低壓交流電動機的起動

　　1 引言

　　自從有了交流異步電動機，人們就不斷研究它的起動方式。經(jīng)過七、八十年的更新?lián)Q代，到今天已經(jīng)發(fā)明了幾十種起動方法。每一次技術(shù)的更新都代表了人類對新科學(xué)技術(shù)的探索和進(jìn)步，就如同生物細(xì)胞新陳代謝一樣，不斷更新自己，保障自己肌體的健康與活力。

　　交流異步電動機分鼠籠型和繞線型，在電壓等級上又分高壓電動機和低壓電動機。現(xiàn)在市場上也流行著很多種起動方式，如何選擇一種經(jīng)濟合理的起動方式就成了低壓交流電機控制中的一個棘手問題。筆者就現(xiàn)在市場上流行和應(yīng)用的諸種低壓鼠籠型交流異步電動機起動方式進(jìn)行分類研究，同時說明它們的應(yīng)用價值和和各自的優(yōu)缺點。

　　2 低壓電動機起動方式的選擇

　　2.1 gb50055-93中的規(guī)定

　　在《通用用電設(shè)備配電設(shè)備設(shè)計規(guī)范》gb50055-93中規(guī)定：

　?。?） 電動機起動時，其端子電壓應(yīng)能保證機械要求的起動轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作;

　　（2） 交流電動機起動時，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　在一般情況下，電動機頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%;電動機不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%;配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，且電動機不頻繁起動時，不應(yīng)低壓額定電壓的80%;配電母線上未接其他用電設(shè)備時，可按保證電動機起動轉(zhuǎn)矩的條件決定;對于低壓電動機，尚可保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

　?。?） 籠型電動機和同步電動機起動方式的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　當(dāng)符合下列條件時，電動機應(yīng)全壓起動：

　　電動機起動時，配電母線的電壓符合2款規(guī)定;

　　機械能承受電動機全電壓起動時的沖擊轉(zhuǎn)矩;

　　制造廠對電動機的起動方式無特殊規(guī)定。

　　當(dāng)不符合全壓起動的條件時，電動機宜降壓起動，或選用其他適當(dāng)?shù)钠饎臃绞健?/FONT>

　　當(dāng)有調(diào)速要求時，電動機的起動方式應(yīng)與調(diào)速方式相配合。

　　2.2 jgj/t 16-92中的規(guī)定

　　在中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》jgj/t

　　16-92中規(guī)定：由城市公用低壓網(wǎng)絡(luò)直接受電的場合，電動機允許全壓起動的容量應(yīng)與地區(qū)供電部門的規(guī)定相協(xié)調(diào)。如當(dāng)?shù)毓╇姴块T對允許鼠籠型電動機全電壓起動容量無明確規(guī)定時，可按下述條件確定：由公用低壓網(wǎng)絡(luò)供電時，容量在11kw及以下者，可全壓起動;由居住小區(qū)變電所低壓配電裝置供電時，容量在15kw及以下者可全壓起動。

　　以上是國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對電動機起動的要求。設(shè)計人員最容易考慮到的是電氣參數(shù)，而容易忽略的是“機械能承受電動機全電壓起動時的沖擊轉(zhuǎn)矩”。這條規(guī)定的含義：一是電動機全壓起動時的沖擊轉(zhuǎn)矩不能造成機械設(shè)備的可靠性滿足不了要求;二是要考慮由于全壓起動時的沖擊轉(zhuǎn)矩使得機械設(shè)備壽命的降低或故障率的增加而帶來的損失高于增加降壓起動設(shè)備帶來的投資。

　　如在皮帶運輸機中的應(yīng)用中，造成皮帶損壞的原因是皮帶的運行磨損和起動瞬間皮帶與物料的磨損，再就是起動瞬間對皮帶的拉松。由于皮帶價格比軟起動器還要高，所以一般15kw以上的皮帶機應(yīng)采用軟起動相對于全壓起動對皮帶造成的損壞更為經(jīng)濟，同樣算法，45kw以上的水泵或風(fēng)機采用軟起動更經(jīng)濟。再加上有色金屬價格的上漲，軟起動器的成本已經(jīng)低于自耦變壓器的成本。尤其現(xiàn)在軟起動器技術(shù)發(fā)展到今天，由于良好的起動效果與經(jīng)濟性幾乎全部占領(lǐng)了降壓起動的場合。

　　2005年tjnr1000型在線運行微功耗軟起動器的產(chǎn)生更是給電動機的起動方式帶來了一次革命，它不需要加旁路接觸器，使得系統(tǒng)成本大大降低，而且可靠性高于接觸器，尤其大功率型號的價格已經(jīng)和進(jìn)口的接觸器相差無幾，而能耗比接觸器節(jié)省60%以上，使得運行更經(jīng)濟，對于改善電動機的起動起到了更好的促進(jìn)作用。

　　3 降壓起動器

　　低壓鼠籠型交流異步電動機額定參數(shù)在3kw及以下的系列中繞組額定電壓是220v，3kw以上的系列中繞組額定電壓是380v，一般來講在低壓電機起動方式的選擇時，都是優(yōu)先選擇全壓起動，而在實際應(yīng)用中如果條件不滿足前述電機全壓起動的電氣或機械要求時，就需要采用降壓起動也就是軟起動方式。降壓起動經(jīng)常應(yīng)用的有如下幾種起動器類別。

　　3.1 自耦變壓起動器

　　自耦變壓起動器是利用自耦變壓器的降壓原理來實現(xiàn)對電動機繞組電壓的降壓，如圖1所示。在過去的幾十年里人們多數(shù)采用了此種起動方法，標(biāo)準(zhǔn)的起動電動機用的自耦變壓器設(shè)有兩個抽頭，一個是80%的額定電壓，一個是65%的額定電壓，人們常用的是65%額定電壓的抽頭。它的起動轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的0.4225倍，起動轉(zhuǎn)矩比“y-△”起動器大，所以此種降壓起動方式應(yīng)用較多。缺點是電壓有級跳躍，起動電流有跳躍，電動機的轉(zhuǎn)矩有跳躍。

　　圖1 自耦變壓起動原理圖

　　3.2 “y/△”起動器

　　圖2 “y/△”起動原理圖

　　“y/△”起動器是利用“相-線電壓變化”的原理來實現(xiàn)對電動機繞組電壓的降壓，如圖2所示。在過去的幾十年里，也有相當(dāng)數(shù)量采用了此種起動方法，它是用三只接觸器來實現(xiàn)對電動機的繞組電壓由線電壓變?yōu)橄嚯妷?。它的起動轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的1/3倍，起動轉(zhuǎn)矩比自耦變壓起動器小，所以此種降壓起動方式應(yīng)用較少于自耦變壓起動器。缺點是電壓有級跳躍，起動電流有跳躍，電動機的轉(zhuǎn)矩有跳躍。它和自耦變壓起動器相比造價正好節(jié)省一臺自耦變壓器的價格，因為“y/△”起動器到電動機需要六根動力接線，所以在系統(tǒng)造價方面不一定節(jié)省。它主要用在對起動轉(zhuǎn)矩要求不高且起動器到電動機的供電距離較近的場合。

　　3.3 磁控型軟起動器

　　圖3 磁控型軟起動器原理圖

　　為了解決降壓起動時電壓有級跳躍和轉(zhuǎn)矩有級跳躍的問題，在上個世紀(jì)90年代人們發(fā)明了磁控式軟起動器，它是采用磁阻抗的原理來達(dá)到降壓升壓無級變化的目的，它是自耦變壓起動器的改進(jìn)如圖3所示。磁控型軟起動器是在一定的范圍內(nèi)能夠達(dá)到電壓連續(xù)可控。磁控型的軟起動器分線式繞組和箔式繞組，箔式繞組從理上講由于箔式繞組的容抗對無功電流的補償，所以起動時，在同等起動電流的前提下轉(zhuǎn)矩大于線式繞組。由于線式繞組磁控軟起動器在上個世紀(jì)末被旁路型軟起動器所淘汰，箔式繞組磁控軟起動器是本世紀(jì)初的專利技術(shù)，由于磁控型的概念被人們認(rèn)為是一種落后的產(chǎn)品，所以市場上已不多見，實際上它已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，起動轉(zhuǎn)矩高于所有的軟起動器，對于僅考慮電網(wǎng)沖擊或降壓起動有困難的場合是比較理想的產(chǎn)品。它的優(yōu)點是諧波小，在一定的范圍內(nèi)能達(dá)到無級變壓。

　　3.4 電子軟起動器

　　圖4 在線運行型軟啟動器 圖5 旁路型軟起動器 圖6 內(nèi)置旁路型軟起動器