楊勇

摘 要：文章對(duì)感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)原理進(jìn)行了說明，并對(duì)兩種轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的在傳統(tǒng)啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)性能進(jìn)行了深入的對(duì)比分析。同時(shí)提出了感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)概念，對(duì)軟啟動(dòng)原理進(jìn)行了說明并對(duì)軟啟動(dòng)器型號(hào)的選用做了介紹。給出了根據(jù)不同性質(zhì)負(fù)載合理地選取三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)；啟動(dòng)方法；研究分析

1 概述

感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)即三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子繞組是在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割作用下感應(yīng)出電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，故也稱其為感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)（在額定工作電壓下不改變轉(zhuǎn)子回路電阻啟動(dòng)）過程中，啟動(dòng)電流為額定工作電流值的4-7倍。該電流產(chǎn)生的熱損耗容易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的絕緣老化或損傷，直接啟動(dòng)產(chǎn)生的沖擊性轉(zhuǎn)矩也容易損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)啟動(dòng)過程中的沖擊電流會(huì)引起供電網(wǎng)電壓下降，從而影響電網(wǎng)內(nèi)其他電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)及用電設(shè)備正常運(yùn)行，這將影響企業(yè)的安全與正常生產(chǎn)，因此對(duì)感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式進(jìn)行合理的選擇是擺在企業(yè)電氣技術(shù)人員的重要任務(wù)。

2 感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的工作原理

與直流電動(dòng)機(jī)不同，感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的切割作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，并在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如何產(chǎn)生的是理解感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)工作原理的關(guān)鍵：空間對(duì)稱分布的三相定子繞組通以三相對(duì)稱交流電，由于交流電電流方向會(huì)隨時(shí)間發(fā)生周期性變化，使定子繞組磁場(chǎng)的方向隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向由相序決定（電流超前相指向電流滯后相），旋轉(zhuǎn)速度與交流電頻率成正比列關(guān)系，與磁極對(duì)數(shù)成反比例關(guān)系。

3 繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式

繞線式轉(zhuǎn)子是在三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽中安放繞組，三相繞組一端短路，另一端分別連接轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)，滑環(huán)通過電刷連接外電路并可以短接。這樣即可以在繞線式轉(zhuǎn)子回路中串入電阻。

3.1 轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動(dòng)

在繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入對(duì)稱電阻，降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流。啟動(dòng)過程中，分級(jí)切除對(duì)稱電阻，從而保證電動(dòng)機(jī)足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。

3.2 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)

頻敏變阻器是阻值可以根據(jù)轉(zhuǎn)子電頻率變化而變化的可變電阻，將頻敏變阻器串入繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，啟動(dòng)初始階段轉(zhuǎn)子電頻率高，頻敏變阻器阻值高，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐漸提高，轉(zhuǎn)子電頻率逐漸降低，頻敏變阻器阻值隨之降低，這樣既降低了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，還可以平滑地切除電阻。

3.3 繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式下電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩

三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比例關(guān)系，繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入對(duì)稱電阻，降低了啟動(dòng)電流，但是由于功率因數(shù)提高了，不但沒有降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，反而提升了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該方法適用于重載啟動(dòng)，較比鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能更為優(yōu)良。

4 鼠籠式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式

鼠籠式轉(zhuǎn)子是在三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽中安放銅條，兩側(cè)分別用銅環(huán)將銅條端部短路；或者由鑄鋁一次澆筑而成鼠籠狀結(jié)構(gòu)，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子。由于鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無法形成開路狀態(tài)，所以在轉(zhuǎn)子回路中無法串入電阻，只能從定子回路入手采取措施改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。

4.1 定子回路串電阻或電抗器啟動(dòng)

是在電動(dòng)機(jī)定子回路中串入電阻或電抗器，分擔(dān)部分電壓，降低電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端電壓，從而降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。

4.2 星——角啟動(dòng)

適用于定子繞組三角接法電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)將定子繞組星接，啟動(dòng)完畢改為角接。該方法使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端電壓降低為額定運(yùn)行時(shí)電壓的1/√3，從而降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。

4.3 自耦變壓器降壓啟動(dòng)

自耦變壓器實(shí)為降壓變壓器，將自耦變壓器一次繞組接電源，二次繞組接電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端，降低電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端電壓，從而降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。

4.4 鼠籠式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式下電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩

以上所述傳統(tǒng)的鼠籠式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式均屬于降壓啟動(dòng)范疇，即通過降低電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端電壓來達(dá)到降低啟動(dòng)電流的目的。由于三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)定子繞組兩端電壓的平方成正比例關(guān)系，上述方法在達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的目的同時(shí)，損失了大部分的輸出轉(zhuǎn)矩。所以該方法具有局限性，只適用于空載啟動(dòng)或輕載啟動(dòng)。

5 軟啟動(dòng)

5.1 軟啟動(dòng)器的定義和原理

軟啟動(dòng)器是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft Starter

軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

5.2 軟啟動(dòng)器的選用

5.2.1 選型：目前市場(chǎng)上常見的軟啟動(dòng)器有旁路型、無旁路型、節(jié)能型等。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇不同型號(hào)的軟啟動(dòng)器。旁路型：在電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的軟啟動(dòng)器，降低晶閘管的熱損耗，提高其工作效率。也可以用一臺(tái)軟啟動(dòng)器去啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。無旁路型：晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)工作于全壓方式，忽略電壓諧波分量，經(jīng)常用于短時(shí)重復(fù)工作的電動(dòng)機(jī)。節(jié)能型：當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較輕時(shí)，軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低施加于電動(dòng)機(jī)定子上的電壓，減少電動(dòng)機(jī)電流勵(lì)磁分量，提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。

5.2.2 選規(guī)格：根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率，電流負(fù)載性質(zhì)選擇啟動(dòng)器，一般軟啟動(dòng)器容量稍大于電動(dòng)機(jī)工作電流，還應(yīng)考慮保護(hù)功能是否完備，例如：缺相保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、逆序保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等。

6 結(jié)束語

鼠籠式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式屬于降壓啟動(dòng)，該方式是以損失大部分啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為代價(jià)達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的目的；繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式降低了啟動(dòng)電流，提升了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，體現(xiàn)出更好的啟動(dòng)性能。其中繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入對(duì)稱電阻，啟動(dòng)過程中，需要分級(jí)切除對(duì)稱電阻，啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)階躍性輸出轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)不平穩(wěn)；而轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)方式，由于頻敏變阻器阻值是連續(xù)變化的，所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)穩(wěn)定，啟動(dòng)過程比較平穩(wěn)，是比較好的選擇。軟啟動(dòng)器是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)可以降低三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，并實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，是感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制的發(fā)展方向。

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