电动机不同启动方式的技术分析及应用

电动机不同启动方式的技术分析及应用

【摘 要】本文通过对电动机直接启动、星三角（Y/△）降压启动、自耦降压启动、软启动器启动及变频器启动的原理、启动性能、经济性能的技术分析，阐述了电动机不同启动方式的优点、缺点，提出了针对不同应用场合选用电动机启动方式的建议。

【关键词】电动机；星三角（Y/△）启动；自耦降压启动；软启动器；变频器

引言

三相异步电动机广泛应用在建筑、采矿、污水厂及港口等诸多领域，电动机在启动时会产生很高的启动电流，如此大的电流易使供电设备过载，同时冲击电网。在电机直接启动的瞬间，电动机会产生很高的启动转矩，这种启动转矩不仅会对电动机内部的机械装置造成损伤，也会对电动所连接的设备造成机械损伤，这就需要根据实际使用工况，结合设备成本选用合适的电动机启动方式。

每一种电动机启动方式有它的优点，也有它的不足之处，应根据实际使用工况的不同，选用合适的电动机启动方式，以下是三相异步电动机不同启动方式的技术分析。

1 电动机直接启动

电动机直接启动时会产生高达电动机额定电流7倍的启动电流，如此大的电流易使变压器过载，使断路器跳闸影响设备的正常运行，同时会给电网造成冲击。在电机直接启动的瞬间会产生很高的启动转矩，会使电动机内部及所连接的设备造成机械损伤，从而造成设备故障或缩短设备的寿命。

2 星三角（Y/△）降压启动

将电动机的三相绕组接成星形，每个绕组承受的电压为0.578Ue，启动电流为△接法的1/3，启动转矩为△接法的1/3，经过延时后（根据电动机实际运行状态调节1～20S），通过星三角转换装置使电动机三相绕组接成三角形，此时每个绕组承受的电压转换为额定电压Ue，电流转换为额定电流Ie，转矩转换为额定转矩。这种降压启动方法只适用于轻载或空载下启动，在正常运行时定子绕组作△形连接的异步电动机均可采用这种降压启动方法。

需要注意的是这种启动方式要保证接线的正确性，如图1，否则会发生短路故障。星三角（Y/△）降压启动的投资成本低，但启动时的电流及转矩变化不平滑。

图1 电动机接线图

3 自耦变压器降压启动

自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2=U1/K，副边电流I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小。又因为变压器原副边的电流关系I1=I2/K，原边的电流（即电源供给电动机的启动电流）比直接流过电动机定子绕组的要小，即此时电源供给电动机的启动电流为直接启动时（1/K）2 倍，由于电压降低为1/K 倍，所以电动机的转矩也降为（1/K）2 倍。

自耦变压器副边有2～3 组抽头，如二次电压分别为原边电压的80%、60%、40%。可以根据启动电流和启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动。如图2， 是交流电动机自耦降压启动自动切换控制电路，自动切换靠时间继电器完成，用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程，不会因启动时间长造成烧毁自耦降压设备的情况。

自耦变压器设备体积大，投资比较高。

图2 自耦变压器降压启动控制原理图

4 软启动器启动

软启动器目前应用较为广泛、工程中常见软启动器是晶闸管软启动，晶闸管软启动原理是在三相电源与电机间串入三相联晶闸管，利用晶闸管移相控制原理，改变晶闸管的触发角，启动时电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐上升，就可调节晶闸管调压电路的输出电压，使电机转速逐渐增大，直至达到满足启动转矩的要求而结束启动过程。软起动器的输出是一个平滑的升压过程，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作，此时旁路接触器接通，电机进入稳态运行状态，如图3。

图3 晶闸管移相控制波形图

软启器启动可大大降低电机的启动转矩，但启动转矩比较小，所以软启器不适用于重载启动的电机， 软启动器还具有以下功能：

1）过载保护功能，2）缺相保护功能，

3）过热保护功能，4）还可在系统中实现其它种种联锁保护

软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载需要软起动与软停车的场合，同样适用于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合。

5 变频器启动

变频器具备所有软起动器功能，变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，同时使电机启动转矩达到其最大转矩，这样变频器可以启动重载负载，变频器一般用于长期工作电动机控制。

变频器投资额度较大，它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。在实际使用中后期的系统故障偏高，系统维护检测难度高，对维修和维护人员的技术水平要求高。

以上5种电动机启动方式比较：

对电网冲击：依次是变频器，软启器，自藕降压启动，星三角启动，直接启动冲击最大。

对电机及设备寿命：依次是变频器、软启动器、自藕降压启动、星三角启动，直接启动影响最大，

经济性方面：依次是变频器，软启动器，自藕降压启动、星三角启动，直接启动成本最小。

常需要采用降压启动或软启动的场合有：需要控制离心泵、桥式起重机、空气压缩机、皮带运输机和自动传输线、通风机、粉碎机械、切碎机、搅拌机等需要电动机控制的场合。

4 结束语

在考虑电动机不同启动方式技术特性及经济性的前提下，对于允许电动机启动电流和启动转矩要求不高的场合，可采用星三角（Y/△）降压启动或自藕降压启动；对于启动电流和启动转矩要求比较高，并且有其它保护功能要求的场合可以采用软启动器启动；对于启动电流和启动转矩要求比较高，有其它保护功能要求，且电动机长期工作需要调速控制的场合易采用变频器控制。