电机启动的几种方式.doc

电机启动的几种方式.txt如果青春的时光在闲散中度过，那么回忆岁月将是一场凄凉的悲剧。杂草多的地方庄稼少，空话多的地方智慧少。即使路上没有花朵，我仍可以欣赏荒芜。电机启动的几种方式

1　前言
　　滑雪的人都明白这样一个道理：突然、急剧的拉动容易使人摔倒。而在工业应用方面，许多企业每年都要为他们所使用的电动机(用于驱动风扇、压碎机、搅拌器、水泵、传送带等等)的这种突然、急剧启动浪费数百万美元，每天都有数不尽的交流电动机在不必要的处于重荷之下。
　　交流电动机的这种突然而剧烈的启动主要会造成以下几个方面的损失：
(1)直接在线启动或星－三角启动产生的电压和电流瞬变容易导致电气故障。电压和电流的瞬变现象可能导致当地的电网过荷，从而引起不良的电压变化，并最终影响到同电网中的其它电气设备。
(2)导致从电动机到启动设备及到强应力等这一整个驱动链的机械故障。
(3)运行故障：例如使管路系统产生压力振动，对传送带上的产品造成损坏，以及使电梯乘坐不舒适。
　　此外，经济效益问题也是很明显的：每一个技术问题，每一次的故障，都会因维修甚至暂停生产而导致经济损失。在工业企业的生产中，这就会导致预算外生产成本的增加。
2　软启动器的开发历程
　　交流电动机的启动问题由来已久，人们一直在试图找出一种能够彻底解决问题的办法，在此过程中，先后主要研究开发了下面几种启动方式。
2.1　星－三角启动器
　　星－三角启动器是一个较早的解决办法。在启动过程中，电网的相位接头和中性接头之间，电动机定子绕组与启动器进行星型连接，从而可以降低电动机电压，及至降低电流大约(图1);一旦克服主惯量之后，电动机定子绕组在电网相位接头之间的连接就呈三角形，以获得满电压和功率。然而，这种启动器不能从根本上消除机械和电气瞬变现象，只能使其稍微减弱，使他们穿过时间轴上的两个点——从随后的星－三角切换至原点。
　　星－三角启动法只适用于正常工况，在其它工况下，从星形到三角形之间的切换有时候比直接在线启动情况还要糟糕。
　　因此，星－三角启动器对于该问题来说只能算是一个粗浅而有限的解决办法。
2.2　滑环电动机
　　另一个早期的解决办法就是滑环电动机，该电动机由一个经滑环与转子电路连接的启动变阻器启动。采用这种方法，虽然电动机的扭矩仍能维持在足以启动负荷的必要水平，但启动电流已经降低了。
　　在启动过程中，电动机获得速度，转子电阻逐渐降低，一旦启动变阻器完全脱离电路，电动机就可达到其最大转速，转子绕组也在该点短路，因此，电动机由此点开始作为普通的鼠笼式电动机运行。
滑环电动机的优点是扭矩较高而启动电流受到限制，主要适用于启动负荷较高的电动机，如压碎机和磨坊用电动机；而其不利之处就在于它的机械和电气结构过于复杂，且电刷、滑环、电阻器和接头的使用又使成本(包括维护成本)增加，可靠性降低。

2.3　频率转换器
　　频率转换器从技术来说要优于上述两种解决方法：因为它可以在电动机从启动到正常运行再到停机的每一次运行循环中，对转速、扭矩和功率等所有相对变量进行精确控制；另一个重要的优点就是其控制设备为静态，即没有移动部件。其可靠性因而也提高了，维护工作量很小。
　　然而，频率转换器的缺点是前期投资成本相对过大，这一点限制了其在很多领域的应用，尤其在那些正常运行中实际上并不要求定时控制的设备中的应用。
　　不过，随着技术的不断更新以及价格的下降，频率转换器已经赢得了很大的市场。今天，它已在实际应用中取代了滑环电动机。
2.4　软启动器
　　软启动器于20世纪70年代末到80年代初投入市场，它与频率转换器相似，同样以电子和可控硅为基础。可以这样说，它填补了星－三角启动器和频率转换器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软启动器，可以控制电动机的电压，使其在启动过程中逐渐地升高，很自然地限制启动电流(图1)。这就意味着电动机可以平稳地启动，机械和电应力也降至最小；该装置还有一种附带的功能，即可用来“软”停机。
　　由于该启动器采用电子式电路，可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能，改善电动机的保护，简化故障查找，如失相、过电流和超高温保护，以及正常运行、电动机满电压和某些故障指示。象斜坡电压和初始电压等所有设定值都可以很容易地在启动器面板上设定。
　　另外，软启动器除了完全能够满足电动机平稳启动这一基本要求外，还具有很多优点，比如可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单。
　　然而软启动器仍有一个缺陷，那就是不能长时间用于启动扭矩要求很高的电动机驱动装置上。这种局限性主要因为，软启动器实际上是靠将自身电压斜坡式抬升至最大值(而在停机过程中又逐渐下降至设定的关机水平)来完成工作。由于扭矩与电压平方成正比，连接电动机不能从一开始就达到最大扭矩，因此，软启动器更适合于水泵、风扇、传送带、电梯等轻型易启动的设备。
3ABB新型软启动器系列
ABB自从20世纪80年代初就开始研制生产软启动器，其间所获得的宝贵经验已经成功地应用到今天的新系列产品设计之中。最新的PS S系列在许多方面进行了改进(图2)，适用于电流3～515A，电源电压208～690V的电动机。
　　这种新产品系列具有以下几个重要的特点：
(1)集成化：在一定的安装平面上可以安装更多的软启动器。
(2)易于安装：该装置可以用螺丝钉固定到安装板(只需4个孔)上，或者，固定在安装轨上。这两种安装方式的电缆连接都很方便，且面板上有清晰的操作提示。
(3)设置方便：由于只有3种设置(启动电压斜坡、停机电压斜坡和初始电压)，软启动器的适用范围很广，面板上刻度标识非常清晰的旋转开关有助于你很方便地设定这些值。
(4)固态电路：这有利于确保最高的可靠性，并将维护工作降至最低限度，即使对于启动和停机非常频繁的设备依然如此。
3.1　“内三角”连接
PS S系列中绝大部分启动器都可以与电动机的三角形电路连接，其结果就象一个星－三角启动器(图3)，称之为“内三角”连接。这种连接可使软启动器的电流负荷降低，从而使电流控制范围扩大至515A，可以满足任何较小的应用设备，并能够为用户节约更多的空间和金钱。

3.2　设计安全耐用
　　该装置外包装坚固，并且对所有有生命的东西均有良好的绝缘，因此，不怕野蛮装卸，不会对人产生危险。其电路也基本上是无故障设计，即使遇到很难出现的内部故障，该装置也会自动关机以保护所连接的其它设备。
3.3S S 03……25 3～25A集成软启动器
　　该系列软启动器设计用于额定电流在3～25A，主电压分别为230V、400V、500V以及600V的小型电动机，可以并排安装在DIN轨道上。这些启动器在主电路上都配备有旁路接头，可在正常运行时替代可控硅以减少发热。
　　每个启动器都可以与控制电压范围在24～110V的AC/DC或者110～480V的AC电路连接，从而减化与现有控制系统的接入程序，减少该装置的换代更新次数。
3.4PS S 18/30……30/515适用于18～515A的通用启动器
　　这种系列的启动器适用于大型电动机，且安装和适应性更强。该系列启动器适用于额定电流为18～300A的电动机，由于它们可以象星－三角启动器一样接入三角电路(图3)，适用电流最高可达515A。这一特性使其能够比任何同类产品都更容易替代现有的星－三角启动器以实现更为平稳的启动(和停机)。
　　固态电路设计(主电路上无机电接头)使这种启动器特别适用于那些需要频繁启动和停机的电动机驱动装置。
　　所有该系列的启动器均可与一个单独的限制电路连接，从而可设定一个能与任何斜坡时间接近的最大启动电流。该功能简化了设置，尤其对于那些启动时间很长、惯量很高的设备更是如此。
　　这种启动器还配备了4个LED指示灯，分别表示“开机”、“满电压”、“外部故障”和“一般故障”以及1个内置式重大故障指示继电器。这些诊断功能简化了监测及故障识别。
　　该系列启动器的设计适用系数为110％～115％，换句话说它们可以处理连接电动机的过电流问题。
　　内置式旁路信号继电器可用于控制在连续运行或当利用同一启动器先后启动几台电动机时所需的旁路可控硅接头。
4　结束语
　　软启动器对于工业企业来说其好处可谓比比皆是。很少有某个生产场所不需要电动机作为驱动设备，不会得益于ABB的新型软启动器，这是许多ABB软启动器的受益人所得出的共同结论。软启动器的强大的适用功能和精巧的设计特点使其在许多现代企业的“必备设备”清单之列中亦占有一席之地。
电动机几种启动方式的比较
电动机启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、Y-Δ 起动、软起动器、变频器。其中软启动器和变频器启动为潮流。当然也不是一定要使用软启动器和变频器启动，从经济和适用性自行考虑，下面的比较仅供参考。

全压直接起动：
在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw 的电动机不宜用此方法。

自耦减压起动：
利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载起动的需要，又能得到更大的起动转矩，是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。

Y-Δ 起动：
对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（Y-Δ 起动）。采用星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7Ie 计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3 倍。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。

软起动器：
这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动，主要用于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。

变频器：
变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术，微机技术，因此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。

在以上几种起动控制方式中，星三角起动，自藕减压起动因其成本低，维护相对软起动和变频控制容易，目前在实际运用中还占有很大的比重。但因其采用分立电气元件组装，控制线路接点较多，在其运行中，故障率相对还是比较高。从事过电气维护的技术人员都知道，很多故障都是电气元件的触点和连线接点接触不良引起的，在工况环境恶劣(如粉尘，潮湿)的地方，这类故障更多，但检查起来确颇费时间。另外有时根据生产需要，要更改电机的运行方式，如原来电机是连续运行的，需要改成定时运行，这时就需要增加元件，更改线路才能实现。有时因为负载或电机变动，要更改电动机的起动方式，如原来是自藕起动，要改为星三角起动，也要更改控制线路才能实现。

字面理解，软启动对应的就是硬启动了！电其实就是一个正弦波，它的所有参数都可以从这个波形中得到，这里面也包含了他的特征！我们通常用的降压，星角等启动，没有改变它的波形。所以称之为硬启动，启动电流还是很大！因为交流电的特征没有变，所以它的这个弊端就不会完全消除！人们就想办法改变交流电的特征，也就是改变它的波形！也就出现了变频，可控硅软起等方式~！软启动造价太高，效果比硬启动好！

电动机的软启动？哎呦，怎么解释呢？他的由来一定是从电动机的”硬启动”而来。硬启动就是直接启动了，硬启动（直接启动）的启动电流是电机额定电流的多少倍呢？好像是3-5倍吧，甚至6倍呢。直接启动（硬启动）时，这种超过了电机额定电流的情况，给电机本身的制作工艺、结构都带来了许多受到制约的问题。所以你们是否注意了？电机的轴很粗，似乎不可理喻，根本用不着这么大的剪切力呀？其实就是因为过去没有软启动，而硬启动突如其来的过载5-6倍的启动电流所带给电机的启动冲击转矩，会把电机轴扭断的。这就是电机轴为何设计得很粗的原因之一呀。对于小功率的电机，直接启动尽管电流很大，启动时的冲击转矩对电机而言很大，但对机械的强度抗冲击性还是可以承受的。对于大功率的电机就有问题了，启动时所造成的过载冲击，机、电的强度与容量设计都是很棘手的。而且造成很大的附加成本。
正因为如此，人们开始动脑筋解决此问题，并发明了软启动。软启动顾名思义，就是不直接启动，而是慢慢的、一点一点的启动。比如在电机的输入端一点一点地把电压从0升高到额定电压，频率由0渐渐的变化到额定频率，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去不可控的过载冲击电流变成为可控的、可根据需要调解大小的启动电流。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。这就是所谓的电动机的软启动。
现在的软启动有两种做法，一种是采用专门的软启动器实现软启动；一种是采用变频器控制实现软启动。而传统的软启动的老办法已经很少有人在用了。这里不再累述。