【文章內(nèi)容簡介】 故電動機起動時電磁轉矩很容易滿足負載要求。主要問題是起動電流大，電網(wǎng)難以承受過大的沖擊電流，因此必須降低起動電流。在研究起動時，可以用短路阻抗來等效異步電動機。電機的起動電流（即流過上的電流）與端電壓成正比，而起動轉矩與電機端電壓的平方成正比，這就是說起動轉矩比起動電流降得更快。降壓之后在起動電流滿足要求的情況下，還要校核起動轉矩是否滿足要求。常用的降壓起動方法有三種：定子串電抗（或電阻）降壓起動；Y△啟動器起動；自耦變壓器起動。　定子繞組串電阻或串電抗降壓起動從減小起動電流和改善電網(wǎng)電壓品質(zhì)的角度來看，定子回路串電阻和定子回路串電抗都能減小起動電流，使得電網(wǎng)承受的沖擊電流減少，對改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性是有利的，即定子回路串電阻或串電抗的效果是一樣的。這兩種起動方法都具有起動平穩(wěn)，運行可靠，構造簡單等優(yōu)點。但是，定子回路串電阻將增加起動損耗，浪費電能，只有在電動機的容量較小時才允許使用，大中型電機則采用串電抗起動。圖52　異步電動機起動時的等值電路圖52是異步電動機起動時的等值電路，由于起動電流較大，所以略去形等值電路中的激磁電流分量。起動時，故起動時異步機可以用短路阻抗代替。圖34中代表串入定子回路的起動電阻或者起動電抗。令代表直接起動時的起動電流，則： (51)如果采用串電阻起動，起動電阻為Rq，則串電阻后的起動電流為： (52)如果采用串電抗起動，起動電抗為Xq，則串電抗后的起動電流為： (53)如果令： (54)亦即通過定子回路串電阻或者電抗使起動電流從下降為或者，從而滿足電網(wǎng)穩(wěn)定要求的數(shù)值。這里、和是給定的電機參數(shù)，是電網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定的數(shù)值，都是已知量，故利用上面的式子可以求出需要串入的起動電阻或起動電抗為： 、 (55) 起動運行圖53（a）　鼠籠型異步電動機定子回路串電阻起動原理圖 起動運行圖53（b）　鼠籠型異步電動機定子回路串電抗起動原理圖圖53（a）（b）所示分別為鼠籠型異步電動機串電阻及串電抗減壓起動時的原理圖。圖中是主開關，起到隔離電源的作用。起動時，把換接開關投向“起動”的位置，此時，起動電阻或起動電抗接入定子回路；然后，閉合主開關，電動機開始旋轉，待轉速接近穩(wěn)定轉速時，把開關換接到“運行”的位置，電源電壓直接加到定子繞組上，電動機起動結束。鼠籠型異步電動機定子回路串電阻或串電抗起動，由于起動時定子繞組串入的電阻或電抗器起到了分壓作用，使加在電機上的端電壓降低，因此減小了起動電流。由于起動電流正比于定子端電壓，而起動轉矩正比于定子端電壓的平方。如果起動時電機端電壓降低到額定電壓的倍，則起動電流降低到額定電壓時起動電流的，而起動轉矩則降到原來的，因此該起動方式只能用于空載或輕載的情況?！∽择钭儔浩鹘祲浩饎釉诙ㄗ踊芈分写杩闺m然能夠滿足電網(wǎng)減小起動電流的要求，但往往因為起動轉矩過小而滿足不了生產(chǎn)工藝的要求，為了解決這個矛盾人們采用自耦變壓器降壓起動。 自耦變壓器降壓起動是利用一臺自耦變壓器（又稱為起動補償器）降低加到電動機定子繞組的電壓以起動電動機，待電動機起動完成后，再把電動機直接接到電源上去。 圖54為三相異步電動機自耦變壓器起動的原理線路圖。起動時，把開關投向起動邊，即端，電動機的定子繞組通過自耦變壓器接到三相電源上，這時自耦變壓器一次繞組加全壓，而電動機定子電壓僅為抽頭部分的電壓值，電動機減壓起動；當轉速上升到穩(wěn)定值后，開關投向運行邊，即端，這樣自耦變壓器被短接，電動機的定子繞組被接上全壓，進入正常運行。圖54　三相異步電動機自耦變壓器起動的原理線路圖圖55 自耦變壓器降壓原理圖圖55為自耦變壓器降壓原理圖。圖中只繪出單相， 和分別表示自耦變壓器一次電壓和一次電流，亦即電網(wǎng)電壓和電流；和分別表示變壓器的二次電壓和二次電流，亦即電動機定子的電壓和電流，和分別表示變壓器的一次繞組及二次繞組匝數(shù)（即抽頭部分的匝數(shù)）。略去自耦變壓器的微小空載電流，并取其變比為，則： (56)略去自耦變壓器的內(nèi)阻抗，認為起動時的端電壓為，故電動機的定子繞組的起動電流為： (57) 其中代表電動機端電壓為時的直接起動電流。降壓起動時電網(wǎng)供給自耦變壓器的原級起動電流為 (58)所以，當采用自耦變壓器進行降壓起動時，如果自耦變壓器的變比為，則電網(wǎng)提供的起動電流等于電動機的起動電流的，而和電動機投入電網(wǎng)電壓時的直接起動電流相比，只相當于的。降壓起動，電動機的起動轉矩和電壓的平方成正比，故采用變比為的變壓器進行降壓起動時，降壓起動轉矩也等于直接起動轉矩的。換句話說：如果采用自耦變壓器降壓起動，則起動電流變化的比值和轉矩變化的比值是相等的，都是直接起動時的。自耦變壓器降壓起動具有較大的起動能力和承受機械負載波動的能力，且自耦變壓器的二次繞組一般有三個抽頭可供不同負載起動時選擇，應用很廣泛，適用于容量較大的低壓電動機。它的缺點是體積大，質(zhì)量大，價格高，起動線路較復雜，滑塊觸點氧化，需維護檢修?！⌒切稳切危ǎ佟鳎┙祲浩饎有切稳切谓祲浩饎邮峭ㄟ^改變電動機的繞組接法去完成降壓起動過程，屬于電機繞組設計上的問題，只能用于正常運轉時定子繞組連接成三角形的電動機。起動時，將異步電動機三相定子繞組接成星形，等起動完成后，再接成三角形，從而異步電動機需要六個出線端。圖56為星形三角形（Ｙ△）降壓起動原理線路圖。起動時，先接通電源開關，將開關投向“Y”位置，定子繞組連接成星形，電動機減壓起動；當電動機轉速接近穩(wěn)定值時，可將開關迅速投向△側，使定子繞組連接成三角形運行，起動過程結束。圖56　星形三角形（Ｙ△）降壓起動原理線路圖 WUWVVUZZZ圖57　定子繞組作三角形聯(lián)結和星形聯(lián)結的原理圖現(xiàn)在來比較電動機作三角形聯(lián)結和星形聯(lián)結直接起動時線路電流和的大小。這兩種聯(lián)結方式的原理圖如圖59所示。星形聯(lián)結時加在每相繞組上的電壓為： (59) 線電流為： (510)式中為電源電壓=電動機起動后，再改接到三角形聯(lián)結，此時電動機端電壓為額定值。電網(wǎng)中的起動電流（定子繞組線電流）應為定子每相繞組中的起動電流的倍。即: (511) 比較以上兩式得： (512) 所以: (513)上述結果表示，電動機起動時接成星形，起動電流只有三角形聯(lián)結的，但是，起動轉矩也相應降低，因為電動機的轉矩與所加的電壓的平方成正比，所以這兩種情況下的起動轉矩之比為: (514) 這就是說，起動時接成星形，起動轉矩也只有原來三角形聯(lián)結的。星形三角形降壓起動的優(yōu)點是體積小，重量輕，對使用者來說，減少了設備投資，節(jié)約銅與硅鋼片，物美價廉，運行可靠，檢修方便。此外，起動電流只有全壓起動的，對供電網(wǎng)絡的影響很小。但它的缺點就是起動電壓只能降到，不能象自耦補償起動那樣，可以按不同的負載選擇不同的起動電壓。　延邊三角形降壓起動延邊三角形降壓起動是在星形三角形減壓起動方法基礎上加以改進的一種起動方法，也是通過改變電動機的繞組接法去完成降壓起動的過程，屬于電機繞組設計上的問題。延邊三角形降壓起動是利用電動機引出九個出線端（即每相定子繞組多引出一個出線端）來達到減壓起動的目的的一種聯(lián)結法。電動機起動時，定子繞組的一部分接成三角形，從圖形上看，就是一個三角形的三條邊延長，因此稱為延邊三角形。當起動結束后，把繞組改接成三角形，電動機就進入正常運轉狀態(tài)。V499887766554332211UUVWW (a) (b)圖58（a）（b）　延邊三角形起動原理圖采用延邊三角形起動的電動機每相繞組有三個出線端，如圖58（a）所示，其中端子3為首端，端子6為尾端，端子9為中間抽頭。起動時，電源電壓為額定值，三相繞組的1239部分為星形聯(lián)結，7896為三角形聯(lián)結，如圖58（b）所示。當轉速上升到一定值后，三相繞組又接成如圖58（b）的三角形聯(lián)結。延邊三角形聯(lián)結與三角形聯(lián)結相比較，它們的電阻和感抗的比值并沒有改變，因此起動時定子功率因數(shù)不變。而起動轉矩與起動電流和功率因數(shù)的乘積成正比，功率因數(shù)不變，故認為起動轉矩與起動電流成正比。所以延邊三角形聯(lián)結時的起動轉矩與三角形聯(lián)結時的起動轉矩之比和它們的起動電流之比，可以認為是相同的，取決于中間抽頭的位置。采用不同的抽頭比例，可以改變延邊三角形接法的相電壓。其值比星形三角形起動時的星形接法高，因此起動轉矩較星形三角形起動時大，能用于重載起動。延邊三角形起動的優(yōu)點是只要調(diào)節(jié)定子繞組的抽頭變比，就可以得到不同數(shù)值的起動電流和起動轉矩，可以適應不同的使用要求。延邊三角形降壓起動還具有體積小，質(zhì)量輕，允許經(jīng)常起動，節(jié)省有色金屬與黑色金屬等優(yōu)點。其缺點就是采用延邊三角形起動的電動機需要有九個出線頭，電動機的內(nèi)部接線較為復雜。　軟起動技術　軟起動技術概述以上介紹的四種降壓起動方式是傳統(tǒng)的起動方法，這些起動方法使得異步電動機起動過程中的起動電流過高的問題得到了改善。但是，從20世紀70年代開始推廣利用晶閘管交流調(diào)壓技術制作的軟起動器，以及采用微控制器代替模擬控制電路，發(fā)展成為現(xiàn)代的電子軟起動器。軟起動器是一種用于控制鼠籠型異步電動機的新設備，集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能且多種保護功能于一體的新型電機控制裝置。電動機軟起動器一般以大功率雙向晶閘管構成三相交流調(diào)壓電路。以微處理器及信號采集、保護環(huán)節(jié)構成控制器，通過控制晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，實現(xiàn)電動機的無觸點降壓軟起動、軟停車和空載、輕載的節(jié)能及保護功能。其特點是電動機轉矩近似與定子電壓的平方成正比。用軟起動器起動電機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直至晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上。 圖59　異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性可用來表示，其特性曲線如圖59所示。圖中表示電動機轉速；表示電動機空載轉速；表示電動機轉矩；表示電動機額定電壓；表示電動機最大轉矩；表示電動機在最大轉矩時的轉差率。從圖59可以看出采用一般降壓起動時，假若起動電壓，電動機起動時的轉矩為，即起動時的轉矩只有電動機最大轉矩的，如果在此時將電壓U加大到電動機額定電壓，則電動機的轉矩一下子就從跳到，這樣的起動過程是跳躍的、不平滑的，所以又叫作硬起動，對生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)定起動的場合就不宜采用。而軟起動的電壓從初始電壓開始連續(xù)平穩(wěn)的增大，從圖中的的那根曲線連續(xù)平滑的不斷向右平行移動，一直平移到與額定電壓那根曲線重合時為止，那么電動機的轉矩就會平滑地增大，一直到轉矩為最大值時為止，起動過程也就結束，這樣在起動過程中電動機的轉矩是平滑的而不是跳躍的，起動過程是平穩(wěn)的，所以被稱為軟起動?！鹘y(tǒng)起動方式與軟起動比較傳統(tǒng)的起動方法屬于有級減壓起動，存在明顯的缺點，即起動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流，而軟起動與傳統(tǒng)減壓起動的不同之處是：（1）無沖擊電流，軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管的導通角，使電動機起動電流從零線性上升到設定值，對電網(wǎng)無沖擊。 （2）恒流起動，軟起動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩(wěn)起動。（3）根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由的無級調(diào)整至最佳的起動電流。（4）不受電網(wǎng)電壓波動的影響。由于軟起動以電流為設定值，電網(wǎng)電壓上下波動時，通過增減晶閘管的導通角，調(diào)節(jié)電機的端電壓，仍可維持起動電流恒值，保證電機正常起動。（5）可實現(xiàn)軟停車。電機停機時，傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的。而軟起動器中的軟停車功能是在晶閘管得到停機指令后，從全導通逐漸的減小導通角，經(jīng)過一段時間過渡到全關閉的過程（停車時間根據(jù)實際需要可在0～120s調(diào)整）。　軟起動分類軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的，后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。在電動機定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實現(xiàn)軟起動，叫做降壓或者限流軟起動，按限流器件不同可分為：(1)液阻軟起動 液阻是一種由電解液形成的電阻，它導電的本質(zhì)是離子導電。液阻有兩個特點：一是它的阻值正比于相對的兩塊電極板的距離，反比于電解液的電導率，極板距離和電導率都便于控制；二是液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點恰恰是軟起動所需要的。加上另一個十分重要的優(yōu)勢即低成本使液阻軟起動得到廣泛的應用。液阻軟起動也有缺點，一是液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減小容積