三相異步電動機啟動方式的現狀及發展趨勢

李祥陽，陳萬強，曹海泉，郭文君

（西安航空學院軍工裝備研究所， 陜西 西安 710077）

電動機是各種機械的動力來源，用途眾多，應用廣泛。其中，三相交流異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優點,被廣泛應用于各個領域[1,2]。但是，三相交流異步電動機啟動時電流非常大，通常為額定電流的4～7倍，并且由于電動機為感性負載，造成其功率因數很低，啟動轉矩很低。由此會導致電動機啟動電流在線路上產生巨大的電壓降，嚴重影響同一線路上其它電機的正常工作，有時還可能出現因電動機啟動轉矩太小而不能啟動的現象。在這種情況下，對于經常啟動的電動機,會加快繞組絕緣老化，進而縮短電動機的使用壽命[3,4]。

1 三相異步電動機啟動方式的現狀

1.1 直接全壓啟動

正文三相異步電動機直接起動最大的好處就是可以獲得最大的起動轉矩，直接起動轉矩最大可以達到額定轉矩的1.5倍，但有一個條件，線路壓降不能太大，否則電機反而有可能起動不起來。《全國民用建筑工程設計技術措施》要求：電機不頻繁起動時，配電母線上的電壓不低于額定電壓的90%，頻繁起動時不低于85%。這實際上對采用直接起動的電機的功率大小做了間接要求。一般情況下，小功率的電機才考慮采用直接起動方式[4]。直接全壓啟動的特點如下：

①啟動轉矩最大可以達到額定轉矩的1.5倍；

②由于突然啟動，產生很大的機械沖擊，有可能對設備造成損壞；

③啟動電流較大，為額定電流的5～8倍，會產生非常大的涌浪沖擊；

④成本低、經濟。

1.2 星—三角降壓起動

正文星—三角降壓起動是常用的一種降壓起動方式，這種方式造價相對低廉，但起動轉矩較小。因為星－三角起動時，電機繞組承受的電壓為相電壓Up，相電壓Up為線電壓Ul的1/3。因為轉矩與電壓的平方成正比，所以，起動轉矩為直接起動時的1/3，即：Ty= T/3，一般情況下Ty約為額定轉矩Tn的1/2[5-7]。星—三角起動的特點如下：

①啟動電流小，通常為額定電流的1.8～2.6倍；

②星—三角啟動切換瞬間通常會產生很大的二次沖擊電流；

③啟動轉矩小，通常為額定轉矩的0.55倍左右；

④星－三角切換過程中易產生弧光，容易導致短路現象。

1.3 自藕變壓器啟動

自耦變壓器降壓啟動時,與直接啟動相比較,啟動電壓降低得很多(為額定電壓的1/4～1/7),而啟動轉矩降低得更多,但自耦變壓器不允許頻繁啟動[8]。自耦變壓器啟動特點為：

①啟動電流比較小，一般為額定電流的2～4倍；

②啟動轉矩很小，為額定轉矩的0.35～0.9倍；

③設備笨重復雜，維護困難；

④能夠實現有級調速，常用于風機三檔或多檔調速的場合。

1.4 三相異步電動機的軟啟動

相對于傳統的啟動方式，軟起啟器的優點尤為突出：操作方便、可反饋閉環控制、平滑性好。它的主電路一般采用三相六個晶閘管無中線交流調壓電路，采用移相控制原理，利用微處理器改變晶閘管的導通角，使輸出電壓按照預先設計的曲線上升，從而減小啟動電流值，同時獲得良好的起動性能。軟啟動器已經完全脫離了傳統繼電接觸器控制的范疇，邁向了數字化、多功能的發展方向。其地位、功能特性和作用是直接啟動、星三角啟動或自藕變壓器啟動等常規的繼電接觸器啟動模式所無法替代的。在運行過程中，軟啟動可以提供各種保護，如熱保護、欠載保護、過流保護、相序保護和缺相保護等[9,10]。

1.5 變頻器啟動

變頻器種類眾，功能各不相同。不僅有通用變頻器，還有為特定部門專門研發的變頻器。最典型一種變頻器是脈寬調制變頻器（即PWM變頻器），它采用的是晶閘管變流技術[11,12]。其最主要的特點：①具有高效率的驅動性能；②良好的控制特性，應用變頻器不僅可以節約大量電能。

2 三相異步電動機啟動方式的選擇

總體而言，對于小功率電動機（電機容量≤11 kW）的啟動，可以選用直接啟動；當電機的容量相對較大時, 從安全運行角度以及節能角度考慮，可以考慮星—三角降壓起動與自藕變壓器啟動。這樣，既可以降低生產成本，又可以減少維護費用。

變頻器不僅能具有有良好的起動特性，而且還能調節電動機的轉速。但其價格也往往是相同功率軟啟動器的好幾倍，甚至上十倍。選用變頻器最重要的依據就是控制對象需要調速，比如電梯。一般情況下，由于成本原因不可能單單為了獲得良好的起動性能而選用變頻器。即便是調速，也需要對控制系統做全面的分析，對于不需要的調速的電機，采用軟啟動器，這樣可以最大限度地節省投資，同時保證系統功能的實現。

3 三相異步電動機啟動方式發展趨勢

縱觀現有的三相異步電動機啟動方式，軟啟動器的優勢比較明顯。但僅僅就三相異步電動機啟動方式的啟動性能而言，變頻器的啟動性能最好。

4 結束語

目前，由于變頻器的成本較高，三相異步電動機啟動方式還是沿用傳統的啟動方式。可以預言，隨著科學技術的進步，必然促使變頻器的制造成本降低，那么，三相異步電動機啟動就會由變頻器來替代。

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