浅谈软启动在船舶电机启动过程的应用

摘要：电机是一种利用电磁基本定律制成的能量转换装置，在国民经济的各个领域中都得到了广泛应用，在笔者所从事的船舶行业中，电机的应用也是相当的广泛。一艘现代化的船舶使用的电机往往不下数百台。例如，船舶需要自备独立的发电站，发电机是船舶发电站中的主要设备之一，各种甲板机械，为主机、辅机服务的泵、通风机等的原动机等等。

关键词：船舶 电机 启动

启动是指电机定子绕组接入电网后，转子从静止状态到稳定运行状态的过程。标志电机启动性能的主要指标是启动转矩倍数Mst / Mn和启动电流倍数Ist / In。通常要求电机具有足够大的启动转矩，以拖动机械负载较快地达到稳定运行状态，而启动电流不要太大，以免引起电网电压下降太多，影响电网上其他负载的正常工作，此外，还要求启动设备尽可能简单、可靠和经济。

一台普通结构电机如不采取任何措施直接投入电网启动时，情况恰好和上述要求相反，启动电流Ist很大，但启动转矩Mst却不够大。这点根据启动电流和启动转矩的转化等值表达式看出：

电机启动电流为：

电机启动转矩为：

上式表明：在一定的电源电压U1和频率f1下，适当地增大转子电阻r2'，既能降低启动电流Ist，又能增大启动转矩Mst ，是改善启动性能的最有效方法。但是，这只能用于绕线式转子，因为它能通过碳刷和滑环在转子电路中串加启动电阻。对于鼠笼式电机，转子电阻是固定的，增加转子电阻对启动有好处，但在正常运行时却增加了转子铜耗，使效率降低，在通常情况下是不可取的。因此传统的电机启动性能是不够理想的，本篇文章阐述通过改变传统的启动方法来优化电机启动性能。

相较于陆上电网，船舶电网具有容量小、负载变化频繁、电源与负载距离较近以及工作环境恶劣的特点，并且船上某些电机的功率与船舶电站运行发电机的功率可比拟，此类大功率电机（一般认为电机功率在发电机单机功率的10%以上时视为大功率电机）启动电流甚至都有可能超过发电机额定电流，对船舶电网的正常供电也会产生很大影响。

当前，船用发电机大多都装有自激恒压装置，因为它的瞬时电压变化率很小，容许直接启动的电机可达主发电机容量的60%，故船上的水泵、油泵、通风电机几乎采用直接启动。但对于大功率电机采用直接启动则会产生巨大的冲击电流，这种情况我们就可以考虑采用本文将要探讨的软启动来实施电机启动。

软启动是指电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩，达到平稳启动的目的。当启动开关闭合以后，电机电压就会增长到目标启动电压，目标启动电压可以给电机一个启动转矩让电机启动。当电压到达目标启动电压后，电压会逐渐增长至额定电压，启动电压和电压的增长率可以根据负载的转矩设定。电机的启动电流是由负载所需的启动转矩决定的，启动转矩与启动电压的二次方成正比，启动电压越小启动电流也就越小。所以软启动可以防止电网受到过高的冲涌电流的冲击，防止设备受到过大的机械振动。

对于额定功率远大于发电机单机容量的10%时，就应考虑采用软启动或变频启动的方式来降低启动电流。由于变频启动的成本比软启动高，如果对电机的控制没什么要求，单从降低电机启动电流的角度考虑，首选是软启动。采用软启动比采用普通的降压启动成本更低。

软启动电机的接线有三线制和六线制两种接法，其原理如下图。三线制是将软启动器的晶闸管接在电机三角形外部，控制电机的线电流；六线制是将软启动器的晶闸管接在电机三角形内部，控制的是三角形接法电机的相电流，由于线电流是相电流的

倍，所以同样的软启动器在采用六线制时可提高控制电流的

倍。这两种接法所采用的启动器价格有差别，一般来说，六线制使用的电缆成本高，但总的来看，采用六线制比较经济。各作业者应根据实际情况，最终决定是选择三线制还是六线制。如果采用六线制接法，还需要通知电机厂家，以便两边的信息匹配。

软启动与传统的区别：

1、无冲击电流

软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机启动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳启动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。

2、有软停车功能

即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。

3、启动参数可调

根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的启动电流。

大型电机的价值都很高，在船舶上也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软启动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。

参考文献：

[1]黄昆仑，朱正鹏，刘宗德编.船舶电站及其自动装置（第二版）.北京：人民交通出版社，1996.

[2]陆让之，张声钺，黄春兰编.船舶电机学.北京：人民交通出版社，1997.

[3]黄俊，王兆安编，电力电子技术.北京：机械工业出版社，2000.