三相异步电动机软启动技术

杨勇

摘 要：文章在对三相异步电动机传统启动方式的启动原理及启动特性进行了分析的基础上，对三相异步电动机软启动原理及输出特性做了阐述，说明了软启动技术的的优越性和实用性。

关键词：三相异步电动机；软启动；晶闸管

1 概述

电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。直流电动机其调速在过去一直占统治地位，但由于本身结构原因，例如，换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。而交流电动机，特别是三相鼠笼式异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠等优势，在工业生产中得到了极广泛的应用，也正在发挥着越来越重要的作用。

交流电动机和直流电动机相比存在许多优点，但当异步电机在起动过程中又有许多弊病。所谓起动过程是在交流传动系统中，当异步电动机投入电网时，其转速由零开始上升，转速升到稳定转速的全过程。如不采用任何起动装置的情况下，直接加额定电压到定子绕组起动电动机时，电机的起动电流可达额定电流的4～8倍，其转速也在很短时间内由零上升到额定转速。同时三相异步电动机起动时的转矩冲击较大，一般可达额定转矩的两倍以上。起动时过高的电流一方面会造成严重的电网冲击，给电网造成过大的电压降落，降低电网电能质量并影响其他设备的正常运行。而过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击，影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此，通常总是力求在较小的起动起动电流下得到足够大的起动转矩，为此就要选择合适的起动方法。随着电力技术（尤其是集成电路、微处理器以及新一代电力电子器件）的不断发展，异步电动机起动过程中的起动电流过高，起动转矩过小等问题得到了很好的解决。从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器，以及采用微控制器代替模拟控制电路，发展成为现代的电子软起动器。

2 三相异步电动机传统启动方式

对三相鼠笼式异步电动机的起动电流的限制，通常有定子串接电抗器起动、Y-△起动、自藕变压器将压起动。而对绕线式交流电动机，常采用转子串接频敏变阻器起动、转子串电阻分级起动。

2.1 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。

2.1.1 定子回路串电阻或电抗器启动

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。

2.1.2 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/■，从而降低电动机的启动电流。

2.1.3 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。

2.1.4 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。

2.2 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。

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

3 软启动

软启动是指电动机启动时不接入工作全电压或采用其他手段使电动机启动电流降低，从而使电动机平稳启动的方式。软启动器可分为磁控式与电子式两种，磁控式软启动器现已被先进的电子式软启动器取代。

3.1 晶闸管软启动控制原理

将晶闸管软启动控制器串接于电源与被控电机之间，通过控制三对反向并联晶闸管导通角使软启动控制器输出电压由零平稳增加至三相异步电动机额定工作电压，从而将电动机启动电流控制在设定值范围内，达到使电动机平稳启动的控制目的。

3.2 软启动优点

（1）大大降低了电动机启动时对供电网的冲击电流，降低了供电网电压的下跌幅度，使电网供电电压相对稳定，减少了因电网电压下跌过大导致的安全生产事故。（2）降低了电动机的启动电流和电动机启动时的发热量，避免了电动机绕组绝缘过早的老化和损伤。（3）设备启动平稳，降低了冲击转矩，保护了传动机构。（4）与传统的直接启动相比，节能大约15%左右，体现出良好的经济性。（5）可以采用微机控制，可在起动前对主回路进行故障诊断，且数字化的控制具有较稳定的静态特性，不易受温度、电源电压及时间变化等因素的影响，因此提高了系统的可靠性，有助于系统维护。

4 结束语

软起动将仍然以各种形式的降压（限流）软起动为它的主要形式。从理论上说，性能价格比高的产品将占有更大的市场份额.但是，在各种应用场合，人们对于各种性能的侧重面不同，使各类起动产品（包括传统的星三角起动）都可能会赢得自己的市场。从长远看变频软起动将成为软起动的主流。各种形式的降压软起动将与星三角起动等技术一起归并为传统的起动技术。随着变频器价格的逐渐下降，可靠性的进一步提高，未来成为主流产品的软起动装置将是带有软切换功能的廉价的变频器。

参考文献

[1]刘锦波，张承慧，等.电机与拖动（第一版）[M].清华大学出版社，2006.

[2]李晓钢.异步电动机晶闸管软起动器的应用探讨[J].企业技术开发，2006（8）.endprint