王海霞

（江西氣體壓縮機有限公司，江西贛州 341000）

電動機啟動方法的分析和比較

王海霞

（江西氣體壓縮機有限公司，江西贛州 341000）

電動機的啟動不僅需要具備較大的啟動轉(zhuǎn)矩，還要求啟動電流小、操作簡單、功率損耗小，通過對幾種電機的啟動方法進行比較，分析不同啟動方法的工作原理和它們的優(yōu)點和缺點，以及使用不同啟動方法對電動機和電網(wǎng)系統(tǒng)其他設(shè)備產(chǎn)生的影響。

電動機；全壓啟動；降壓啟動；軟啟動

電動機從連接電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動到運行正常的過程即為電動機啟動，電動機按照其啟動和運行的方式劃分主要包括電容啟動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電機、電容啟動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機[1]。電動機啟動時若電流過大會對電網(wǎng)設(shè)備以及電動機本身有較大影響，電動機啟動方法對電網(wǎng)電流有著直接影響，需要選擇合適的啟動方法，保障電動機和電網(wǎng)其他設(shè)備的運行安全。

1 電動機全壓啟動

全壓啟動是指將電動機直接投入電網(wǎng)，將電動機的功率直接開啟為最大進行啟動，這種啟動方式對企業(yè)自身的電能來源和系統(tǒng)承受電能波動的要求較高。電動機以直接全壓的方式啟動時，會產(chǎn)生較大的啟動電流，進而產(chǎn)生較大的電壓，造成電網(wǎng)電壓波動幅度大，當超過標準要求的電壓變化比值10%時，對系統(tǒng)上的電子設(shè)備會產(chǎn)生負面影響。在電網(wǎng)上產(chǎn)生的諧波電流不僅會影響設(shè)備的使用壽命，還可能造成電網(wǎng)系統(tǒng)中的繼電保護裝置誤動、干擾通信信息等。再者，電動機直接全壓啟動往往會產(chǎn)生操作過電壓，使變壓器等電子設(shè)備絕緣破壞，對電網(wǎng)的安全運行存在較大威脅。當然，全壓啟動也有著一定的優(yōu)勢，例如其操作簡單、易于維護，設(shè)備投資費用低，設(shè)備故障率低等。

2 電動機降壓啟動

當電網(wǎng)系統(tǒng)中電源容量較小，無法滿足電動機全壓啟動時，需要減小電流，降低電壓進行降壓啟動。降壓啟動即在電動機啟動時采取一定的措施和設(shè)備，降低電網(wǎng)中的電流和電壓，促使電動機轉(zhuǎn)矩變小。

（1）定子回路串電阻降壓啟動

在定子回路中串連合適的電阻，電動機啟動時系統(tǒng)自動連上電阻，當電動機運行穩(wěn)定后系統(tǒng)自動斷開電阻，即定子回路串電阻降壓啟動法。當電動機啟動時電壓較大，串入一定的電阻，能將電流降低到系統(tǒng)承受范圍內(nèi)，保證電網(wǎng)安全運行，隨著電動機運行的穩(wěn)定，電壓隨之穩(wěn)定，斷開電阻，減少電能消耗[2]。

使用定子回路串電阻降壓法啟動的特點是啟動電流較大、啟動轉(zhuǎn)矩小，能適用于較小的異步電動機。電動機不僅啟動平穩(wěn)，有利于保障電網(wǎng)及設(shè)備安全，其構(gòu)造簡單，操作比較方便。但是由于啟動電阻的存在，將使設(shè)備體積增大，會消耗一定的電能，若電阻較大則會產(chǎn)生更大的電能消耗，目前已較少采用。

（2）自耦變壓器降壓啟動

在電路中安裝自耦變壓器，通過變壓器對電動機啟動時的電壓進行調(diào)節(jié)，一般在變壓器的高壓側(cè)連接電源，在低壓側(cè)連接電動機，當電動機啟動時，通過變壓器將電源端的電壓降低，使電流通過變壓器后降低，保證電動機啟動時的電網(wǎng)電流較低，同時減小電動機啟動轉(zhuǎn)矩。自耦變壓器降壓啟動也稱為補償啟動，通常在變壓器中存在兩三個抽頭，能夠根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的容量、電動機啟動時的電流、電動機負載轉(zhuǎn)矩的需要來選擇。

使用自耦變壓器降壓啟動方式較定子回路串電阻降壓啟動方式啟動電流更小，當阻力矩較大時選擇自耦變壓器啟動更加合適，自耦變壓器降壓啟動的最大優(yōu)點是啟動轉(zhuǎn)矩較大，當其繞組抽頭在80%處時，啟動轉(zhuǎn)矩可達直接啟動時的64%，且適用于不同負載降壓啟動。但是自耦變壓器也存在自身的缺陷，如電動機啟動時變壓器的抽頭和開關(guān)切換時容易出現(xiàn)電動機短時斷電，造成電動機轉(zhuǎn)矩突變；使用自耦變壓器也會產(chǎn)生操作過電壓，對電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生危害。另外自耦變壓器的體積大，占地面積大，價格高，操作復(fù)雜，維護工作量大，且不能頻繁啟動。需要根據(jù)實際需要選擇，目前這種降壓啟動方式采用較廣。

（3）Y—△降壓啟動

Y—△降壓啟動即星形—三角形降壓啟動，也稱為星—三角啟動。當電動機啟動時，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將電動機定子繞組連接成星形，則啟動時其定子繞組上所加的電壓僅為正常運行的倍，降低了啟動電壓；當電動機運行穩(wěn)定后，再次通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將電動機定子繞組連接成三角形，將線電流降低，故稱星形—三角形降壓啟動，使用這種啟動方法能將電動機啟動時的電流控制在未使用前的1/3，進而也降低了電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。

Y—△降壓啟動方式無需專門啟動設(shè)備，不僅能有效降低電動機啟動電壓和電流，而且體積精小，結(jié)構(gòu)也比較簡單，操作維修難度系數(shù)低，可以較頻繁的啟動。但是這種降壓啟動方式只能將啟動電壓固定地降低為額定電壓的1/3倍、啟動電流固定地降低為全壓啟動電流的1/3倍、啟動轉(zhuǎn)矩固定地降低為全壓啟動轉(zhuǎn)矩的1/3倍。電動機的轉(zhuǎn)矩降低的幅度太大，較適用于空載啟動或者輕載啟動。

（4）延邊三角形降壓啟動

延邊三角形降壓啟動方式是在Y—△降壓啟動方法的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，相對Y—△降壓裝置，延邊三角形降壓方法要求在電動機的每相繞組上增加一個抽頭，在三相繞組中最終存在9個出線端。當電動機啟動時，電動機定子繞組的一部分連接成為三角形，三相繞組形成延邊三角形；當電動機運行穩(wěn)定后，調(diào)動抽頭的位置，使三相繞組連接為三角形，中間部分的抽頭空閑，不投入使用，從而變更繞組的Y和△部分的匝數(shù)，達到改變電壓和電流大小的目的。

延邊三角形降壓啟動方法具有自耦變壓器及星三角啟動方式兩者的優(yōu)點：啟動電流小、啟動轉(zhuǎn)矩較大。即相對Y—△降壓啟動方法對電動機啟動轉(zhuǎn)矩的降低程度較小，它能夠滿足重載啟動。另外延邊三角降壓啟動設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，能夠有效節(jié)省材料，有效降低啟動電壓和電流，并能夠經(jīng)常啟動。但是，延邊三角形降壓啟動方法適用于定子繞組為三角形接線且有9個出線頭的電動機，需要在電動機內(nèi)進行復(fù)雜的接線，不便于安裝。

3 電動機軟啟動

電動機軟啟動方式是在電動機之間串接軟啟動器，軟啟動器控制自身內(nèi)部的晶閘管導(dǎo)通角，從而對電壓和電流進行調(diào)控。當電動機啟動時，軟啟動器控制晶閘管導(dǎo)通角，使電動機的輸入電壓從零逐步增加，適應(yīng)電動機啟動的變動和轉(zhuǎn)矩的逐步增加速度，當電動機運行穩(wěn)定后，軟啟動器對電動機提供全電壓。

（1）中壓變頻器

使用中壓變頻器作為軟啟動裝置能夠根據(jù)電動機啟動需要，對電壓和電流進行調(diào)節(jié)，不僅啟動性能好，而且很少出現(xiàn)操作過電壓。但是目前使用范圍狹窄，一方面由于中壓變頻器的價格較高，投入成本較大，另一方面當前中壓變頻器的技術(shù)尚不成熟，維修難度大，技術(shù)要求高[3]。

（2）可控硅串聯(lián)技術(shù)

使用可控硅進行串聯(lián)作為軟啟動裝置，能有效防止過電壓，對電動機的輸入電壓可以從零開始連續(xù)調(diào)動，保證啟動電壓符合電動機啟動的要求，與電動機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動的速度協(xié)調(diào)。但是這種裝置對元件的性能要求較高，在使用過程中元件會出現(xiàn)性能減退現(xiàn)象，得不到及時維護時甚至造成元件損壞，影響裝置的運行，降低裝置的可靠性。另外，元件的價格較高，損壞后的元件極難修復(fù)，只能進行更換，產(chǎn)生更高的費用，因此可控硅串聯(lián)技術(shù)作為軟啟動裝置的應(yīng)用目前比較局限。

（3）水電阻和液變電阻

使用水電阻作為軟啟動裝置，主要依靠移動極板和大電流使極板表面的水汽化，從而形成較大的電阻，達到控制電動機啟動電流的目的。使用液變電阻作為軟啟動裝置則是主要是摻入一定的雜質(zhì)增大電阻，或變更極板的大小，或啟動時的大電流促使極板附近的水汽化，從而產(chǎn)生較大的電阻，調(diào)節(jié)電流。使用水電阻或液變電阻作為軟啟動裝置，需要將這些電阻串接在定子回路中，與降壓啟動方式中的定子回路串入電阻方法類似。這兩種裝置雖然能夠有效控制啟動電壓和電流，但是對環(huán)境溫度較為敏感，容易受外界環(huán)境的影響，尤其表現(xiàn)在水的汽化對電阻產(chǎn)生的影響，造成電壓電流控制精確度低[4]。另外使用這兩種裝置消耗的電能較大，且水溫上升快，連續(xù)啟動有限。

（4）開關(guān)變壓器

采用開關(guān)變壓器式中壓電動機軟啟動裝置，主要是通過開關(guān)變壓器對高壓和電動機啟動需要的低壓進行隔離，變壓器的低壓繞組與可控硅相連，受控制系統(tǒng)控制，當電動機啟動時，控制系統(tǒng)改變變壓器低壓繞組上電壓以實現(xiàn)對高壓繞組電壓的改變，進而實現(xiàn)對電動機輸入電壓的控制，實現(xiàn)軟啟動。開關(guān)變壓器在使用中工作狀態(tài)單一，損耗少，可靠性高，另外可控硅控制技術(shù)比較成熟，有利于開關(guān)變壓器投入使用，但是其技術(shù)要求較高。

由于啟動器采用電子式電路，可以相對比較容易地通過安全和事故指示燈增強其基本功能，改善電動機的保護，簡化故障查找，如失相、過電流和超高溫保護，以及正常運行、電動機滿電壓和某些故障指示。像斜坡電壓和初始電壓等所有設(shè)定值都可以很容易地在啟動器面板上設(shè)定。

另外，軟啟動器除了完全能夠滿足電動機平穩(wěn)啟動這一基本要求外，還具有很多優(yōu)點，比如可靠性高、維護量小、電動機保護良好以及參數(shù)設(shè)置簡單。電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網(wǎng)的沖擊，同時，還能實現(xiàn)直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

隨著我國工業(yè)化規(guī)模的不斷擴大，大型動力設(shè)備應(yīng)用的急劇增加，電動機得到了廣泛應(yīng)用。在對電動機啟動方法的綜合指標進行比較的基礎(chǔ)上，認為開關(guān)變壓器技術(shù)應(yīng)用于中壓電動機軟啟動是目前啟動方法中的首選方法。另外在工程應(yīng)用中，當電動機在直接起動不能滿足要求時，首先應(yīng)考慮的是電子軟啟動器。

［1］穆素祥.異步電動機的啟動方法分析［J］.山西煤炭，2011（31）：50-52.

［2］吳錦洪.感應(yīng)電動機啟動方法探究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2010（14）：60-62.

［3］馮權(quán).中壓電動機啟動方法對比與分析［J］.科海故事博覽·科技探索，2012（11）：164-165.

［4］裴文彬.淺談三相籠式異步電動機啟動方法的選用［J］.科學大眾：科學教育，2012（06）：125.

Analysis and Comparison of Motor Starting Method

WANG Hai-xia
（Jiangxi Gas Compressor Co.，Ltd.，Ganzhou 341000，China）

The motor starting not only needs larger starting torque，but also requires small starting current，simple operation，small power loss，the article compared several motor starting methods，analyzed the working principle of different starting methods and their advantages and shortcomings，and the affecting of different methods for starting motors to other equipment grid system.

motor；full pressure start；buck starts；soft start

TM32

A

1009－9492(2014)02－0032－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.009

王海霞，女，1979年生，山東紀臺鎮(zhèn)人，大學本科，工程師。研究領(lǐng)域：電氣工程及其自動化。

(編輯：阮 毅)

2013－08－31