三相异步电动机启动方式的现状及发展趋势

李祥阳，陈万强，曹海泉，郭文君

（西安航空学院军工装备研究所， 陕西 西安 710077）

电动机是各种机械的动力来源，用途众多，应用广泛。其中，三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域[1,2]。但是，三相交流异步电动机启动时电流非常大，通常为额定电流的4～7倍，并且由于电动机为感性负载，造成其功率因数很低，启动转矩很低。由此会导致电动机启动电流在线路上产生巨大的电压降，严重影响同一线路上其它电机的正常工作，有时还可能出现因电动机启动转矩太小而不能启动的现象。在这种情况下，对于经常启动的电动机,会加快绕组绝缘老化，进而缩短电动机的使用寿命[3,4]。

1 三相异步电动机启动方式的现状

1.1 直接全压启动

正文三相异步电动机直接起动最大的好处就是可以获得最大的起动转矩，直接起动转矩最大可以达到额定转矩的1.5倍，但有一个条件，线路压降不能太大，否则电机反而有可能起动不起来。《全国民用建筑工程设计技术措施》要求：电机不频繁起动时，配电母线上的电压不低于额定电压的90%，频繁起动时不低于85%。这实际上对采用直接起动的电机的功率大小做了间接要求。一般情况下，小功率的电机才考虑采用直接起动方式[4]。直接全压启动的特点如下：

①启动转矩最大可以达到额定转矩的1.5倍；

②由于突然启动，产生很大的机械冲击，有可能对设备造成损坏；

③启动电流较大，为额定电流的5～8倍，会产生非常大的涌浪冲击；

④成本低、经济。

1.2 星—三角降压起动

正文星—三角降压起动是常用的一种降压起动方式，这种方式造价相对低廉，但起动转矩较小。因为星－三角起动时，电机绕组承受的电压为相电压Up，相电压Up为线电压Ul的1/3。因为转矩与电压的平方成正比，所以，起动转矩为直接起动时的1/3，即：Ty= T/3，一般情况下Ty约为额定转矩Tn的1/2[5-7]。星—三角起动的特点如下：

①启动电流小，通常为额定电流的1.8～2.6倍；

②星—三角启动切换瞬间通常会产生很大的二次冲击电流；

③启动转矩小，通常为额定转矩的0.55倍左右；

④星－三角切换过程中易产生弧光，容易导致短路现象。

1.3 自藕变压器启动

自耦变压器降压启动时,与直接启动相比较,启动电压降低得很多(为额定电压的1/4～1/7),而启动转矩降低得更多,但自耦变压器不允许频繁启动[8]。自耦变压器启动特点为：

①启动电流比较小，一般为额定电流的2～4倍；

②启动转矩很小，为额定转矩的0.35～0.9倍；

③设备笨重复杂，维护困难；

④能够实现有级调速，常用于风机三档或多档调速的场合。

1.4 三相异步电动机的软启动

相对于传统的启动方式，软起启器的优点尤为突出：操作方便、可反馈闭环控制、平滑性好。它的主电路一般采用三相六个晶闸管无中线交流调压电路，采用移相控制原理，利用微处理器改变晶闸管的导通角，使输出电压按照预先设计的曲线上升，从而减小启动电流值，同时获得良好的起动性能。软启动器已经完全脱离了传统继电接触器控制的范畴，迈向了数字化、多功能的发展方向。其地位、功能特性和作用是直接启动、星三角启动或自藕变压器启动等常规的继电接触器启动模式所无法替代的。在运行过程中，软启动可以提供各种保护，如热保护、欠载保护、过流保护、相序保护和缺相保护等[9,10]。

1.5 变频器启动

变频器种类众，功能各不相同。不仅有通用变频器，还有为特定部门专门研发的变频器。最典型一种变频器是脉宽调制变频器（即PWM变频器），它采用的是晶闸管变流技术[11,12]。其最主要的特点：①具有高效率的驱动性能；②良好的控制特性，应用变频器不仅可以节约大量电能。

2 三相异步电动机启动方式的选择

总体而言，对于小功率电动机（电机容量≤11 kW）的启动，可以选用直接启动；当电机的容量相对较大时, 从安全运行角度以及节能角度考虑，可以考虑星—三角降压起动与自藕变压器启动。这样，既可以降低生产成本，又可以减少维护费用。

变频器不仅能具有有良好的起动特性，而且还能调节电动机的转速。但其价格也往往是相同功率软启动器的好几倍，甚至上十倍。选用变频器最重要的依据就是控制对象需要调速，比如电梯。一般情况下，由于成本原因不可能单单为了获得良好的起动性能而选用变频器。即便是调速，也需要对控制系统做全面的分析，对于不需要的调速的电机，采用软启动器，这样可以最大限度地节省投资，同时保证系统功能的实现。

3 三相异步电动机启动方式发展趋势

纵观现有的三相异步电动机启动方式，软启动器的优势比较明显。但仅仅就三相异步电动机启动方式的启动性能而言，变频器的启动性能最好。

4 结束语

目前，由于变频器的成本较高，三相异步电动机启动方式还是沿用传统的启动方式。可以预言，随着科学技术的进步，必然促使变频器的制造成本降低，那么，三相异步电动机启动就会由变频器来替代。

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