張寶喜

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

1 前言

感應(yīng)電機(jī)也稱異步電機(jī)，它依靠定子轉(zhuǎn)子間的電磁感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的電機(jī)，它運(yùn)行效率高、能夠可靠地運(yùn)行，并且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以制造十分簡(jiǎn)單、便宜，而且設(shè)備壽命長(zhǎng)，應(yīng)用場(chǎng)所比較廣泛[1]。

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也有缺點(diǎn)，例如起動(dòng)電流較大、難以經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大范圍的平滑調(diào)速、需從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功電流建立磁場(chǎng)從而降低電網(wǎng)的功率因數(shù)等。盡管如此，很多場(chǎng)合對(duì)調(diào)速要求并不高（如風(fēng)機(jī)、水泵等），而且起動(dòng)特性還可以通過(guò)其他措施改善，故感應(yīng)電動(dòng)機(jī)仍得到了廣泛應(yīng)用[2]。

2 低壓繞線型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇

2.1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的分類

按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)分為鼠籠式和繞線式兩大類[3]。

籠型轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)如果去掉鐵芯，整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組的外形如鼠籠，每個(gè)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)都有一根銅質(zhì)或鋁質(zhì)的導(dǎo)條，所以稱為鼠籠式?；\型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，是一種經(jīng)濟(jì)耐用的電機(jī)，應(yīng)用極為廣泛。

繞線式轉(zhuǎn)子的繞組結(jié)構(gòu)和定子繞組相似，是用絕緣導(dǎo)線嵌放于轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，按星形接法連接成三相對(duì)稱繞組，三相出線端分別接于安裝在轉(zhuǎn)子軸上的三個(gè)滑環(huán)，通過(guò)電刷可以引出電流。繞線式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以接入附加電阻在轉(zhuǎn)子繞組回路內(nèi)（通過(guò)電刷和滑環(huán)），進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性提高，或調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[4]。

2.2 低壓繞線型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇要求

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，起動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足下述規(guī)定：

1）對(duì)于400V系統(tǒng)，起動(dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)造成的電壓降不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值，一般要求經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，小于或者等于40V；偶爾起動(dòng)時(shí)，小于或者等于60V。在保證生產(chǎn)機(jī)械所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而又不影響其他用電設(shè)備的正常工作時(shí)，其電壓降可允許為小于或者等于80V。由單獨(dú)設(shè)置的變壓器專供電的電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩決定其電壓降允許值。

2）當(dāng)變壓器的負(fù)載率小于90%時(shí)，變壓器的起動(dòng)容量如以每12h起動(dòng)3次，每次起動(dòng)時(shí)間為15s，則最大起動(dòng)電流可為變壓器額定電流的4倍?？傊?，供電設(shè)備和電網(wǎng)的過(guò)載能力不低于起動(dòng)功率。

3）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值應(yīng)不小于傳動(dòng)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值。

式中：電動(dòng)機(jī)靜阻轉(zhuǎn)矩M×j，電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩M×q，起動(dòng)時(shí)母線上的電壓U×m。

4）起動(dòng)時(shí)，需確保起動(dòng)裝置和低壓繞線式電動(dòng)機(jī)的熱穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度[5]。

2.3 低壓繞線型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的比較

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，常用的是直接起動(dòng)、變頻起動(dòng)和減壓起動(dòng)。

變頻起動(dòng)具有高效率、高性能的特點(diǎn)，伴隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻起動(dòng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是其系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)較高，轉(zhuǎn)速變化率小，對(duì)項(xiàng)目的初始投資造成了一定的困難。

繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)一般采用電阻分級(jí)起動(dòng)或頻敏變阻器起動(dòng)兩種方式。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大但控制較復(fù)雜，且起動(dòng)電阻體積大、維修麻煩；而后者具有恒轉(zhuǎn)矩的起制動(dòng)特性，能夠平滑、無(wú)級(jí)、自動(dòng)地起制動(dòng)各種功率的交流繞線型電動(dòng)機(jī)，頻敏變阻器又是靜止元件，很少需要維修。因此，繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)多采用頻敏變阻器起動(dòng)[6]。

2.4 頻敏變阻器起動(dòng)原理

頻敏變阻器本質(zhì)上是一個(gè)鐵芯損耗非常大的三相電抗器設(shè)備。它具有鐵芯以及線圈兩個(gè)部分，由數(shù)片E形硅鋼片疊成，采用星形連接，并制成開啟式。將其串接在繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，相當(dāng)于使其轉(zhuǎn)子繞組接入一個(gè)鐵損較大的電抗器。頻敏變阻器的阻抗能夠隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降自動(dòng)減小，所以它是繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)較為理想的一種起動(dòng)設(shè)備，常用于較大容量的繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)反接時(shí)，頻敏變阻器的等效變阻器阻抗最大，從反接制動(dòng)到反向起動(dòng)過(guò)程中，其等效阻抗始終隨轉(zhuǎn)子電流頻率的減小而減小，使電動(dòng)機(jī)在反接過(guò)程中轉(zhuǎn)矩亦接近于恒定。因此頻敏變阻器尤為適用于反接制動(dòng)和需要頻繁正反轉(zhuǎn)工作的機(jī)械。

低壓繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)工作制分為：偶爾起制動(dòng)工作制和斷續(xù)周期工作制的起制動(dòng)。此兩種工作制的原理相同，但是選取過(guò)程有一些區(qū)別，斷續(xù)周期工作制的起制動(dòng)比偶爾起制動(dòng)更加復(fù)雜些。本文僅對(duì)偶爾起制動(dòng)這種工作制進(jìn)行討論，所述的頻敏變阻器為小型片式三相結(jié)構(gòu)[7]。

2.5 項(xiàng)目實(shí)用舉例

某項(xiàng)目空壓機(jī)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及技術(shù)數(shù)據(jù)：JR-127-8，Pe=130kW，Uze=285V，Ize=270A，屬于輕載起動(dòng)。

根據(jù)現(xiàn)有條件，計(jì)算起動(dòng)頻敏變阻器的參數(shù)：

1）確定鐵芯規(guī)格：用于偶爾起動(dòng)的頻敏變阻器鐵芯號(hào)為2號(hào)、3號(hào)、7號(hào)。輕載、重載偶爾起動(dòng)，功率因數(shù)不宜過(guò)高，可選用疊片式結(jié)構(gòu)，即2號(hào)鐵芯或3號(hào)鐵芯；重輕載偶爾起動(dòng)，對(duì)功率因數(shù)有一定要求，宜選用方柱式結(jié)構(gòu)，即7號(hào)鐵芯。小功率電動(dòng)機(jī)選用2號(hào)鐵芯，當(dāng)鐵芯片數(shù)超過(guò)12片后，選用3號(hào)鐵芯。如果3號(hào)鐵芯超過(guò)16片，則采用兩臺(tái)或數(shù)臺(tái)，并且確定并聯(lián)數(shù)b和串聯(lián)數(shù)c。

選用2號(hào)鐵芯。

2）計(jì)算鐵芯片數(shù)ΣN=KN×Pe=0.0897×130=11.66片，進(jìn)整取12片。

3）計(jì)算繞組匝數(shù)W=KW×Pe/（C×N×Ize）=868.8×130/（1×12×270）=34.8匝，進(jìn)整32匝。

4）計(jì)算導(dǎo)線截面S：S=Ize/（b×je）=270/（1×20）=13.5mm2，進(jìn)整為16mm2。

相關(guān)系數(shù)值運(yùn)用及變阻器參數(shù)見表1~3。

表1 某廠家不同鐵芯系數(shù)KN值選用表

表2 某廠家不同鐵芯系數(shù)KW值選用表

表3 某廠家不同鐵芯偶爾起制動(dòng)用頻敏變阻器N、W、S參數(shù)分檔表

3 結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)于繞線式電動(dòng)機(jī)采用頻敏變阻器這種起動(dòng)方式，可以省去龐大的起動(dòng)電阻，而且線路簡(jiǎn)潔，維護(hù)容易，這些都是可見的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是功率因數(shù)低（一般為0.5~0.75），不宜用在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的場(chǎng)合，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

2）對(duì)于斷續(xù)周期工作制所用的頻敏變阻器的選擇，由于電動(dòng)機(jī)常處于起動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)，有需要反接的情形，操作頻繁，頻敏變阻器常接于轉(zhuǎn)子電路中，需要按照電動(dòng)機(jī)的操作頻繁程度分類選配頻敏變阻器，并不適用于本文討論的方法。

3）筆者總結(jié)歸納一些設(shè)計(jì)實(shí)例與計(jì)算方法，還請(qǐng)廣大讀者給出批評(píng)和指正。