簡述交、直流電動機的起動方式

姜洪英

摘要：現代工業工程中電動機的應用及其廣泛。常用電動機種類很多，實際應用中較常用的電動機有直流電動機和交流單、三相異步電動機。在利用電動機進行拖動過程中，如何實現對各種電動機的精準控制尤為重要。對電動機的控制主要為控制電動機的起動、調速和制動。本文將對直流電動機和三相交流異步電動機的起動方式進行簡要的闡述。

關鍵詞：直接啟動；降壓啟動；軟起動器；頻敏變阻器

一、他勵直流電動機的起動

他勵智力電動機起動時，必須保證有磁場（接通勵磁電流或外加磁場），在此基礎上施加電樞電壓，使直流電動機的轉速由n=0逐漸增加至額定轉速。當忽略電樞電感時，電樞的電流Ia為：Ia=（U-Ea）/Ra 公式1

剛起動時，轉速n=0，Ea=0，電動機的電樞繞組Ra很小（一般為歐姆級），如果直接加額定電壓起動，Ia可能增加到額定電壓的十多倍。電動機的換向情況將發生惡化，產生嚴重的火花，而且與電流成正比的轉矩將損壞拖動系統的傳動機構。因此在直流電動機起動時必須設法限制電樞電流。一般Z2型直流電動機的瞬時過載電流按規定不得超過額定電流的1.5～2倍。

為限制直流電動機的起動電流，一般在起動過程中采用降壓起動的方式。在起動時，電樞電壓由U=0逐漸增加至額定電壓，在此過程中電樞電流Ia隨電壓的增加而上升，電樞的反向感應電動勢Ea也隨之逐漸增大。由公式1可以發現，在降壓起動過程中電樞電壓U與電樞的反向感應電動勢Ea的差將使流經電樞的電流Ia保持在允許的范圍以內。

上述起動方法適用于直流電動機的直流電源的電壓是可調的，當沒有可調電源時，可以在直流電動機的電樞回路串聯電阻以限制起動電流，在起動過程中將起動電阻逐步切除，這種電樞串聯電阻分級起動的方法一般應用在無軌電車以及一些生產機械上。必須指出的是，在分級起動過程中，應使每一級的切換電流Ix（或轉矩Tx）設置得當，大小一致，這樣可以使電動機獲得較均勻的加速度，并有效改善電動機的換向情況，緩和轉矩對傳動機構與工作機械的有害沖擊。

二、三相交流異步電動機的起動

（一）三相籠型異步電動機的起動方法。

1.直接起動。

三相籠型異步交流電動機的直接起動，就是全壓起動，是所有電動機起動方法中最簡單直接的起動方式。起動時，通過電力設備和開關設備，直接將電能加到電動機的定子繞組上。這時，三相交流異步電動機起動電流較大，可達到額定電流的4～7倍，某些籠型異步電動機可達到8～12倍，甚至15倍。

對于經常起動的電動機，過大的起動電流將造成電動機發熱，影響電動機的使用壽命；同時電動機的繞組在電力的作用下，會發生變形，可能造成短路而燒壞電動機；電動機起動時過大的起動電流將會使供電線路的壓降增大，造成電網電壓顯著下降而影響電網的供電質量，有時甚至影響接在同一電網下的其他異步電動機的起動及工作，甚至無法帶負載起動。

一般規定，異步電動機的功率低于7.5kW時允許直接啟動。如果功率大于7.5kW，而電源總容量較大且符合下式要求，電動機也可以允許直接啟動。

K1=I1ST/I1N≤1/4[3+電源總容量（kV·A）/啟動電機容量（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的方法，通過減壓，把起動電力路I1ST限制到允許的數值。

2.減壓起動。

（1）電阻減壓或電抗減壓起動。電動機啟動過程中，在定子電路串聯電阻或電抗，起動電流在電阻或電抗上將產生壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，從而限制起動電流在有效范圍內。

上述起動方法具有啟動平穩、運行可靠、系統簡單等優點，如果用電阻減壓起動，還具有起動階段功率因數較高等優點。但是，電壓降低后，TST（轉矩）和電壓的二次方成正比的減小，因此兩種起動方法一般用在輕載起動的場合。電抗減壓起動通常用于高壓電動機，電阻減壓起動一般用于低壓電動機。但是，電阻減壓起動及電抗減壓起動由于成本較高，起動時電能損耗較多，因此實際應用不多。

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

自耦減壓起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應用很廣泛，有手動及自動控制線路。其優點是電壓抽頭可供不同負載啟動時選擇；缺點是體積大，質量大，價格高，需維護檢修。

（3）星-三角起動（Y-△）。星-三角起動也屬于降壓起動方法之一。適用這種起動方法的異步電動機在運行時是三角形的聯結方式，電動機每相定子繞組引出兩個接線端。在起動時，先將定子繞組做星形聯結，待轉速接近穩定時在切換為三角形聯結直至電動機穩定運行。

3.軟起動方法。

電阻/電抗減壓起動、自耦減壓起動和星-三角起動方法都屬于有級起動方法，起動平滑性不高。應用自動控制線路組成的軟起動器可以實現籠型異步電動機的無級平滑起動。一般軟起動器可分為磁控式和電子式兩種。磁控式軟起動器應用一些磁性自動化元件組成，由于其體積大、較笨重、故障率高，現已被電子軟起動器取代。

目前市場軟起動器的生產廠家很多，類型多樣。當籠型異步電動機不能采用直接起動方式起動時，應首先考慮采用電子軟起動的方式。電子軟起動方法也為智能控制打下了良好的基礎。

（二）三相繞線轉子異步電動機的啟動方法。

三相繞線轉子異步電動機有轉子串聯電阻及轉子串聯頻敏變阻器兩組起動方法。

繞線轉子異步電動機轉子串聯起動電阻，既可限制起動時轉子的轉子及定子電流，還能增大起動轉矩，減少起動時間，其較籠型異步電動機有更好的起動特性，適用于功率較大的重載起動。

當繞線異步電動機功率較大時，轉子電流很大，電阻逐段變化，轉矩變化較大，對機械沖擊較大，控制設備也較龐大，操作維修不變。采用頻敏變阻器代替上述起動電阻，則可克服上述缺點。頻敏變阻器的特點是其電阻值隨轉速上升而自動減小，使電動機能平滑起動。

繞線轉子異步電動機轉子串聯頻敏變阻器起動，具有結構簡單、價格便宜、制造容易、運行可靠、維護方便、能自動操作等多種優點，目前已獲得大量推廣應用。

通過對各種電動機起動方式的研究和計算，我們可以很好的使各種電動機在實際應用中發揮更高的效率，選取最適合的啟動方式和啟動設備。降低電動機在起動過程中的能耗和起動時間，減少對供電網絡的沖擊。隨著電子技術的發展，未來電動機控制技術將更加可靠、精準，設備更加輕便和便于維護使用。

參考文獻：

[1]《電機拖動》 北京大學出版社