三相异步电动机的起动方法

1. 引言

2. 三相笼型异步电动机德起动方法

3. 三相绕线型异步电动机的起动方法

4. 软起动器起动

5. 参考文献

1 引言

       三相异步电动机结构简单﹑价格低廉﹑运行可靠﹑维护方便，在工农业生产中得到了广泛应用。为使电动机能够转动起来，并很快达到工作转速，要求电动机具有足够大的电磁转矩，同时希望起动电流不要太大。起动电流大会引起电网电压下降过多，影响接在同一电网上的其它电机或电气设备的正常运行。起动转矩小使得电动机重载起动时起动困难，严重时则不能起动。三相异步电动机的起动应考虑其结构特点（是笼型还是绕线型）﹑电网的容量﹑负载的大小和性质以及机械转动惯量的高低﹑起动是否频繁等，这些是选择电动机起动方法时应该考虑的主要因素。本文对三相异步电动机的各种传统起动方法作了比较全面的介绍；同时还介绍了电容起动﹑转子串并联阻抗﹑双馈起动几种新颖的起动方法。 

2 三相笼型异步电动机的起动方法

        三相笼型异步电动机的起动方法目前主要有直接起动和降压起动两种方法。直接起动就是利用刀闸和接触器等开关元件将电机直接接到额定电压的电源上起动，又称全压起动。这种方法简单易行，经济实惠。为了利用直接起动的优点，三相笼型异步电动机几乎都按直接起动时的电磁力和发热来考虑它的机械强度和热稳定性。因此从电动机本身来说，笼型异步电动机都允许直接起动。但直接起动时起动电流大，会使电网电压骤然跌落。该方法的使用受电网容量的限制。降压起动是用降低电机端电压的方法来限制起动电流，待起动完毕后再切换到额定端电压运行。降压起动需要增加起动设备投资费用，且与直接起动相比，起动转矩小，起动时间长。若电源容量相对来说不是足够大，电动机直接起动引起电源电压下降15%以上时，一般应采用降压起动。降压起动的方法很多，现分别介绍如下：

2.1  定子串电阻或电抗降压起动

       起动时将电阻或电抗（对称或不对称）串入定子绕组，待转速基本稳定时再将它切除。起动电流在电阻或电抗上将产生压降，从而降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也随之减小。但是，降低电压后，起动转矩随电压平方成正比减小，因此该方法只能用在轻载起动的场合。电阻降压起动，电能损耗较多，实际应用不多，一般用于小容量低压电机。电抗降压起动常用于中﹑大型高压电机。电阻降压及电抗降压起动有手动及自动多种控制线路。这两种起动方法具有起动平稳﹑运行可靠﹑起动设备构造简单等优点。

2.2 自耦变压器降压起动

       这种起动方法是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，待转速基本稳定时再把电动机直接接到电网上。为了满足不同负载的要求，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%(或55%﹑64%﹑73%)，供选择使用。该方法适合于容量较大的低压电动机，应用较为广泛，有手动和自动控制线路。其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择，可带较大负载。缺点是起动设备体积大，需要一套复杂的开关电器，价格较高，还需维护检修。

2.3 星—三角形 (Y—D)换接起动

       该方法只适合于正常运转时定子绕组为三角形接法的电动机，而且每相绕组引出两个出线端，三相共引出六个出线端。起动时，先将三相定子绕组接成星形，待转速接近稳定时再改接成三角形。手动Y―D起动器的结构形式很多，还有自动控制线路可供选用。Y―D起动方法设备简单，经济性较好，运行可靠。Y系列4Kw以上的电动机，定子绕组都设计成三角形接法，以便采用此法起动。但使用该方法起动时，起动转矩只有直接起动时的1/3,它只适合于轻载起动，另外，起动完毕，定子从Y接转换到D接时会出现较高的电流峰值和转矩冲击引起的较高的机械应力。

2.4 延边三角形起动

       延边三角形起动，就是起动时将定子绕组的一部分接成三角形，另一部分接成星形，两部分串联起来，起动结束时再将定子绕组改接成三角形。与Y－D起动相比，定子每相绕组中多了一个中间抽头。使用该方法起动时，定子每相绕组承受的相电压小于三角形接法时的相电压，大于星形接法时的相电压，介于两者之间。从而起动时，电网提供的电流将小于三角形接法时的电流，而起动转矩大于星形接法时的起动转矩。采用不同的抽头比例，可改变延边三角形接法的相电压，以适应不同的起动要求。可用手动或自动控制线路进行绕组的改接。延边三角形起动比自耦变压器起动经济，也能用于较大负载起动，将获得进一步推广应用。其缺点是电动机内部接线较为复杂，定子绕组换接时也会出现较高的电流峰值和机械应力。

2.5  电容起动

      为了解决大中型笼型异步电动机在较弱电网下起动既要限制起动电流，又要有较高的起动转矩，美国等发达国家采用电容起动方式起动大容量异步电动机取得成功。这种电容起动方法是起动时在定子每相绕组端并联对称电容，起动完毕可切除部分或全部电容，也可采取多组电容分级起动。这种起动方法与其它起动方法相比，具有以下优点：（1）降低起动电流，减小电机起动端电压；（2）有较高的起动转矩；（3）电动机起动完毕后，如果在电机运行过程中，保留适当的补偿电容，可以提高电机的功率因数，节约能源。因此，在电网容量不大，起动转矩要求较高的场合，电容起动装置是一种很好的可供选拔择的方案。电容起动方案的实现需要解决电容器的接入﹑切除和谐波干扰﹑谐振等技术问题，并配以高速开关和控制电路等。

    还有一种电容起动方式[4]，就是起动时两个定子绕组由单相电源供电，第三个绕组通过合适的电容接于该单相电源供电，待转速接近稳定速时，再把定子绕组接到三相电源上。这种起动方式，当电容选择得当时，可获得较大的起动转矩，缩短起动时间。

2.6  其它起动方法

       部分绕组起动法。若正常运行时电动机的定子每相绕组由两条或多条并联支路组成，起动时仅将各绕组中的一条支路接入电源。这时，由于定子绕组阻抗的增加，，使起动电流减小，起动完毕再将其余绕组支路接入电源。其它还有辅助电机起动，变频起动等方法，这里就不介绍了。

3 三相绕线型异步电动机的起动方法

3.1 转子电路串分级起动电阻起动

       绕线型异步电动机起动时，在转子电路中串入对称电阻，既可减小起动电流，又可增大起动转矩。为了缩短起动时间，可把串入的电阻逐级切除，以提高起动过程中的电磁转矩。用这种起动方法起动时，起动转矩的数值最大可达电动机的最大电磁转矩，从而可以最大限度地满足负载对起动转矩的要求。这种方法适合于容量较大的电动机在重载起动或频繁起动时采用。该起动方法的缺点是当功率较大时，转子电流很大，外串电阻逐级变化时，转矩变化较大，对机械冲击较大；控制设备较庞大，操作维修不太方便。另外，若在三相转子电路中串联不对称电阻起动，则能以很少数量的换接元件来得到较多的加速级数。

3.2 转子串频敏变阻器起动

      频敏变阻器的特点是其电阻值随转速上升而自动减小。因此，绕线型异步电动机起动时，在转子电路中串入频敏变阻器，可以克服上述缺点，使电动机平滑起动。起动过程结束时，应将集电环短路，把频敏变阻器切除。采取这种起动方法，具有结构简单﹑价格便宜﹑制造容易﹑运行可靠﹑维护方便﹑能自动操作等优点。目前已获大量推广与应用。

3.3  转子串并联阻抗起动

绕线型异步电动机起动时，在转子电路中串入对称阻抗，该阻抗由并联的电阻﹑电感以及电容组成。起动过程结束再切除外串阻抗。这个阻抗的电阻值﹑电感值以及电容值可以根据起动要求（如最短起动时间）通过优化计算合理选配，使电动机以较高的起动转矩快速平滑地起动。

3.4 定﹑转子双馈供电起动

        这是一种新型的快速起动方法。起动时，使定﹑转子绕组（相序相反）在预定的短周期内同时供电（定﹑转子绕组匝比接近1时由同一电网供电，否则，需用降压变压器给转子供电），当转速接近稳定时，转子线路自动断开与电源的连接并切换到短路状态。它可以产生一个很高的起动转矩，比直接起动有更短的起动时间（约低于其1/5）。但采用这种方法起动会出现很高的电流峰值和严重的轴应力，在起动过程中还伴随有分频谐波，转子线路切换时还可能出现电弧。如果同时在转子绕组中串联合适的电阻起动则可以减小起动电流和转子轴应力，并近一步减少起动时间。这种起动方法还有待进一步研究和实践。

4. 软起动器起动

       目前，大部分异步电动机起动时多采用上述传统的降压起动设备，它们在很大程度上缓解了较大容量电动机在较小容量电网上起动使用的矛盾，但就本质而言，并未解决电动机在起动瞬间的瞬时电流的冲击问题，而只缩短了电动机在起动过程中相对较长时间的大电流冲击。而且这些起动设备对负载的适应力差；在控制电动机起动电流过程中起动电流是不连续的，当发生电压转换时，电动机将有瞬时的大电流冲击；这些设备所应用的转换触头多，所以故障多，维修工作量大。随着电力电子技术与控制技术的飞速发展，人们在上个世纪90年代初成功研制出了电子式软起动器，从根本上解决了上述问题。

       电子式软起动器是移相控制原理与自动控制理论相结合的产物。它通过相位控制，使电动机接线端子上的电压从预先可灵活整定的起动值上升到电网电压，从而使电流以及初始转矩能最佳地与传动装置的实际需要相适应。电子式软起动器用于起动时具有以下主要特点：（1）电动机起动平滑，起动电压可调（采用电压斜坡实现软起动），且可保证电动机起动的最小起动转矩；（2）起动电流可根据负载情况调整，在起动过程中可将起动电流限制在允许范围内，能最大限度地满足负载对电动机的起动要求；（3）起动时间可调，在该时间范围内，电动机转速逐渐上升，以避免转速冲击；（4）性能可靠，使用操作简单方便，基本不需要维修。电子式软起动器国内已有系列产品，它适用于从小到大各种功率的三相交流电动机，在不远的将来一定会得到最为广泛的应用。

       还有一种电液变阻软起动方法。这种起动方法是靠改变水中的适宜导电介质的浓度来改变本身的电阻率从而达到连续控制起动电流和起动转矩的目的的。

5. 参考文献

（1）许实章.  电机学. 北京：机械工业出版社，1996

（2）顾绳谷.  电机及拖动基础. 北京：机械工业出版社，1997

（3）刘 徽，胡虔生.  大中型笼型异步电动机电容起动的研究. 大电机技术，1996，（5）

（4）R.M.Hamouda. Comparative study on the starting methods of tpree phase wound-rotor induction motors-part Ι.IEEE Trans. on EC,1999,14 (4) 

（5）余洪明. “软起动”的由来与应用. 电工技术杂志，2001

（6）孙玉鸿. 电液变阻调速技术的开发与应用. 电气传动. 1999, (3)