【正文】 ，需要分析電力系統(tǒng)和啟動(dòng)負(fù)載以確保電機(jī)達(dá)到所需性能且成本最少。 本文將探討最常見的 幾種啟動(dòng)方法。 Ⅰ .引言 異步電動(dòng)機(jī)有多種啟動(dòng)方法：全壓?jiǎn)?dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、星三角轉(zhuǎn)換啟動(dòng)和 部分繞組 等 類型 。降壓?jiǎn)?dòng)包括固態(tài)啟動(dòng)器、變頻啟動(dòng)和自耦變壓器啟動(dòng)。這些連同全壓或者直接啟動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合被確定后可以給購(gòu)買者大量類型的變化。每種方法都有它自己的好處，以及貿(mào)易業(yè)績(jī)。合理的選擇包括對(duì)電力系統(tǒng)透徹的研究，負(fù)載的加速以及設(shè)備的全部成本。 為了使負(fù)載能夠很好的加速，電動(dòng)機(jī)必須產(chǎn)生比負(fù)載需求更大的轉(zhuǎn)矩。一般來(lái)說(shuō)，在機(jī)械特性曲線上集中有三點(diǎn)。第一點(diǎn)是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（ LRT），使電機(jī)由靜止到旋轉(zhuǎn)的最小轉(zhuǎn)矩。第二點(diǎn)是最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)由靜止加速到出現(xiàn)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是的最小轉(zhuǎn)矩。最后一點(diǎn)是臨街轉(zhuǎn)矩，就是電機(jī)能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。如果任何一段虛線在負(fù)載曲線以下，則電機(jī)就不能啟動(dòng)。如圖 1所示。電機(jī)的加速時(shí)間是由負(fù)載的慣性以及電機(jī)的機(jī)械特性曲線和負(fù)載的特性曲線之間的差額決定的?？偟膩?lái)說(shuō)，電機(jī)的加速時(shí)間越長(zhǎng)，則電機(jī)轉(zhuǎn)子銅條、端環(huán)、定 子繞組產(chǎn)生的熱量也就越多。這些熱量會(huì)給這些部件帶來(lái)額外的壓力甚至還會(huì)影響到電機(jī)的使用壽命。 Ⅱ .全電壓 全壓文啟動(dòng)的方法也叫直接啟動(dòng)，是最早被使用的方法，且設(shè)備成本最低工作最可靠。這種方法利用一個(gè)控制器閉合電流接觸器給電動(dòng)機(jī)輸入全壓。此方法允許電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩使加速時(shí)間最短。 由于用此方法啟動(dòng)電機(jī)會(huì)使啟動(dòng)電流達(dá)到電機(jī)額定電流的六到七倍，因此方法也是給供電系統(tǒng)帶來(lái)最大的壓力的方法。如果供電系統(tǒng)比較薄弱，大功率電機(jī)的突然啟動(dòng)不僅會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電壓瞬間下降，而且會(huì)使給電機(jī)供電的整個(gè)母線端電壓下降。電壓下降會(huì) 使此電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和工作在同一母線上的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大約和輸入電壓的平方成比例變化。因此，由于電壓的大幅下降，工作在此供電系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)可能停車。另外許多控制系統(tǒng)監(jiān)控器工作在低電壓下，第二個(gè)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電壓?jiǎn)栴}會(huì)使正在運(yùn)行的電機(jī)離線。同時(shí)，母線電壓變化，直接啟動(dòng)的另一個(gè)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)設(shè)備突然被加載。由于瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩可以超 10 過(guò)轉(zhuǎn)子制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的 600%，這個(gè)沖擊負(fù)荷會(huì)增加設(shè)備的磨損，如果負(fù)載不能承受由電機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生的力矩，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性故障。 A．電容器和啟動(dòng) 異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)通常很低 ,因此在開始有很大的 感性無(wú)功。 如圖 2所示。 在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)給電機(jī)增加電容器可以降低對(duì)系統(tǒng)的這種影響。 電機(jī)需要大量的無(wú)功電流滯后于輸入電壓 90度。這個(gè)無(wú)功功率不產(chǎn)生任何輸出，但是這是電機(jī)運(yùn)行所必需的。輸入電壓產(chǎn)生無(wú)功功率和這個(gè)無(wú)功功率組成的可用無(wú)功功率功率表測(cè)量。電容器擔(dān)任提供一個(gè)超前 90度的電流。由電容器產(chǎn)生的超前電流取消了電機(jī)需要的滯后電流，降低了從供電系統(tǒng)輸入的感性無(wú)功功率。 避免過(guò)電壓和 電機(jī) 損壞 應(yīng)小心 謹(jǐn)慎 確保電容器 被切除當(dāng) 電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí) ,否則由于 功率 損失，電動(dòng)機(jī)利用由 電容器提供 的 磁化電流 將 不會(huì)進(jìn)入 發(fā)電 模式 . 這將 在 下 一段和附錄 中詳述。 B．功率因數(shù)校正 電容器也可永久留下提高滿載功率因數(shù) ， 當(dāng)使用這種方式 時(shí) 被稱為功率因數(shù)校正電容器 。該電容器的容量不能大于電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，除非當(dāng)功率降低時(shí)他們可以和電機(jī)分離。 附加的電容器將會(huì)改變電機(jī)的開環(huán)時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)表示電機(jī)斷電后電壓衰減到原來(lái)的 %所需要的時(shí)間。沒有電容的典型值是兩到三秒。 由于電容器和電動(dòng)機(jī)的前端相連，在電機(jī)斷開電源之后電容可以繼續(xù)提供勵(lì)磁電流。這表明該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大。如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)高慣性負(fù)載，電動(dòng)機(jī)會(huì)利用電容提供的勵(lì)磁電流和負(fù)載的帶動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài) 。這可能導(dǎo)致電機(jī)端部的電壓上升到額定電壓的 50%。如果在電壓劇烈衰減之前再次通電會(huì)產(chǎn)生很大的開關(guān)電流和轉(zhuǎn)矩，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。這種現(xiàn)象的例子在附錄中有概述。 Ⅲ .降電壓 每一種降壓方法都是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的輸入電壓來(lái)減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)供電系統(tǒng)的沖擊。在考慮具體的降壓?jiǎn)?dòng)方法時(shí)，了解負(fù)載特性是非常重要的。當(dāng)電機(jī)制造商要確定他們的設(shè)計(jì)時(shí)必須知道電機(jī)的機(jī)械特性和被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。可以通過(guò)初始狀態(tài)或脫離轉(zhuǎn)矩，以及不少于四個(gè)速度上升的數(shù)據(jù)點(diǎn)和全 11 速時(shí)的轉(zhuǎn)矩構(gòu)成啟動(dòng)狀態(tài)的曲線。在很多情況下可以被假設(shè)成 一個(gè)離心曲線或直角曲線， 但是在一些應(yīng)用場(chǎng)合這還是有問(wèn)題的。 例如螺桿式壓縮機(jī)在低速時(shí)比離心式鼓風(fēng)機(jī)類負(fù)載需要更大的轉(zhuǎn)矩。通過(guò)詳細(xì)了解負(fù)載的特性，廠商可以確定選擇的啟動(dòng)方法可以產(chǎn)生足夠大的力矩啟動(dòng)負(fù)載。 A．自耦變壓器 電動(dòng)機(jī)連接在變壓器的低壓側(cè)。 80%、 65%和 50%是最常用的接頭。電壓為原來(lái)的 50%電流則為全壓轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的 25%。電動(dòng)機(jī)降低電壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)就切換成全壓。這個(gè)條件可以是預(yù)先設(shè)定的時(shí)間、電流、母線電壓或者電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種變化既可以采用閉環(huán)方式也可以采用開環(huán)方式。采用開環(huán)方式在低 壓和全壓切換時(shí)線路電壓嚴(yán)重，應(yīng)小心使用，以確保不會(huì)由于切換產(chǎn)生暫態(tài)問(wèn)題。這個(gè)潛在的問(wèn)題可以采用閉環(huán)的方法消除。采用閉環(huán)的方式可以給電機(jī)提供連續(xù)的電壓。利用 自耦起動(dòng)另一個(gè)好處是盡可能 的 降低 了 振動(dòng)和噪音 。 因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩隨輸入電壓的平方變化而變化。 應(yīng)非常謹(jǐn)慎 ,以確保 可以從電動(dòng)機(jī) 獲得 足夠的加速轉(zhuǎn)矩 。應(yīng)該用驅(qū)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械特性和慣性來(lái)驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。 一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是至少有 10%的額定 轉(zhuǎn) 矩 ， 作為 該 曲線各點(diǎn) 的極限。 此外，對(duì)加速時(shí)間應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，以確保電機(jī)有足夠的熱容量將電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間加速時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉。 B．固態(tài)軟 啟動(dòng)器 這些裝置采用 可控硅整流器或晶閘管，通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角，可以控制該裝置產(chǎn)生的電壓，并限制啟動(dòng)電流，在一個(gè)正弦周期中僅讓部分通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 最常用 的 軟起動(dòng)器的 類型是 限流型 ，電流被限制在滿載電流的 175%到500%并編入裝置中。然后讓輸入電機(jī)的電壓斜坡上升一直到限制值，并使保持電流不變使電機(jī)加速。利用轉(zhuǎn)速表和軟啟動(dòng)器可以控制加速時(shí)間，軟啟動(dòng)器調(diào)整輸出電壓使電機(jī)維持一個(gè)恒定的加速度。關(guān)于啟動(dòng)力矩和其他降壓?jiǎn)?dòng)方法有同樣的問(wèn)題，另一個(gè)問(wèn)題是由于晶閘管的觸發(fā)角會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩，依靠驅(qū)動(dòng)設(shè)備，可能導(dǎo)致 系統(tǒng)共振。 C．變頻器 這種器件控制全面靈活，在一定量的電流可以產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，但同時(shí)也是成本最高的。這種裝置不僅電壓變化，而且頻率也同時(shí)變化，使電機(jī)的工作在一個(gè)恒壓頻比條件下。這可以使電動(dòng)機(jī)在 整個(gè) 調(diào) 速度范圍內(nèi)產(chǎn)生滿載轉(zhuǎn)矩 ， 最高可達(dá) 10:1。在啟動(dòng)過(guò)程中，典型的電流值為額定電流的 150%。這使電動(dòng)機(jī)帶載啟 12 動(dòng)時(shí)對(duì)電源的要求有很大的降低并減小了電機(jī)產(chǎn)生的熱量，所有這些加起來(lái)，很大的提高了工作效率。利用變頻器也可以使小電機(jī)在低速范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩。但電機(jī)的型號(hào)必須大于要帶動(dòng)的負(fù)載。在電機(jī)加速時(shí)變頻器可以 允許一個(gè) 很大程度的控制 ，而其他降壓?jiǎn)?dòng)方式去不容易做到。變頻器相對(duì)于其他方式最大的缺點(diǎn)就是成本高！使用成本高，只能在特殊電機(jī)的設(shè)計(jì)上使用?；隍?qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)，濾波還是不濾波，都需要額外的裝置。 這些結(jié)構(gòu)特征包括絕緣軸承，鐵芯接地刷和絕緣連軸中來(lái)自共模電壓的潛在鐵芯電流。沒有這些結(jié)構(gòu)特征，鐵芯電流通過(guò)鐵芯、軸承、機(jī)殼形成回路，造成軸承彎曲使軸承過(guò)早的損壞。當(dāng)使用電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置在危險(xiǎn)環(huán)境和區(qū)域中時(shí)應(yīng)該考慮這種潛在的危險(xiǎn)。電機(jī)用在變頻器上的額外結(jié)構(gòu)特征需要電機(jī)繞組有一個(gè)更好的絕緣系統(tǒng)。沒有濾波直接從驅(qū)動(dòng)器出來(lái)的信號(hào)會(huì)在 電機(jī)中產(chǎn)生諧波電壓毛刺，威脅電機(jī)繞組的絕緣。值得注意的是，在變頻器上電機(jī)的這些特征可以用來(lái)啟動(dòng)和運(yùn)行。如果這些驅(qū)動(dòng)僅用于啟動(dòng)電機(jī)，這些特征可能沒有必要，可以和電機(jī)制造商協(xié)商申請(qǐng)具體的要求。 D. 串 電阻器或 電抗器 起動(dòng) 這種方法是利用一個(gè)串聯(lián)電阻或是電抗器放置在電機(jī)回路中。串電阻啟動(dòng)方式在小電機(jī)上應(yīng)用更頻繁。 在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電阻器限制涌流并使電機(jī)輸入端的電壓下降。電阻可以選定使輸入電壓降為原來(lái)的 50%。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)來(lái)對(duì)抗輸入電壓，進(jìn)一步限制涌流。隨著涌流的下降，電阻器上的電壓下降使電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加。在預(yù)定的時(shí)間，電阻器將被短接，快速打開啟動(dòng)開關(guān)，將電阻器和電路分離。這種方法提供了一個(gè)封閉式過(guò)渡并消除了暫態(tài)的開關(guān)效應(yīng)。電抗器有助于阻擾電流的突然變化，因此在啟動(dòng)時(shí)起限制電流的作用。在啟動(dòng)結(jié)束后他們依然被短接掉并封閉的過(guò)渡到全壓。 E．星三角啟動(dòng) 用這種方法啟動(dòng)的異步電機(jī)，結(jié)構(gòu)上每一相的引出端都被放置在電機(jī)的接線盒內(nèi)。這允許電機(jī)在初始啟動(dòng)時(shí)星形連接，然后重新接成三角形運(yùn)行。初始啟動(dòng)時(shí)用星形連接時(shí)電壓降為原來(lái)的 1/ 3 ，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)力矩下降 2/3。 根據(jù)應(yīng)用，電機(jī)切換到三角形可在轉(zhuǎn)速為 50% 到最大速度之間。 必須指出 ,同樣的問(wèn)題 存在 ,包括先前談到的切換 方法，如果采用開路法，暫態(tài)過(guò)渡可能是一個(gè)問(wèn)題。這種方法經(jīng)常用在低于 600V的電機(jī)上，額定電壓在 角啟動(dòng)的方法。 13 Ⅴ增量型 第一類啟動(dòng)方式，我們已經(jīng)討論了適用于電機(jī)能量的處理方式。下一類型的處理方式不同，通過(guò)改變電機(jī)自身結(jié)構(gòu)來(lái)處理啟動(dòng)問(wèn)題。 部分繞組法 用這種方法，電機(jī)的定子是這樣設(shè)計(jì)的，有兩個(gè)獨(dú)立的線圈組成。最普遍的方法是半繞組法，顧名思義，其定子是有兩個(gè)相同的平衡繞組 組成。因此被設(shè)定的特殊啟動(dòng)器全壓加在一半繞組上，然后經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)到另一半上。這種方式可使啟動(dòng)電流和啟動(dòng)力矩降低 50%到 60%。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)就是在電機(jī)啟動(dòng)的第一步發(fā)熱比直接啟動(dòng)嚴(yán)重。因此完成第一步的間隔時(shí)間應(yīng)盡量減小。這種方法也會(huì)增加在第一步電機(jī)的電磁噪聲。 異步電動(dòng)機(jī)有許多啟動(dòng)方法，依據(jù)電力系統(tǒng)的制約、設(shè)備成本、負(fù)載設(shè)備來(lái)選擇最好的啟動(dòng)方法。從設(shè)備的角度來(lái)看，全壓?jiǎn)?dòng)是最早的最便宜的方法，但它可能在使用效率上增加成本，或者該區(qū)域的供電系統(tǒng)不能滿足其需要。降壓?jiǎn)?dòng)方式有效的緩解了供電系統(tǒng)， 卻以犧牲啟動(dòng)力矩為代價(jià)的。 這些方法也可能導(dǎo)致不得不加大電機(jī)尺寸以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 帶動(dòng) 所需的負(fù)荷 。采用變頻器可以消除以上的兩個(gè)缺點(diǎn)，但需要額外的增加設(shè)備成本。理解應(yīng)用的局限性，以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)力矩和速度要求，可以讓你為你的應(yīng)用確定最佳的整體配置。