鼠笼式交流异步电动机起动技术

 

0 概述：

三相鼠笼式交流异步电动机因其结构简单，性能稳定及无需维护等特点，在各个行业中得到了广泛的应用，但由于其在起动过程中会产生过大的起动电流，会对电网和其他用电设备造成冲击，受电网容量限制和保护其他用电设备正常工作的需要，要在电机起动过程中采取必要的措施。总的来说，在不需要调速的场合，考虑经济的因素，异步电动机的起动可以有两种方法：直接起动和降压起动。

1 直接起动

直接起动也就是全压起动，起动方法简单，但交流异步电动机的起动电流特别大，可达到额定电流的4~7倍，对于国产电动机的实际测量，某些笼形异步电动机甚至可达到8~12倍。过大的起动电流会造成电动机发热，影响电动机寿命；电动机绕组（特别是端部）在电动力作用下，会发生变形造成短路而烧坏电动机；过大电流会使线路压降增大，造成电网电压下降而影响到同一电网的其他用电设备的工作。所以，一般情况下规定，异步电动机的功率低于7.5KW时允许直接起动，如果功率大于7.5KW，在条件不允许的情况下，就需要采用其他方法进行起动。

2 降压起动

（1）电阻降压起动

起动原理如图1所示。

简介：电阻降压起动就是通常所说的定子串电阻起动。在定子电路串联电阻，起动时电流会在电阻上产生压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也从而得到减小。起动时，Q1闭合，Q2断开，起动完成后，闭合Q2。

优点：起动平稳，运行可靠，结构简单，如果采用电阻降压起动，在起动阶段功率因数较高。

缺点：由于起动转矩和定子电压的平方成正比，所以起动时电压降低将造成起动转矩减小，适用于轻载和不频繁起动的场合；起动时电能损耗大，起动成本高。

（2）自耦降压起动

起动原理如图2所示。

简介：自耦降压起动利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流。自耦降压起动的起动电流参照式（1-5），起动电压参照式（1-6），起动转矩参照式（1-7）。

I₁=(w₂/w₁)² （1-5）

U_x=(w₂/w₁) U₁ （1-6）

T=(w₂/w₁)² T_st （1-7）

为满足不同负载要求，自耦变压器的二次绕组一般有三个抽头分别为电源电压的40%、60%、80%（55%、64%、73%）。

优点：三个电压抽头适合不同负载起动时选择；可以适用于较大容量电动机；

缺点：体积大，质量大，价格高，需要维护检修。

（3）星----三角起动

简介：星—三角起动要求电机每个绕组有两个出线端，共6个出线端。起动时接成星形，起动完成后必须为三角形。起动时连接成星形的定子绕组电压与电流只有三角形连接时的1/1.732。连接成星形起动时的线电流只有连接成三角形直接起动线电流的1/3；起动转矩和电压平方成正比，因此也是直接起动转矩的1/3。

优点：体积小，重量轻，运行可靠，检修方便。

缺点：只适用于正常运行时接成三角形的电动机；只适用于轻载或空载起动；起动电压是定值，不能根据负载调整。

（4）延边三角形起动

简介：起动时将1、2、3三个出线端接电源；4、5、6分别与8、9、7相连，就构成了延边三角形连接法。此时相电压有所降低，起动电流也随之下降，相电压是随着电动机绕组不同的抽头比例而变化的。根据实测，当抽头比例为1：1时，电动机堵转状态下测得的相电压为264V左右。采用不同的抽头比例，就可以获得不同的起动转矩。

优点：体积小，质量小，允许经常起动，适用于重载起动。

缺点：接线复杂。

（5）串饱和电抗器起动

简介：饱和电抗器是带有直流励磁绕组的交流电抗器。改变直流励磁电流就可控制铁心的饱和程度，从而改变交流电抗值。铁心饱和时交流电抗很小，因而电动机所得电压高；铁心不饱和，交流电抗大，因而定子电压降低，实现降压起动。设备庞大笨重。

（6）晶闸管交流调压器起动（交流软起动器起动）

A、软起动器的性能特点：

（1）限制线路电压降，降低电流峰值；采用不同的起动方式，软起动可以避免起动时的电流冲击，不会造成大的电压降落。如果对于电源容量不够的场合，直接起动会造成线路上大的电压降落和损耗。可以保证电网电压的稳定，提高供电设备的使用寿命，减小对负载的冲击。

（2）根据负载不同可以灵活选择多种起动和停止方式。

（3）晶闸管是一个无触点开关，对于接旁路接触器的软起动，其使用寿命长，且免维修。

（4）单个软起动可带多台负载，从而比较经济实用，这是其他降压起动方式不能实现的。

（5）可以实现运行中设备的监控保护和快速故障检测，实现软停车，泵停车，制动停车以及准确停车功能。

（6）采用微处理器控制，性能可靠，易于实现网络化和智能化。

（7）接线简单，维护方便，体积小。

B、起动方式、运行方式、停车方式介绍：（图8）

（1）起动方式：

电压斜坡：从初始电压开始以线性斜坡的方式增加电动机上的电压，直到额定电压。

限流起动：使电动机在起动时的电流最大不超过预先设定的电流值。

脉冲突跳起动：如皮带传送机、挤压机和搅拌机等的静阻力矩比较大，通过脉冲突跳可以施加一个短时的大起动力矩，以克服大的静摩擦力。

斜坡+限流起动：电压斜坡起动和限流起动的两种组合。

（2）运行方式：

接旁路接触器运行：软起动器起动完成后用旁路接触器代替工作，以降低晶闸管的热损耗，提高系统的工作效率。

轻载节能运行：电动机负荷较轻时，软起动器自动降低施加与电机定子上的电压，可以减小电动机的铜损和铁损，节约能量。

（3）停车方式：

软停车：晶闸管接收到停机信号后，由导通角控制电机侧电压由全压经过一定时间减小，从而实现软停车的目的。适用于皮带机、升降机等。

快速停车：停车后，向电动机输入直流电源，使电动机工作于能耗制动状态，适用于快速停车的场合。而且不需要其他附加接触器和电源设备。

准确停车：包括了从全速到慢速再到制动定位的过程。适用于球蘑机的加料定位。

泵停车：为了避免水泵的“水锤效应”，电动机的速度必须平滑下降，通过控制软起动导通角来控制电压，使其能够满足泵停车时的曲线，达到最佳停车效果。

3 小结

随着电力电子技术和微处理器技术的不断发展，软起动器从生产工艺、使用性能都得到了很大提高，成本不断降低，逐渐取代了传统的自耦式、星/三角等降压起动方式。比较各种起动方法，在目前对于系统的可靠性、智能化、网络化等的要求不断提高，采用交流软起动器作为电机的起动设备，不失为一种既可靠又经济实用的方式。

 

作者：原红亮 西安西普电力电子有限公司