低压交流电动机的起动

　　1 引言

　　自从有了交流异步电动机，人们就不断研究它的起动方式。经过七、八十年的更新换代，到今天已经发明了几十种起动方法。每一次技术的更新都代表了人类对新科学技术的探索和进步，就如同生物细胞新陈代谢一样，不断更新自己，保障自己肌体的健康与活力。

　　交流异步电动机分鼠笼型和绕线型，在电压等级上又分高压电动机和低压电动机。现在市场上也流行着很多种起动方式，如何选择一种经济合理的起动方式就成了低压交流电机控制中的一个棘手问题。笔者就现在市场上流行和应用的诸种低压鼠笼型交流异步电动机起动方式进行分类研究，同时说明它们的应用价值和和各自的优缺点。

　　2 低压电动机起动方式的选择

　　2.1 gb50055-93中的规定

　　在《通用用电设备配电设备设计规范》gb50055-93中规定：

　　（1） 电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作;

　　（2） 交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：

　　在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%;电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%;配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低压额定电压的80%;配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定;对于低压电动机，尚可保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

　　（3） 笼型电动机和同步电动机起动方式的选择，应符合下列规定：

　　当符合下列条件时，电动机应全压起动：

　　电动机起动时，配电母线的电压符合2款规定;

　　机械能承受电动机全电压起动时的冲击转矩;

　　制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。

　　当不符合全压起动的条件时，电动机宜降压起动，或选用其他适当的起动方式。

　　当有调速要求时，电动机的起动方式应与调速方式相配合。

　　2.2 jgj/t 16-92中的规定

　　在中华人民共和国行业标准《民用建筑电气设计规范》jgj/t

　　16-92中规定：由城市公用低压网络直接受电的场合，电动机允许全压起动的容量应与地区供电部门的规定相协调。如当地供电部门对允许鼠笼型电动机全电压起动容量无明确规定时，可按下述条件确定：由公用低压网络供电时，容量在11kw及以下者，可全压起动;由居住小区变电所低压配电装置供电时，容量在15kw及以下者可全压起动。

　　以上是国家标准和行业标准对电动机起动的要求。设计人员最容易考虑到的是电气参数，而容易忽略的是“机械能承受电动机全电压起动时的冲击转矩”。这条规定的含义：一是电动机全压起动时的冲击转矩不能造成机械设备的可靠性满足不了要求;二是要考虑由于全压起动时的冲击转矩使得机械设备寿命的降低或故障率的增加而带来的损失高于增加降压起动设备带来的投资。

　　如在皮带运输机中的应用中，造成皮带损坏的原因是皮带的运行磨损和起动瞬间皮带与物料的磨损，再就是起动瞬间对皮带的拉松。由于皮带价格比软起动器还要高，所以一般15kw以上的皮带机应采用软起动相对于全压起动对皮带造成的损坏更为经济，同样算法，45kw以上的水泵或风机采用软起动更经济。再加上有色金属价格的上涨，软起动器的成本已经低于自耦变压器的成本。尤其现在软起动器技术发展到今天，由于良好的起动效果与经济性几乎全部占领了降压起动的场合。

　　2005年tjnr1000型在线运行微功耗软起动器的产生更是给电动机的起动方式带来了一次革命，它不需要加旁路接触器，使得系统成本大大降低，而且可靠性高于接触器，尤其大功率型号的价格已经和进口的接触器相差无几，而能耗比接触器节省60%以上，使得运行更经济，对于改善电动机的起动起到了更好的促进作用。

　　3 降压起动器

　　低压鼠笼型交流异步电动机额定参数在3kw及以下的系列中绕组额定电压是220v，3kw以上的系列中绕组额定电压是380v，一般来讲在低压电机起动方式的选择时，都是优先选择全压起动，而在实际应用中如果条件不满足前述电机全压起动的电气或机械要求时，就需要采用降压起动也就是软起动方式。降压起动经常应用的有如下几种起动器类别。

　　3.1 自耦变压起动器

　　自耦变压起动器是利用自耦变压器的降压原理来实现对电动机绕组电压的降压，如图1所示。在过去的几十年里人们多数采用了此种起动方法，标准的起动电动机用的自耦变压器设有两个抽头，一个是80%的额定电压，一个是65%的额定电压，人们常用的是65%额定电压的抽头。它的起动转矩是常压状态下的0.4225倍，起动转矩比“y-△”起动器大，所以此种降压起动方式应用较多。缺点是电压有级跳跃，起动电流有跳跃，电动机的转矩有跳跃。

　　图1 自耦变压起动原理图

　　3.2 “y/△”起动器

　　图2 “y/△”起动原理图

　　“y/△”起动器是利用“相-线电压变化”的原理来实现对电动机绕组电压的降压，如图2所示。在过去的几十年里，也有相当数量采用了此种起动方法，它是用三只接触器来实现对电动机的绕组电压由线电压变为相电压。它的起动转矩是常压状态下的1/3倍，起动转矩比自耦变压起动器小，所以此种降压起动方式应用较少于自耦变压起动器。缺点是电压有级跳跃，起动电流有跳跃，电动机的转矩有跳跃。它和自耦变压起动器相比造价正好节省一台自耦变压器的价格，因为“y/△”起动器到电动机需要六根动力接线，所以在系统造价方面不一定节省。它主要用在对起动转矩要求不高且起动器到电动机的供电距离较近的场合。

　　3.3 磁控型软起动器

　　图3 磁控型软起动器原理图

　　为了解决降压起动时电压有级跳跃和转矩有级跳跃的问题，在上个世纪90年代人们发明了磁控式软起动器，它是采用磁阻抗的原理来达到降压升压无级变化的目的，它是自耦变压起动器的改进如图3所示。磁控型软起动器是在一定的范围内能够达到电压连续可控。磁控型的软起动器分线式绕组和箔式绕组，箔式绕组从理上讲由于箔式绕组的容抗对无功电流的补偿，所以起动时，在同等起动电流的前提下转矩大于线式绕组。由于线式绕组磁控软起动器在上个世纪末被旁路型软起动器所淘汰，箔式绕组磁控软起动器是本世纪初的专利技术，由于磁控型的概念被人们认为是一种落后的产品，所以市场上已不多见，实际上它已经发生了质的变化，起动转矩高于所有的软起动器，对于仅考虑电网冲击或降压起动有困难的场合是比较理想的产品。它的优点是谐波小，在一定的范围内能达到无级变压。

　　3.4 电子软起动器

　　图4 在线运行型软启动器 图5 旁路型软起动器 图6 内置旁路型软起动器