低壓交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

　　1 引言

　　自從有了交流異步電動(dòng)機(jī)，人們就不斷研究它的起動(dòng)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(dòng)方法。每一次技術(shù)的更新都代表了人類對(duì)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(dòng)機(jī)分鼠籠型和繞線型，在電壓等級(jí)上又分高壓電動(dòng)機(jī)和低壓電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在市場(chǎng)上也流行著很多種起動(dòng)方式，如何選擇一種經(jīng)濟(jì)合理的起動(dòng)方式就成了低壓交流電機(jī)控制中的一個(gè)棘手問題。筆者就現(xiàn)在市場(chǎng)上流行和應(yīng)用的諸種低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式進(jìn)行分類研究，同時(shí)說明它們的應(yīng)用價(jià)值和和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　2 低壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(jì)規(guī)范》gb50055-93中規(guī)定：

　?。?） 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作;

　　（2） 交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，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(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%;電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%;配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷，且電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，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(shí)，可按保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定;對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，尚可保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

　?。?） 籠型電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　當(dāng)符合下列條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)全壓起動(dòng)：

　　電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線的電壓符合2款規(guī)定;

　　機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩;

　　制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式無特殊規(guī)定。

　　當(dāng)不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)宜降壓起動(dòng)，或選用其他適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方式。

　　當(dāng)有調(diào)速要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)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(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)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(duì)允許鼠籠型電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)容量無明確規(guī)定時(shí)，可按下述條件確定：由公用低壓網(wǎng)絡(luò)供電時(shí)，容量在11kw及以下者，可全壓起動(dòng);由居住小區(qū)變電所低壓配電裝置供電時(shí)，容量在15kw及以下者可全壓起動(dòng)。

　　以上是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求。設(shè)計(jì)人員最容易考慮到的是電氣參數(shù)，而容易忽略的是“機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩”。這條規(guī)定的含義：一是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩不能造成機(jī)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(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩使得機(jī)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(dòng)設(shè)備帶來的投資。

　　如在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用中，造成皮帶損壞的原因是皮帶的運(yùn)行磨損和起動(dòng)瞬間皮帶與物料的磨損，再就是起動(dòng)瞬間對(duì)皮帶的拉松。由于皮帶價(jià)格比軟起動(dòng)器還要高，所以一般15kw以上的皮帶機(jī)應(yīng)采用軟起動(dòng)相對(duì)于全壓起動(dòng)對(duì)皮帶造成的損壞更為經(jīng)濟(jì)，同樣算法，45kw以上的水泵或風(fēng)機(jī)采用軟起動(dòng)更經(jīng)濟(jì)。再加上有色金屬價(jià)格的上漲，軟起動(dòng)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(dòng)器技術(shù)發(fā)展到今天，由于良好的起動(dòng)效果與經(jīng)濟(jì)性幾乎全部占領(lǐng)了降壓起動(dòng)的場(chǎng)合。

　　2005年tjnr1000型在線運(yùn)行微功耗軟起動(dòng)器的產(chǎn)生更是給電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(hào)的價(jià)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(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，對(duì)于改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起到了更好的促進(jìn)作用。

　　3 降壓起動(dòng)器

　　低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)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(jī)起動(dòng)方式的選擇時(shí)，都是優(yōu)先選擇全壓起動(dòng)，而在實(shí)際應(yīng)用中如果條件不滿足前述電機(jī)全壓起動(dòng)的電氣或機(jī)械要求時(shí)，就需要采用降壓起動(dòng)也就是軟起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)經(jīng)常應(yīng)用的有如下幾種起動(dòng)器類別。

　　3.1 自耦變壓起動(dòng)器

　　自耦變壓起動(dòng)器是利用自耦變壓器的降壓原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)方法，標(biāo)準(zhǔn)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)用的自耦變壓器設(shè)有兩個(gè)抽頭，一個(gè)是80%的額定電壓，一個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的0.4225倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比“y-△”起動(dòng)器大，所以此種降壓起動(dòng)方式應(yīng)用較多。缺點(diǎn)是電壓有級(jí)跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有跳躍。

　　圖1 自耦變壓起動(dòng)原理圖

　　3.2 “y/△”起動(dòng)器

　　圖2 “y/△”起動(dòng)原理圖

　　“y/△”起動(dòng)器是利用“相-線電壓變化”的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)方法，它是用三只接觸器來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的繞組電壓由線電壓變?yōu)橄嚯妷?。它的起?dòng)轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的1/3倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比自耦變壓起動(dòng)器小，所以此種降壓起動(dòng)方式應(yīng)用較少于自耦變壓起動(dòng)器。缺點(diǎn)是電壓有級(jí)跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有跳躍。它和自耦變壓起動(dòng)器相比造價(jià)正好節(jié)省一臺(tái)自耦變壓器的價(jià)格，因?yàn)椤皔/△”起動(dòng)器到電動(dòng)機(jī)需要六根動(dòng)力接線，所以在系統(tǒng)造價(jià)方面不一定節(jié)省。它主要用在對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高且起動(dòng)器到電動(dòng)機(jī)的供電距離較近的場(chǎng)合。

　　3.3 磁控型軟起動(dòng)器

　　圖3 磁控型軟起動(dòng)器原理圖

　　為了解決降壓起動(dòng)時(shí)電壓有級(jí)跳躍和轉(zhuǎn)矩有級(jí)跳躍的問題，在上個(gè)世紀(jì)90年代人們發(fā)明了磁控式軟起動(dòng)器，它是采用磁阻抗的原理來達(dá)到降壓升壓無級(jí)變化的目的，它是自耦變壓起動(dòng)器的改進(jìn)如圖3所示。磁控型軟起動(dòng)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(dòng)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(duì)無功電流的補(bǔ)償，所以起動(dòng)時(shí)，在同等起動(dòng)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(dòng)器在上個(gè)世紀(jì)末被旁路型軟起動(dòng)器所淘汰，箔式繞組磁控軟起動(dòng)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(chǎng)上已不多見，實(shí)際上它已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高于所有的軟起動(dòng)器，對(duì)于僅考慮電網(wǎng)沖擊或降壓起動(dòng)有困難的場(chǎng)合是比較理想的產(chǎn)品。它的優(yōu)點(diǎn)是諧波小，在一定的范圍內(nèi)能達(dá)到無級(jí)變壓。

　　3.4 電子軟起動(dòng)器

　　圖4 在線運(yùn)行型軟啟動(dòng)器 圖5 旁路型軟起動(dòng)器 圖6 內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器