交流电动机起动控制及软启动和变频器的应用

【摘 要】 介绍电动机起动过程中存在的问题、几种软起动方法及其优、缺点，最后提出了电动机最佳起动方式。

【关键词】 交流电动机 软起动 端电压 综合保护

1 前言

目前我厂各类在役电动机中交流电动机占99%以上，而交流电动机面临的最大问题是起动问题。它包括起动时电流及起动转矩冲击，以及很多大功率电动机因为起动困难，对电网的冲击也很大，因此只能尽量减少停机次数，从而造成能源的浪费。

2 电动机起动问题

三相交流电动机起动分为直接起动和降压起动。交流电动机直接起动又称全压起动，它是一种最简单的起动方法。起动时将全部电压直接加在电动机定子绕组上，起动电流将达到4～7倍的额定电流和过高的起动转矩，直接影响该电网上的其他电气设备运行。当全压起动的电动机容量愈大，供电变压器的容量越小，这种影响越显著。当电动机容量大于电力变压器容量的30%时，在全压起动的瞬间大电流冲击下，将引起电网电压的降低，影响到该电网内其他电气设备的正常运转。电压降低可引起电机本身起动无法正常运行，严重时可烧毁电动机，同时全压起动产生过高起动冲击转矩，还将会使连接件损坏，电动机机座变形，齿轮或齿轮箱损坏，传送带撕裂等。解决此类问题，一般生产机械及电力拖动电动机尽可能采用软起动方法，即适当降低电动机端电压，减少电动机起动电流及过大启动冲击转矩等，以避免拖动系统不必要的损坏。

3 交流电动机软启动

随着工业生产及工业生产机械的不断发展，即对电动机拖动的起动性能提出了越来越高的要求。（1）电动机要有足够大的并能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线；（2）起动设备尽可能简单、经济、可靠、起动操作方便，直接起动是最简单起动方式，但还要克服其起动电流大及转矩冲击大，对电网及拖动设备造成的危害；（3）起动电流和起动功耗尽可能小。综上软起动对交流电动机拖动的控制及保护是达到节能、简化控制、优化资源的重要手段。

交流电动机软启动方式：一般采用（1）传动降压起动；（2）电子晶闸管降压起动：（3）变频软起动。

3.1 传统降压起动

3.1.1 自耦变压器降压起动

定子通过自耦变压器连接到三相电源上，降低电动机定子绕组电压，以减小起动电流。当电动机起动后，再将其切除，其优点根据不同负载要求，起动电压可选择，缺点是当电动机容量较大时，变压器体积增大，成本高。目前我公司已全部淘汰此种起动方式。

3.1.2 Y-转换起动

所谓Y-转换起动，起动时定子绕组为Y形连接，起动完成后，正常运行时为形连接。星形连接起动时起动电流和起动转矩为三角形连接的三分之一。同时由于从星形转换为三角形过程中会出现二次冲击电流以及冲击转矩等问题。适用于轻载或空载起动的场合，接线时还应该注意Y-连接时要保证其旋转方向的一致。优点是线路较简单，投资少，缺点是转矩特性差。

3.1.3 串电抗器或水电阻降压起动

即在定子回路绕组中串联电抗器或水电阻从而实现降压起动，减小起动电流，待起动完成后再将其切除。但由于电抗器成本高，水电阻损耗大，故一般在电动机空载或轻载运行时可利用串电抗器降压起动。由于维护复杂，空间、环境等因素，我们公司没有采用过此种降压起动方式。

3.2 晶闸管降压起动

晶闸管降压起动又称“软启动器”，它采用三对反并联的晶闸管，串接于三相电源与电动机定子回路上。利用晶闸管移相控制原理，通过微处理器的控制来改变晶闸管的开通程度，使电动机输入电压按预设的函数关系逐渐上升。

起动时，电动机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐增大，直至达到满足起动转矩的要求而结束起动过程。当起动完成后，软启动器输出额定电压，旁路接触器接通，电动机进入稳态运行状态。

停机时，先切断旁路接触器，然后软启动器内的晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相电压逐渐减小，电动机转速逐渐减小到零，完成停机过程。我公司现降压起动都采用此种方法，它是集电动机软启动、软停车和多种保护功能于一体的电动机控制装置。软启动器在晶闸管两侧装设的旁路接触器，保证了晶闸管仅在起动、停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热，同时还可以避免在电动机运行时软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。缺点：价格高，晶闸管还可以引起高次谐波。软起动器的广泛应用，标志着电动机控制技术由传统的电器控制时代进入了电子智能化控制时代。

3.3 变频软启动

即采用电压频率按比例平滑上升的VVVF控制的基本原则，在起动过程中不存在大的转差功率，有利于电动机平稳起动，从而实现降压起动，消除了起动冲击，避免起动功耗，且可控制起动速度，是一种真正的平滑起动方式。它可以在限流同时保持高的起动转矩，具有保护功能强大的特点。缺点：价格高，对电网来说它可是谐波污染源，但我们利用电抗器和有源滤波器抑制谐波。虽然他也是一种软起动装置，但更广泛应用在变频调速。我们公司现在将负荷变化较大的电动机都采用变频控制。不仅可以减少对电网冲击，还达到了节能的目的。

4 结语

综上所诉：传统的降压起动设备，其目的减少了起动电流和功耗，但同时降低电动机起动转矩，起动效果差，并且产生二次电流冲击、故障率高、使用受限等问题，但投资少，不会产生谐波；电子晶闸管降压软启动有较好的起动特性，起动参数可调，一定程度上可解决轻载起动设备起动冲击问题。不足之处不宜作随载降压节能设备用，且达不到电磁兼容的要求，另外存在价格高等问题；变频软起动其具有调速、节能、保护等优点，它以微电脑全数字节能化控制，对电动机提供全方位服务，不愧为电动机综合节能保护的优选产品。

参考文献：

[1]方圆编著.变频器应用及维护.中国电力出版社.

[2]任致程.任国雄编.电动机软起动器实用手册.中国电力出版社.

[3]周四六主编.机电控制基础.化学工业出版社.