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鼠籠式交流異步電動機起動技術(shù)

 

0 概述：

三相鼠籠式交流異步電動機因其結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定及無需維護等特點，在各個行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其在起動過程中會產(chǎn)生過大的起動電流，會對電網(wǎng)和其他用電設(shè)備造成沖擊，受電網(wǎng)容量限制和保護其他用電設(shè)備正常工作的需要，要在電機起動過程中采取必要的措施?？偟膩碚f，在不需要調(diào)速的場合，考慮經(jīng)濟的因素，異步電動機的起動可以有兩種方法：直接起動和降壓起動。

1 直接起動

直接起動也就是全壓起動，起動方法簡單，但交流異步電動機的起動電流特別大，可達(dá)到額定電流的4~7倍，對于國產(chǎn)電動機的實際測量，某些籠形異步電動機甚至可達(dá)到8~12倍。過大的起動電流會造成電動機發(fā)熱，影響電動機壽命；電動機繞組（特別是端部）在電動力作用下，會發(fā)生變形造成短路而燒壞電動機；過大電流會使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓下降而影響到同一電網(wǎng)的其他用電設(shè)備的工作。所以，一般情況下規(guī)定，異步電動機的功率低于7.5KW時允許直接起動，如果功率大于7.5KW，在條件不允許的情況下，就需要采用其他方法進行起動。

2 降壓起動

（1）電阻降壓起動

起動原理如圖1所示。

簡介：電阻降壓起動就是通常所說的定子串電阻起動。在定子電路串聯(lián)電阻，起動時電流會在電阻上產(chǎn)生壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也從而得到減小。起動時，Q1閉合，Q2斷開，起動完成后，閉合Q2。

優(yōu)點：起動平穩(wěn)，運行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，如果采用電阻降壓起動，在起動階段功率因數(shù)較高。

缺點：由于起動轉(zhuǎn)矩和定子電壓的平方成正比，所以起動時電壓降低將造成起動轉(zhuǎn)矩減小，適用于輕載和不頻繁起動的場合；起動時電能損耗大，起動成本高。

（2）自耦降壓起動

起動原理如圖2所示。

簡介：自耦降壓起動利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流。自耦降壓起動的起動電流參照式（1-5），起動電壓參照式（1-6），起動轉(zhuǎn)矩參照式（1-7）。

I₁=(w₂/w₁)² （1-5）

U_x=(w₂/w₁) U₁ （1-6）

T=(w₂/w₁)² T_st （1-7）

為滿足不同負(fù)載要求，自耦變壓器的二次繞組一般有三個抽頭分別為電源電壓的40%、60%、80%（55%、64%、73%）。

優(yōu)點：三個電壓抽頭適合不同負(fù)載起動時選擇；可以適用于較大容量電動機；

缺點：體積大，質(zhì)量大，價格高，需要維護檢修。

（3）星----三角起動

簡介：星—三角起動要求電機每個繞組有兩個出線端，共6個出線端。起動時接成星形，起動完成后必須為三角形。起動時連接成星形的定子繞組電壓與電流只有三角形連接時的1/1.732。連接成星形起動時的線電流只有連接成三角形直接起動線電流的1/3；起動轉(zhuǎn)矩和電壓平方成正比，因此也是直接起動轉(zhuǎn)矩的1/3。

優(yōu)點：體積小，重量輕，運行可靠，檢修方便。

缺點：只適用于正常運行時接成三角形的電動機；只適用于輕載或空載起動；起動電壓是定值，不能根據(jù)負(fù)載調(diào)整。

（4）延邊三角形起動

簡介：起動時將1、2、3三個出線端接電源；4、5、6分別與8、9、7相連，就構(gòu)成了延邊三角形連接法。此時相電壓有所降低，起動電流也隨之下降，相電壓是隨著電動機繞組不同的抽頭比例而變化的。根據(jù)實測，當(dāng)抽頭比例為1：1時，電動機堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下測得的相電壓為264V左右。采用不同的抽頭比例，就可以獲得不同的起動轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)點：體積小，質(zhì)量小，允許經(jīng)常起動，適用于重載起動。

缺點：接線復(fù)雜。

（5）串飽和電抗器起動

簡介：飽和電抗器是帶有直流勵磁繞組的交流電抗器。改變直流勵磁電流就可控制鐵心的飽和程度，從而改變交流電抗值。鐵心飽和時交流電抗很小，因而電動機所得電壓高；鐵心不飽和，交流電抗大，因而定子電壓降低，實現(xiàn)降壓起動。設(shè)備龐大笨重。

（6）晶閘管交流調(diào)壓器起動（交流軟起動器起動）

A、軟起動器的性能特點：

（1）限制線路電壓降，降低電流峰值；采用不同的起動方式，軟起動可以避免起動時的電流沖擊，不會造成大的電壓降落。如果對于電源容量不夠的場合，直接起動會造成線路上大的電壓降落和損耗。可以保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，提高供電設(shè)備的使用壽命，減小對負(fù)載的沖擊。

（2）根據(jù)負(fù)載不同可以靈活選擇多種起動和停止方式。

（3）晶閘管是一個無觸點開關(guān)，對于接旁路接觸器的軟起動，其使用壽命長，且免維修。

（4）單個軟起動可帶多臺負(fù)載，從而比較經(jīng)濟實用，這是其他降壓起動方式不能實現(xiàn)的。

（5）可以實現(xiàn)運行中設(shè)備的監(jiān)控保護和快速故障檢測，實現(xiàn)軟停車，泵停車，制動停車以及準(zhǔn)確停車功能。

（6）采用微處理器控制，性能可靠，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

（7）接線簡單，維護方便，體積小。

B、起動方式、運行方式、停車方式介紹：（圖8）

（1）起動方式：

電壓斜坡：從初始電壓開始以線性斜坡的方式增加電動機上的電壓，直到額定電壓。

限流起動：使電動機在起動時的電流最大不超過預(yù)先設(shè)定的電流值。

脈沖突跳起動：如皮帶傳送機、擠壓機和攪拌機等的靜阻力矩比較大，通過脈沖突跳可以施加一個短時的大起動力矩，以克服大的靜摩擦力。

斜坡+限流起動：電壓斜坡起動和限流起動的兩種組合。

（2）運行方式：

接旁路接觸器運行：軟起動器起動完成后用旁路接觸器代替工作，以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)的工作效率。

輕載節(jié)能運行：電動機負(fù)荷較輕時，軟起動器自動降低施加與電機定子上的電壓，可以減小電動機的銅損和鐵損，節(jié)約能量。

（3）停車方式：

軟停車：晶閘管接收到停機信號后，由導(dǎo)通角控制電機側(cè)電壓由全壓經(jīng)過一定時間減小，從而實現(xiàn)軟停車的目的。適用于皮帶機、升降機等。

快速停車：停車后，向電動機輸入直流電源，使電動機工作于能耗制動狀態(tài)，適用于快速停車的場合。而且不需要其他附加接觸器和電源設(shè)備。

準(zhǔn)確停車：包括了從全速到慢速再到制動定位的過程。適用于球蘑機的加料定位。

泵停車：為了避免水泵的“水錘效應(yīng)”，電動機的速度必須平滑下降，通過控制軟起動導(dǎo)通角來控制電壓，使其能夠滿足泵停車時的曲線，達(dá)到最佳停車效果。

3 小結(jié)

隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，軟起動器從生產(chǎn)工藝、使用性能都得到了很大提高，成本不斷降低，逐漸取代了傳統(tǒng)的自耦式、星/三角等降壓起動方式。比較各種起動方法，在目前對于系統(tǒng)的可靠性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等的要求不斷提高，采用交流軟起動器作為電機的起動設(shè)備，不失為一種既可靠又經(jīng)濟實用的方式。

 

作者：原紅亮 西安西普電力電子有限公司