三相异步电动机在工业生产应用中的启动分析

摘要 本文对电力拖动中三相异步电动机的启动方法进行了分析。

随着国民经济的发展，我国的电气自动化水平不断提高，传统的电力拖动控制方式被现代化的精确控制系统所取代，带来了生产工艺的重大改进；电动机作为动力系统的执行装置是重要的动力装置，分为直流电动机和交流电动机，直流电动机结构复杂、制造成本高、维护不方便已经不能够适应实际应用的需要，应用最多的交流电动机以三相异步电动机为主，其特点主要是具有结构简单、维护简单、经济性好，制造方便、等，广泛应用于现代化工业领域及民用设备中。电力拖动系统中电动机的启动是我们应用中的控制的重点，启动时会对电网造成较强干扰，尤其是大功率电动机的重载启动，可能对设备构成严重威胁。各种各样启动方式在实际应用中要进行科学选择，下面主要对软启动方式进行分析。

关键词 变频器；软启动器；三相异步电动机

中图分类号TM320 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0070-02

三相笼型转子异步电动机的传统启动方式直接启动就是把电机的定子绕组直接接到额定电压的电网上，是三相异步电动机启动中应用最多的一种，也是启动方式中最简单、直接的一种，一般7.5kW以下电机允许直接启动，对小电机来说直接启动占有绝对优势。然而对较大功率的电机，如果直接启动会造成电网供电的较大压降，从而影响电网中其它设备的正常运行。对于经常启动的较大电机，过大的启动电流会造成电机发热，影响电机寿命，同时电机绕组在电动力的作用下会发生变形，可能造成短路而烧坏电机。在直接启动方式下，启动电流约为标称电流的5倍～8倍，启动转矩约为标称转矩的1.5倍～2.0倍。三相异步电动机的启动方式有自耦变压器降压启动、星三角降压启动、延边三角形降压启动、软启动器启动、变频启动等，而对绕线式交流电动机，常采用转子串接频敏变阻器启动，由于串变阻会产生电能损耗，另外串联电阻也容易产生故障降低系统的稳定性，可靠性这种启动方式一般只用于空载及轻载启动。

在自耦变压器降压启动的控制线路中，限制电动机启动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。自耦变压器的初级和电源相接，自耦变压器的次级与电动机相联。自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压。使用时，可根据启动电流和启动转矩的要求灵活选择。电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦启动完毕，自耦变压器将被切除，电动机直接接到电源，即得到自耦变压器的一次电压，电动机进入全压运行。通常称这种自耦变压器为启动补偿器。但是自耦变压器体积大，价格高，也不能拖动重负载启动。

星三角降压启动。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制启动过程。所不同的是，在启动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），减小了启动电流对电网的影响。而在其启动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V），电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。

延边三角形启动是在星三角启动方法基础上加以改进的一种新的启动方法。它是利用电机引出的九个出线端（即每相定子绕组多引出一个线端）的特定接法，达到降压启动的目的。电机启动时，定子绕组作延边星形连接，待转速增加到接近额定转速时，再换接为三角连接，电机就进入正常运转状态。 由于采用延边三角形降压启动的三相交流鼠笼式异步电动机的三相定了绕组比一般的多了三个中间抽头，结构复杂，电动机须专门生产，从而限制了此方法的实际应用。

软启动器（国外称为Soft Starter）是一种新颖电机控制装置，其集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

电子软启动器相对于传统的启动方式，其突出的优点体现在：软启动器是无级调节的，能够连续稳定调节电机的启动，而传统启动的调节是分档的，即属于有级调节范围；软启动器在启动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机启动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。软启动器可以引入电流闭环控制，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳启动；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，节省电能。另外软启动器具有较好的保护功能：

1）过载保护功能：软启动器引进了电流控制环，电机电流的变化状况可随时跟踪检测。通过反时限控制和增加过载电流的设定来实现过载保护功能，使电机过载时，发出报警信号并自动关断晶闸管；2）缺相保护功能：工作时，三相线电流的变化可通过软启动器随时检测到，断流一旦发生，便会立刻作出缺相保护反应；3）过热保护功能：晶闸管散热器的温度由软启动器内部热继电器检测，散热器温度一旦超过允许值后晶闸管会自动关断，报警信号也一并发出；4）其它功能：通过电子电路的组合还可实现种种联锁保护功能。

与变频启动方式比较软启动是使用降低输入电流的办法，使电机缓慢克服电机静态力矩，进入额定转速。变频器启动是利用变频器内部的微处理器改变输出电压和频率，由低频低电压逐步上升达到额定频率额定电压，使电机进入额定转速。软启动器每相都是单相可控硅的反并联，降压限流3倍～5倍的启动电流，启动方式可选，检测保护也算完善，启动完备要切换旁路接触器；变频器才是真正意义上的软启动器，变频器的启动也才是正真意义上的平滑，转速由零到额定转速是平滑直线，保护监测功能完美，调速方便！变频器一般都是交直交为基本结构。变频器启动电机可以在额定电流下启动电机，转速平稳上升，分档使用和线性调速使用。变频相比软启动更稳定，对电机保护性更好，但成本不同。变频器启动方式主要缺点是对电网污染较大。

对于电力拖动系统中电动机的启动方式，软启动与变频器启动已经成为应用的主要趋势，但他们都有各自的优缺点，在实际应用中还要根据不同的应用场合选择，主要从经济性和对电源质量影响的要求方面进行考虑，传统方式的星三角等启动方式在一些系统中也有应用，设计及应用中主要还是参考到经济性原则。

参考文献

[1]胡泓，姚伯威.电机一体化原理及应用[M].国防一出版社，1996.

[2]马志源.电力拖动控制系统[M].科学出版社，2005.

[3]张大可，卢蕉人.现代电子电工手册[M].福建科学技术出版社，1999.