三相異步電動機角星節能變換控制線路探討

馬麗娜

摘 要：當前科學技術飛速發展，各企業要在工業生產的過程中使用各種型號的電動機，其中三相異步電動機是一種應用非常廣泛的用電設備，它消耗了我國總發電量一半以上的電能。但是從整體生產狀況來看，三相異步電動機的效率并不理想，隨著工業生產對發電設備的需求不斷提高，研究人員對電動機的節能降耗、工作質量、穩定性和效率等越來越重視。在此背景下，本文較為詳細地介紹了Y-△減壓起動控制原理，論證了降低電動機起動電流的可行性，最后闡述了異步電動機的減壓起動線路以及節能控制理論。

關鍵詞：異步電動機；啟動控制；可行性；節能

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A

隨著我國工業化進程的不斷推進與發展，各行各業都趨于機械化，三相異步電動機具有成本低、結構簡單、運行可靠以及方便維修等優點，因此廣泛應用于各式機械設備中。為了提高生產水平，各大企業均將加強并提高三相異步電動機的節能控制效果作為發展的重要內容之一。

1.Y-△減壓起動控制原理

Y-△減壓起動是指在起動電動機時，把定子繞組接成星形，等到電動機起動完成后再將其改接成三角形，從而使電動機在全電壓下運行。圖1所示為時間繼電器自動切換Y-△減壓起動控制線路。

工作原理如圖2所示。

2.降低電動機起動電流的可行性

在探究電動機的節能控制的過程中，必須保證降低起動電流的同時電動機能夠正常工作，現在本部分將論證降低電動機起動電流的可行性。對于三相異步電動機而言，其最初的起動電流由如下公式確定：

其中，U1代表連接到三相異步電動機定子的電源電壓，r1和x1分別代表定子每相的電阻和電抗，r2′和x2′分別代表轉子的每相電阻和電抗的折算值。從上式能夠看出，三相異步電動機的起動電流與其本身的阻抗以及連接到電動機定子的電源電壓都有關，因此降低電動機的起動電流可以考慮以上幾個方面。我們可以改變轉子的槽形，使用深槽或者雙籠的結構，從而減小電動機起動過程中的轉子電阻，然而由于電動機的體積較大且成本較高，因而這種方法很少被使用。另一方面，也能夠采用降壓起動的方式，采用這種方法時只需要選擇一種合適的起動器，既方便又靈活，因此應用十分廣泛，比如在船舶和海洋石油平臺上，大部分采用降壓起動的方法，從而降低電動機的起動電流。

3.異步電動機的起動與節能

3.1 減壓起動線路與起動

目前，比較典型的減壓起動方式有Y-△減壓起動以及自耦變壓器減壓起動。Y-△減壓起動原理在第一部分已經進行了較為詳細的說明，下面筆者主要介紹自耦變壓器減壓起動原理。圖3所示為三相異步電動機采用自耦變壓器減壓起動控制線路。

起動時，合上電源開關QS1，將開關QS2扳向“起動”位置，使電源加到自耦變壓器T上，而電動機定子繞組與自耦變壓器的抽頭連接，電動機進入減壓起動階段。待電動機轉速上升至一定值時，再將QS2迅速扳向“運行”位置，使電動機直接與電源相接，在額定電壓下正常運行。在這里自耦變壓器的抽頭電壓分別是電源電壓的65%和80%，可以根據電動機起動時負載的大小來選擇。經過分析可得出結論，自耦變壓器減壓起動的電網電流為全壓起動時的k2倍，其中k是自耦變壓器的變比。通常情況下，這種降壓起動的主要缺點是需要一個龐大的自耦變壓器，且不允許頻繁起動。這種減壓起動方法適用于220/380V，△-Y接法容量較大而不能用Y-△方法起動的電動機的減壓起動。

3.2 節能控制

三相異步電動機的功效就是用電動機的輸出功效除以其輸入功效，電動機所消耗的總電能中，一部分電能用來驅動電動機，這就是我們平時所說的輸入功效，而另一部分電能就是電動機的自身損耗，這部分的損耗大多是以熱能的形式消耗掉了，這就是電動機的輸出功效。三相異步電動機存在電能損耗主要是因為電動機中的鐵和銅兩種金屬，其中，銅耗是電流在通過電動機線圈繞組時才產生的，而鐵耗則是在電動機工作的過程中，定子以及轉子鐵芯中產生了電流，從而產生損耗，其大小與輸入電壓有關。事實上，電動機還存在其他損耗，但是相比之下這些損耗都比較小，因此忽略不計。

三相異步電動機的節能控制原理就是當電壓下降的時候，能夠采用適當降低電源電壓的方式，進而降低電動機中的鐵耗，由于電壓減小，電流也會相應地變小，因此，也同時降低了電動機中的銅耗，從而降低了電動機的損耗。一般情況下，我們會通過檢測功效因數的方法來檢測電動機的負荷大小，比如電動機負荷增大，其功效因數就會增大，相反，電動機功效因數就相應減小。三相異步電動機的節能控制一般要考慮3個問題：一是電動機負荷較低時如何降低其總能耗；二是負荷較低時怎么減少總輸出功效；三是電動機在任何負荷條件下工作時，怎么找到減少輸出功效的最佳點。圖4所示為電動機的節能控制原理。

結語

總而言之，三相異步電動機的起動以及控制看似容易，事實并非如此，電動機對于我國發展有著至關重要的作用。當下技術人員最應該重視的問題就是提高三相異步電動機的功效，從上文能夠得知，電動機自身的損耗將耗費大量的電能，這對以后的發展會產生不利的影響。因此我們需要從現在開始，進一步探究電動機的節能控制，充分領會節能控制的原理，設計最優方案指導實際，若能更好地解決電動機損耗問題，必將為我國帶來巨大的經濟效益。

參考文獻

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