感應式電動機的啟動方法

楊勇

摘 要：文章對感應式電動機傳統啟動方式下的啟動原理進行了說明，并對兩種轉子三相異步電動機的在傳統啟動方式下的啟動性能進行了深入的對比分析。同時提出了感應式電動機軟啟動概念，對軟啟動原理進行了說明并對軟啟動器型號的選用做了介紹。給出了根據不同性質負載合理地選取三相異步電動機啟動方法的理論依據。

關鍵詞：感應式電動機；啟動方法；研究分析

1 概述

感應式電動機即三相異步電動機，因為其轉子繞組是在定子旋轉磁場切割作用下感應出電流，產生電磁轉矩從而使電動機旋轉，故也稱其為感應式電動機。三相異步電動機直接啟動（在額定工作電壓下不改變轉子回路電阻啟動）過程中，啟動電流為額定工作電流值的4-7倍。該電流產生的熱損耗容易導致電動機的絕緣老化或損傷，直接啟動產生的沖擊性轉矩也容易損壞傳動機構，同時啟動過程中的沖擊電流會引起供電網電壓下降，從而影響電網內其他電動機的啟動及用電設備正常運行，這將影響企業的安全與正常生產，因此對感應式電動機的啟動方式進行合理的選擇是擺在企業電氣技術人員的重要任務。

2 感應式電動機的工作原理

與直流電動機不同，感應式電動機轉子繞組是在旋轉磁場的切割作用下產生感應電流，并在磁場中受到電磁力作用，產生電磁轉矩，從而使轉子旋轉。旋轉磁場如何產生的是理解感應式電動機工作原理的關鍵：空間對稱分布的三相定子繞組通以三相對稱交流電，由于交流電電流方向會隨時間發生周期性變化，使定子繞組磁場的方向隨時間旋轉，旋轉方向由相序決定（電流超前相指向電流滯后相），旋轉速度與交流電頻率成正比列關系，與磁極對數成反比例關系。

3 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。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 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。

4.1 定子回路串電阻或電抗器啟動

是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。

4.2 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/√3，從而降低電動機的啟動電流。

4.3 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。

4.4 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。

5 軟啟動

5.1 軟啟動器的定義和原理

軟啟動器是一種集電動機軟起動、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，國外稱為Soft Starter

軟啟動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。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。待電動機達到額定轉數時，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，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。

5.2 軟啟動器的選用

5.2.1 選型：目前市場上常見的軟啟動器有旁路型、無旁路型、節能型等。根據負載性質選擇不同型號的軟啟動器。旁路型：在電動機達到額定轉數時，用旁路接觸器取代已完成任務的軟啟動器，降低晶閘管的熱損耗，提高其工作效率。也可以用一臺軟啟動器去啟動多臺電動機。無旁路型：晶閘管處于全導通狀態，電動機工作于全壓方式，忽略電壓諧波分量，經常用于短時重復工作的電動機。節能型：當電動機負荷較輕時，軟啟動器自動降低施加于電動機定子上的電壓，減少電動機電流勵磁分量，提高電動機功率因數。

5.2.2 選規格：根據電動機的額定功率，電流負載性質選擇啟動器，一般軟啟動器容量稍大于電動機工作電流，還應考慮保護功能是否完備，例如：缺相保護、短路保護、過載保護、逆序保護、過壓保護、欠壓保護等。

6 結束語

鼠籠式轉子三相異步電動機啟動方式屬于降壓啟動，該方式是以損失大部分啟動轉矩為代價達到控制電動機啟動電流的目的；繞線式轉子三相異步電動機啟動方式降低了啟動電流，提升了啟動轉矩，體現出更好的啟動性能。其中繞線式三相異步電動機轉子回路中串入對稱電阻，啟動過程中，需要分級切除對稱電阻，啟動時出現階躍性輸出轉矩，啟動不平穩；而轉子回路串頻敏變阻器啟動方式，由于頻敏變阻器阻值是連續變化的，所以啟動轉矩相對穩定，啟動過程比較平穩，是比較好的選擇。軟啟動器是一種集電動機軟起動、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。使用軟啟動器啟動可以降低三相異步電動機的啟動電流，并實現平滑啟動，是感應式電動機啟動控制的發展方向。

參考文獻

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