感应式电动机的启动方法

杨勇

摘 要：文章对感应式电动机传统启动方式下的启动原理进行了说明，并对两种转子三相异步电动机的在传统启动方式下的启动性能进行了深入的对比分析。同时提出了感应式电动机软启动概念，对软启动原理进行了说明并对软启动器型号的选用做了介绍。给出了根据不同性质负载合理地选取三相异步电动机启动方法的理论依据。

关键词：感应式电动机；启动方法；研究分析

1 概述

感应式电动机即三相异步电动机，因为其转子绕组是在定子旋转磁场切割作用下感应出电流，产生电磁转矩从而使电动机旋转，故也称其为感应式电动机。三相异步电动机直接启动（在额定工作电压下不改变转子回路电阻启动）过程中，启动电流为额定工作电流值的4-7倍。该电流产生的热损耗容易导致电动机的绝缘老化或损伤，直接启动产生的冲击性转矩也容易损坏传动机构，同时启动过程中的冲击电流会引起供电网电压下降，从而影响电网内其他电动机的启动及用电设备正常运行，这将影响企业的安全与正常生产，因此对感应式电动机的启动方式进行合理的选择是摆在企业电气技术人员的重要任务。

2 感应式电动机的工作原理

与直流电动机不同，感应式电动机转子绕组是在旋转磁场的切割作用下产生感应电流，并在磁场中受到电磁力作用，产生电磁转矩，从而使转子旋转。旋转磁场如何产生的是理解感应式电动机工作原理的关键：空间对称分布的三相定子绕组通以三相对称交流电，由于交流电电流方向会随时间发生周期性变化，使定子绕组磁场的方向随时间旋转，旋转方向由相序决定（电流超前相指向电流滞后相），旋转速度与交流电频率成正比列关系，与磁极对数成反比例关系。

3 绕线式转子三相异步电动机启动方式

绕线式转子是在三相异步电动机转子槽中安放绕组，三相绕组一端短路，另一端分别连接转子轴上的滑环，滑环通过电刷连接外电路并可以短接。这样即可以在绕线式转子回路中串入电阻。

3.1 转子回路串电阻启动

在绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻，降低电动机启动电流。启动过程中，分级切除对称电阻，从而保证电动机足够的输出转矩。

3.2 转子回路串频敏变阻器启动

频敏变阻器是阻值可以根据转子电频率变化而变化的可变电阻，将频敏变阻器串入绕线式三相异步电动机转子回路中，启动初始阶段转子电频率高，频敏变阻器阻值高，随着转子转速的逐渐提高，转子电频率逐渐降低，频敏变阻器阻值随之降低，这样既降低了电动机启动电流，还可以平滑地切除电阻。

3.3 绕线式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩

三相异步电动机的输出转矩与转子电流的有功分量成正比例关系，绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻，降低了启动电流，但是由于功率因数提高了，不但没有降低电动机的启动转矩，反而提升了启动转矩。该方法适用于重载启动，较比鼠笼式三相异步电动机启动性能更为优良。

4 鼠笼式转子三相异步电动机启动方式

鼠笼式转子是在三相异步电动机转子槽中安放铜条，两侧分别用铜环将铜条端部短路；或者由铸铝一次浇筑而成鼠笼状结构，故称鼠笼式转子。由于鼠笼式转子结构无法形成开路状态，所以在转子回路中无法串入电阻，只能从定子回路入手采取措施改善电动机的启动性能。

4.1 定子回路串电阻或电抗器启动

是在电动机定子回路中串入电阻或电抗器，分担部分电压，降低电动机定子绕组两端电压，从而降低电动机的启动电流。

4.2 星——角启动

适用于定子绕组三角接法电动机，启动时将定子绕组星接，启动完毕改为角接。该方法使电动机启动过程中电动机定子绕组两端电压降低为额定运行时电压的1/√3，从而降低电动机的启动电流。

4.3 自耦变压器降压启动

自耦变压器实为降压变压器，将自耦变压器一次绕组接电源，二次绕组接电动机定子绕组两端，降低电动机定子绕组两端电压，从而降低电动机的启动电流。

4.4 鼠笼式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩

以上所述传统的鼠笼式转子三相异步电动机启动方式均属于降压启动范畴，即通过降低电动机定子绕组两端电压来达到降低启动电流的目的。由于三相异步电动机电磁转矩与电动机定子绕组两端电压的平方成正比例关系，上述方法在达到降低电动机启动电流的目的同时，损失了大部分的输出转矩。所以该方法具有局限性，只适用于空载启动或轻载启动。

5 软启动

5.1 软启动器的定义和原理

软启动器是一种集电动机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter

软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电动机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

5.2 软启动器的选用

5.2.1 选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型：在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。

5.2.2 选规格：根据電动机的额定功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。

6 结束语

鼠笼式转子三相异步电动机启动方式属于降压启动，该方式是以损失大部分启动转矩为代价达到控制电动机启动电流的目的；绕线式转子三相异步电动机启动方式降低了启动电流，提升了启动转矩，体现出更好的启动性能。其中绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻，启动过程中，需要分级切除对称电阻，启动时出现阶跃性输出转矩，启动不平稳；而转子回路串频敏变阻器启动方式，由于频敏变阻器阻值是连续变化的，所以启动转矩相对稳定，启动过程比较平稳，是比较好的选择。软启动器是一种集电动机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。使用软启动器启动可以降低三相异步电动机的启动电流，并实现平滑启动，是感应式电动机启动控制的发展方向。

参考文献

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[2]许晓峰.电机及拖动基础[M].北京：高等教育出版社，2000.

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