电机启动的方式探究

李庆亮 王德卿

摘 要：为了控制异步电机平稳安全的启动，本文中设计了一种软启动方法。结果显示该方法只需较小的启动电流便可以控制异步电机，并且电流也较为平顺。

关键词：异步电机 软启动 控制方法

随着科学技术的不断发展和生产力的不断提高，电机的软启动已经取得了长足的进步，目前我国已能够自我生产电机软启动装置，并且随着研究的不断深入和技术的不断革新，其价格越来越低，性能越来越优越。而随着电机软启动的不断推广和普及，能够明显的降低启动时对电机的损坏，同时节省了能源，降低了生产成本。相信随着电机软启动器的不断进步，生产会变得更加经济、安全。

1.电机软启动原理

现有技术对于电机软启动的研究主要是控制三相交流异步电机的启动，通过对三相交流异步电机的使用来实现电机的软启动，对电机的启动和停止提供保护。这样的技术被广泛的应用在工业领域中，工业上用这种技术来取代传统的Y/△启动，取得了不错的效果。 三相反并联晶闸管（SCR）能够调节软启动器的电压，是软启动器的调压器，当三相反并联晶闸管接入电路之后，其在电源和电机定子之间起到了一个连接的作用，当点击启动时，晶闸管内部的电压逐渐升高，这时的电机会在电压的作用下缓慢的加速运行，当运行的速度达到所需速度时，晶闸管会实现全导通，在这时，点击的电压与额定电压相同，这样既能够实现电机的软启动，又符合机器的机械性能，这样的启动让整个过程能够平稳运行。在这样的情况下，电机在晶闸管的保护下正常运行，让电机受到更小的冲击和损耗，这样就能够显著提高电机的使用寿命，让电机保持良好的工作状态。

2.控制系统设计

本文中的软启动控制系统包括定子侧电流、电压采样环节，数据采集环节，功率因数角采样环节，可控硅驱动电路以及核心控制芯片。 电流、电压采样环节主要的目的是对比相电压和设定电压，从而防止移相导致的晶闸管导通。这里采用锁相环作为同步信号的采样电路。控制芯片用来分析和处理定子侧电流、电压采样环节，数据采集环节、功率因数角采样环节和可控硅驱动的信号。数据处理环节为控制算法提供电流和电压信号。它能提供异步电机启动的相关信号。控制算法根据这些信号来控制电机启动的速度。功率因数角采样环节用来采样功率因数角。功率因数角能告知控制系统何时应该导通或关断。

3.异步电动机的软启动技术软启动

异步电机用处越来越广泛，它消耗的电能约占整个供电量的60%-70%。但是，异步电机直接启动时的电流脉冲是运行时电流的4-7倍，启动转矩脉冲是运行时的3倍或者更高。直接启动电机会使配电系统极易波动。因此，需要采取一种软启动方式来控制启动时的电流和转矩，从而避免电流和转矩脉冲的影响。

3.1 晶闸管交流调压软启动

晶闸管交流调压软启动主要是通过改变晶闸管的连接方式，将传统的连接方式变成连接到三项绕组上，这样就实现了用并联的方式给晶闸管供电。晶闸管软启动器具有很强的可调节性，因此用户们可以根据自己不同的需要对电机进行适当的调整，通过相应的改变让电机的启动方式更适合自身的需要。

3.2 三相交流调压软启动器的调节原理

三相交流调压软启动器充分的利用了交流电压的特性曲线，通过交流电压的特点来对电机进行启动，像这样利用交流电压特性曲线对电机实现软启动的思路是电机软启动器的主要思路。其主要利用电机内部三对晶闸管对电机进行串联，并通过对触发脉冲、触发角的大小的控制实现对开通时间的改变。在这样的情况下，电动机输入端就能够保持足够的电压来控制电动机的启动。而当电机启动之后，电压就会变为额定电压，这时三项旁路接触器就会合在一起，电机就能够实现并网运行。

3.3晶闸管导通规律

当异步电机直接启动时会产生很大的浪涌电流，而这种电流对电网质量和电机寿命来说都是有害的。软启动的作用正是减小这种有害电流。本文中采用三对反向并联的可控硅晶闸管，每对晶闸管串联在各相中。导通角α用来控制晶闸管的导通或关断。为了缓慢增加电机的电压，需要降低晶闸管的导通频率。同时，当电压达到一定比例，电流在延续周期截止。在软启动过程中，在三相电路中至少有一个正向晶闸管和反向晶闸管同时导通。正向晶闸管导通信号的相位移为2π/3，反向晶闸管导通信号的相位移也为2π/3。但是，在同一相电路中，反向并联的两个晶闸管的导通信号相位移为π。

4.软启动相对于传统启动的优点

“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长关键零部件的使用寿命，同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电能并延长电动机的工作寿命。此外，通过使用“软启动”技术，在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机，因而也能够减少不必要的设备投资。星三角启动是依靠改变电机绕组的接线，从而改变电机启动时的电压，启动时的电压被降低，使启动电流变小，启动时对母线的冲击减小，达到电机启动时母线电压的压降在允许的范围内（要求母线压降不超过额定电压的10%），自耦减压启动也是可以使电机启动时的电流减小，是通过自耦变压器电压抽头的改变而使电机启动时得到的电压降低，从而电流减小，减小对母线的冲击。比如在4组36千瓦的启动对于电网的要求。36千瓦的电机正常工作电流70A左右，直接启动的电流是正常电流的5倍左右，也就是四组36千瓦的电机同时启动需要的电流是1400A；星三角启动对于电网的要求是正常电流的2-3倍，对电网电流的要求是560-840A，但是启动之时对于电压会产生比较大的影响，相当于正常电压的3倍左右；而软启动对于电网的要求同样是正常电流的2-3倍，也就是560-840A，不过软启动对于电压的冲击在10%左右，基本不会产生大的影响。

5.结束语

电机在工作时需要大量的电能，一般电机在启动时需要的电流比额定电流要大的多，为额定电流的6倍左右。在这样的电流下，电机会受到比正常工作时更大的冲击，这样的冲击会增加电机的损耗，减少电机的寿命，甚至当电流过大时会对机器内部的其他零件造成破坏。在这样的情形下，人们开始重视对电机软启动的研究，希望能够通过相关技术让电机能够顺利平缓的启动。

参考文献：

[1]王继辉.交流电动机软启动技术的研究[J].黑龙江科技信息，2012

[2]孟凡河.软启动在高压电机中的应用[J].硅谷，2012