簡(jiǎn)述交、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式

姜洪英

摘要：現(xiàn)代工業(yè)工程中電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用及其廣泛。常用電動(dòng)機(jī)種類(lèi)很多，實(shí)際應(yīng)用中較常用的電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流單、三相異步電動(dòng)機(jī)。在利用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電動(dòng)機(jī)的精準(zhǔn)控制尤為重要。對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制主要為控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)。本文將對(duì)直流電動(dòng)機(jī)和三相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。

關(guān)鍵詞：直接啟動(dòng)；降壓?jiǎn)?dòng)；軟起動(dòng)器；頻敏變阻器

一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

他勵(lì)智力電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須保證有磁場(chǎng)（接通勵(lì)磁電流或外加磁場(chǎng)），在此基礎(chǔ)上施加電樞電壓，使直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n=0逐漸增加至額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)忽略電樞電感時(shí)，電樞的電流Ia為：Ia=（U-Ea）/Ra 公式1

剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n=0，Ea=0，電動(dòng)機(jī)的電樞繞組Ra很?。ㄒ话銥闅W姆級(jí)），如果直接加額定電壓起動(dòng)，Ia可能增加到額定電壓的十多倍。電動(dòng)機(jī)的換向情況將發(fā)生惡化，產(chǎn)生嚴(yán)重的火花，而且與電流成正比的轉(zhuǎn)矩將損壞拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此在直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)必須設(shè)法限制電樞電流。一般Z2型直流電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載電流按規(guī)定不得超過(guò)額定電流的1.5～2倍。

為限制直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，一般在起動(dòng)過(guò)程中采用降壓起動(dòng)的方式。在起動(dòng)時(shí)，電樞電壓由U=0逐漸增加至額定電壓，在此過(guò)程中電樞電流Ia隨電壓的增加而上升，電樞的反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea也隨之逐漸增大。由公式1可以發(fā)現(xiàn)，在降壓起動(dòng)過(guò)程中電樞電壓U與電樞的反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea的差將使流經(jīng)電樞的電流Ia保持在允許的范圍以內(nèi)。

上述起動(dòng)方法適用于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源的電壓是可調(diào)的，當(dāng)沒(méi)有可調(diào)電源時(shí)，可以在直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路串聯(lián)電阻以限制起動(dòng)電流，在起動(dòng)過(guò)程中將起動(dòng)電阻逐步切除，這種電樞串聯(lián)電阻分級(jí)起動(dòng)的方法一般應(yīng)用在無(wú)軌電車(chē)以及一些生產(chǎn)機(jī)械上。必須指出的是，在分級(jí)起動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)使每一級(jí)的切換電流Ix（或轉(zhuǎn)矩Tx）設(shè)置得當(dāng)，大小一致，這樣可以使電動(dòng)機(jī)獲得較均勻的加速度，并有效改善電動(dòng)機(jī)的換向情況，緩和轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)械的有害沖擊。

二、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

（一）三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。

1.直接起動(dòng)。

三相籠型異步交流電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)，就是全壓起動(dòng)，是所有電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法中最簡(jiǎn)單直接的起動(dòng)方式。起動(dòng)時(shí)，通過(guò)電力設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備，直接將電能加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上。這時(shí)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流較大，可達(dá)到額定電流的4～7倍，某些籠型異步電動(dòng)機(jī)可達(dá)到8～12倍，甚至15倍。

對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流將造成電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命；同時(shí)電動(dòng)機(jī)的繞組在電力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)過(guò)大的起動(dòng)電流將會(huì)使供電線路的壓降增大，造成電網(wǎng)電壓顯著下降而影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，有時(shí)甚至影響接在同一電網(wǎng)下的其他異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及工作，甚至無(wú)法帶負(fù)載起動(dòng)。

一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5kW時(shí)允許直接啟動(dòng)。如果功率大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大且符合下式要求，電動(dòng)機(jī)也可以允許直接啟動(dòng)。

K1=I1ST/I1N≤1/4[3+電源總?cè)萘浚╧V·A）/啟動(dòng)電機(jī)容量（kV·A）] 公式2

如果不能滿足公式2的要求，則必須采用減壓起動(dòng)的方法，通過(guò)減壓，把起動(dòng)電力路I1ST限制到允許的數(shù)值。

2.減壓起動(dòng)。

（1）電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動(dòng)電流在電阻或電抗上將產(chǎn)生壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，從而限制起動(dòng)電流在有效范圍內(nèi)。

上述起動(dòng)方法具有啟動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠、系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，如果用電阻減壓起動(dòng)，還具有起動(dòng)階段功率因數(shù)較高等優(yōu)點(diǎn)。但是，電壓降低后，TST（轉(zhuǎn)矩）和電壓的二次方成正比的減小，因此兩種起動(dòng)方法一般用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。電抗減壓起動(dòng)通常用于高壓電動(dòng)機(jī)，電阻減壓起動(dòng)一般用于低壓電動(dòng)機(jī)。但是，電阻減壓起動(dòng)及電抗減壓起動(dòng)由于成本較高，起動(dòng)時(shí)電能損耗較多，因此實(shí)際應(yīng)用不多。

（2）自耦減壓起動(dòng)。自耦減壓?jiǎn)?dòng)是利用自耦變壓器降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流的方法。為了滿足不同負(fù)載的要求，自耦變壓器二次繞組一般有三個(gè)抽頭，分別為電源電壓的40%、60%、80%（或55%、64%、73%），供用戶選擇使用。

自耦減壓起動(dòng)適用于容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)用，應(yīng)用很廣泛，有手動(dòng)及自動(dòng)控制線路。其優(yōu)點(diǎn)是電壓抽頭可供不同負(fù)載啟動(dòng)時(shí)選擇；缺點(diǎn)是體積大，質(zhì)量大，價(jià)格高，需維護(hù)檢修。

（3）星-三角起動(dòng)（Y-△）。星-三角起動(dòng)也屬于降壓起動(dòng)方法之一。適用這種起動(dòng)方法的異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)是三角形的聯(lián)結(jié)方式，電動(dòng)機(jī)每相定子繞組引出兩個(gè)接線端。在起動(dòng)時(shí)，先將定子繞組做星形聯(lián)結(jié)，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)在切換為三角形聯(lián)結(jié)直至電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.軟起動(dòng)方法。

電阻/電抗減壓起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)和星-三角起動(dòng)方法都屬于有級(jí)起動(dòng)方法，起動(dòng)平滑性不高。應(yīng)用自動(dòng)控制線路組成的軟起動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)。一般軟起動(dòng)器可分為磁控式和電子式兩種。磁控式軟起動(dòng)器應(yīng)用一些磁性自動(dòng)化元件組成，由于其體積大、較笨重、故障率高，現(xiàn)已被電子軟起動(dòng)器取代。

目前市場(chǎng)軟起動(dòng)器的生產(chǎn)廠家很多，類(lèi)型多樣。當(dāng)籠型異步電動(dòng)機(jī)不能采用直接起動(dòng)方式起動(dòng)時(shí)，應(yīng)首先考慮采用電子軟起動(dòng)的方式。電子軟起動(dòng)方法也為智能控制打下了良好的基礎(chǔ)。

（二）三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法。

三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻及轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器兩組起動(dòng)方法。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)起動(dòng)電阻，既可限制起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子及定子電流，還能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，其較籠型異步電動(dòng)機(jī)有更好的起動(dòng)特性，適用于功率較大的重載起動(dòng)。

當(dāng)繞線異步電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流很大，電阻逐段變化，轉(zhuǎn)矩變化較大，對(duì)機(jī)械沖擊較大，控制設(shè)備也較龐大，操作維修不變。采用頻敏變阻器代替上述起動(dòng)電阻，則可克服上述缺點(diǎn)。頻敏變阻器的特點(diǎn)是其電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而自動(dòng)減小，使電動(dòng)機(jī)能平滑起動(dòng)。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造容易、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、能自動(dòng)操作等多種優(yōu)點(diǎn)，目前已獲得大量推廣應(yīng)用。

通過(guò)對(duì)各種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的研究和計(jì)算，我們可以很好的使各種電動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更高的效率，選取最適合的啟動(dòng)方式和啟動(dòng)設(shè)備。降低電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中的能耗和起動(dòng)時(shí)間，減少對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的沖擊。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)將更加可靠、精準(zhǔn)，設(shè)備更加輕便和便于維護(hù)使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《電機(jī)拖動(dòng)》 北京大學(xué)出版社