交流电动机的起动方式.doc

电动机的起动

　　异步电动机的起动问题是它在运行中的一个特殊问题。常用的方法有全压直接起动、自耦减压起动、Y-Δ起动、软起动、变频起动等。
在电网和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，鼠笼式异步电动机仍以直接起动为宜，因为操纵控制方便，而且比较经济。然而，巨大的起动电流，特别是有大容量电动机或者有多台电动机需要同时起动时，对电网的影响极大。例如，对中小容量的电网来说，巨大的起动电流会引起很大的线路压降，并因而影响到电网的供电质量。严重时，甚至能影响到电网中其他电气设备的正常运行。
　　不言而喻，较大的起动电流会在线路上和电动机本身中产生相当大的有功功率损耗。特别是在加速转矩较小，负载机组的转矩惯量又较大，而且起动又很频繁时，这个因素就更不容忽视。再有，直接起动固然起动转矩较大，对于重型负载有利，但对一般的轻型负载来说,就有可能发生机械冲击，从而导致传动皮带被撕裂、齿轮被打坏等事故。
　　因此尽管直接起动方法简单，起动设备也简单，价格便宜，但为了限制电和机械的冲击，以及保证电网的供电质量，在某种场合，就得采取减压起动方式，或者在绕线式异步电动机的转子电路中串入阻抗进行起动。
　　由电机原理可知，电动机的起动电流IQ正比于电动机的端电压，所以降低端电压，可使起动电流成比例地减小。例如，当电动机端电压降低到其额定值的1/k时，起动电流亦将降低到全电压起动时的1/k。这样看来，似乎降低电动机的端电压是减小起动时的电流冲击，从而解决异步电动机起动问题的有效措施，并且电压降低越多对起动越有利了。其实也不尽然。因为在把电动机的端电压降低到1/k额定电压时，虽然起动电流也降低到全电压起动的1/k，但与此同时，电动机的起动转矩也降低了，而且是按1/k2的比例大幅度地降低，更何况起动时功率因数的下降还会加重这种情况。因此，决不能简单地认为降低电动机端电压是随时随地都可行的起动方式。

　　星三角起动

　　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）。
　　设电源的线电压为UC，绕组在起动时的每相阻抗为Z0，当定子绕组接成星形（即Y形）时，线电流和它的相电流相等，即
        　   　...（1）
　　如果定子绕组按原先的三角形（即Δ形）接法直接接到电网上起动，则其相电流为
　　...（2）
　　线电流为
　　...（3）
　　比较式（2）和式（3），得
　　  ...（4）
　　这就是说，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。
　　起动电流降低了，起动转矩将会是怎样呢？众所周知，电动机的转矩M是同加在绕组上的电压的平方Uφ2成正比。由于三角形接法时的相电压等于线电压，而星形接法时的相电压只是线电压的1/3½，所以
            ...（5）
　　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。
　　由此可见，采用星三角起动方式时，电流特性很好，而转矩特性较差，所以客观存在只适用于无载或者轻载起动的场合。换句话说，由于起动转矩小，星三角起动的优点还是很显著的，因为基于这个起动原理的星三角起动器，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。
自耦减压起动器是经常被用来起动较大容量鼠笼式异步电动机的减压起动装置。虽然自耦减压起动器是一种老式的起动设备，但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，加之还因装设有热继电器和低电压脱扣器而具有较完善的过载和失压保护，所以，至今仍被广泛应用。
众所周知，自耦减压起动器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%。设电动机的起动转矩为其额定转矩的1.4倍，则在减压起动时，线电流为直接起动时的64%，起动转矩为额定转矩的90%。然而据调查，自耦减压起动器多半工作于65%抽头处，而且起动也颇顺利。根据分析，此时电动机的起动转矩公为直接起动时的42%，与星三角起动时的1/3比较，只不过大8～9%而已。可以预计，在这种场合采用星三角起动器也未尝不可，何况实际上也有饲料粉碎机、水泵等采用星三角减压起动而运转正常的例子。如果顾及到高起动转矩异步电动机的推广，星三角起动方式的应用更有着广阔的前景。

图1：自动星- 三角减压起动器控制线路

图2：利用闸刀开关实行星三角降压起动的线路
　　星三角起动可通过手动和自动操作控制方式实现。图1就是自动星三角起动器的线路，其中a是利用按钮和交流接触器来实现自动操作的线路 ，b是利用时间继电器和交流接触器来实现自动操作的线路。现按后一种线路来介绍自动星三角起动器的工作原理。
起动时，按下起动按钮QA，接触器YC（short）立即动作，它的主触头将定子绕组接成Y形连接以备起动，其常开辅助触头将接触器QC（start）的线圈电路接通，使它动作，接通主电路，其常闭辅助触头则切断接触器SC（run）的线圈电路，以免因SC的主触头闭合而发生电流短路事故。这样，电动机就按Y接法起动。由于时间继电器SJ在QA按下后也得了电，所以经过整定的延时后，其延时常闭触头打开，切断YC的线圈电路，使YC释放，SC动作，而电动机便在三角形接法下全压运行。至此，起动过程已结束，时间继电器的线圈电路也被SC的常闭辅助触头切断。
　　对于小容量电动机，如果只有单投胶盖闸刀开关或者双投胶盖闸刀开关，也可根据图2所示电路来组成手动星三角起动控制线路。
　　QX3系列自动星三角起动器基本技术数据列于表1。这种起动器设有作过载保护用的双金属片热继电器和作延时用的双金属片时间继电器，同时又是用接触器来接通和分断电路，所以还具有失压保护。既然QX3系列自动星三角起动是采用时间继电器控制，其线路自然是与图1b所示线路一致。

表1：QX3 系列自动星三角起动器基本技术数据
随着电力系统的发展，实际设计通常不采用上述星三角起动器。可以根据图1中的两种线路自行装设。但是,在选用接触器和热继电器时,应按照这两种电器元件的选用原则并根据所控制电动机的容量来选择。
　　结论
　　综上，并非所有的场合采用减压方式都是有利的。因为采取减压起动方式，一方面要增设起动设备，从而增加了投资；另一方面，有些拖动系统常常需要正反转，也有些系统操作很频繁，这都要求缩短起动时间，以提高劳动生产率。所以必须针对具体使用要求对起动方案的技术经济指标统筹考虑，合理地选择起动方式和相应的起动设备。

电动机负载

低压电动机是最常用的负载。交流电动机常用的有绕线式电动机和鼠笼式感应电动机。
绕线式电动机起动时，在转子电路中接入电阻以限制起动电流。但不同的负载起动时间不同，负载越重起动时间越长。用于绕线式电动机切换的接触器属于AC－2使用类别。
鼠笼式电动机一般采用直接起动，起动电流冲击衰减后随后流过的是稳态电流Ie，一般的鼠笼式电动机起动电流（有效值）Ia为4～8倍的电动机额定电流In。电动机的空载电流Io＝（0.95～0.2）Ie，正常负载下的起动时间tA<10秒，重载起动时tA可大于10秒。用于切换鼠笼式电动机正常起动和在运转中分断的接触器属于AC－3使用类别。
而运行在鼠笼式电动机正常起动并同时进行反接制动，或者是反向运转、点动情况下的接触器，因其接通电流和分断电流均是电动机的起动电流。这种工作类别的开关电器属于AC－4，它比AC－3工作类别的要求严酷得多。