的啟動方式只是鉆井野外作業中常用的低負荷電機的啟動方式的簡述，只有不斷學習各種啟動方式的原理以及電機控制的方法，才能在野外現場工作中保障人身及設備的安全。

參考文獻：

[1]《電工學》工作機械的基本電氣控制電路 中國電力出版社 2012-09

[2]《電工電子技術》 電子工業出版社 2018-03-01

（作者單位：中國石油集團渤海鉆探工程

有限公司第四鉆井工程分公司）