简述交、直流电动机的起动方式

姜洪英

摘要：现代工业工程中电动机的应用及其广泛。常用电动机种类很多，实际应用中较常用的电动机有直流电动机和交流单、三相异步电动机。在利用电动机进行拖动过程中，如何实现对各种电动机的精准控制尤为重要。对电动机的控制主要为控制电动机的起动、调速和制动。本文将对直流电动机和三相交流异步电动机的起动方式进行简要的阐述。

关键词：直接启动；降压启动；软起动器；频敏变阻器

一、他励直流电动机的起动

他励智力电动机起动时，必须保证有磁场（接通励磁电流或外加磁场），在此基础上施加电枢电压，使直流电动机的转速由n=0逐渐增加至额定转速。当忽略电枢电感时，电枢的电流Ia为：Ia=（U-Ea）/Ra 公式1

刚起动时，转速n=0，Ea=0，电动机的电枢绕组Ra很小（一般为欧姆级），如果直接加额定电压起动，Ia可能增加到额定电压的十多倍。电动机的换向情况将发生恶化，产生严重的火花，而且与电流成正比的转矩将损坏拖动系统的传动机构。因此在直流电动机起动时必须设法限制电枢电流。一般Z2型直流电动机的瞬时过载电流按规定不得超过额定电流的1.5～2倍。

为限制直流电动机的起动电流，一般在起动过程中采用降压起动的方式。在起动时，电枢电压由U=0逐渐增加至额定电压，在此过程中电枢电流Ia随电压的增加而上升，电枢的反向感应电动势Ea也随之逐渐增大。由公式1可以发现，在降压起动过程中电枢电压U与电枢的反向感应电动势Ea的差将使流经电枢的电流Ia保持在允许的范围以内。

上述起动方法适用于直流电动机的直流电源的电压是可调的，当没有可调电源时，可以在直流电动机的电枢回路串联电阻以限制起动电流，在起动过程中将起动电阻逐步切除，这种电枢串联电阻分级起动的方法一般应用在无轨电车以及一些生产机械上。必须指出的是，在分级起动过程中，应使每一级的切换电流Ix（或转矩Tx）设置得当，大小一致，这样可以使电动机获得较均匀的加速度，并有效改善电动机的换向情况，缓和转矩对传动机构与工作机械的有害冲击。

二、三相交流异步电动机的起动

（一）三相笼型异步电动机的起动方法。

1.直接起动。

三相笼型异步交流电动机的直接起动，就是全压起动，是所有电动机起动方法中最简单直接的起动方式。起动时，通过电力设备和开关设备，直接将电能加到电动机的定子绕组上。这时，三相交流异步电动机起动电流较大，可达到额定电流的4～7倍，某些笼型异步电动机可达到8～12倍，甚至15倍。

对于经常起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机发热，影响电动机的使用寿命；同时电动机的绕组在电力的作用下，会发生变形，可能造成短路而烧坏电动机；电动机起动时过大的起动电流将会使供电线路的压降增大，造成电网电压显著下降而影响电网的供电质量，有时甚至影响接在同一电网下的其他异步电动机的起动及工作，甚至无法带负载起动。

一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接启动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大且符合下式要求，电动机也可以允许直接启动。

K1=I1ST/I1N≤1/4[3+电源总容量（kV·A）/启动电机容量（kV·A）] 公式2

如果不能满足公式2的要求，则必须采用减压起动的方法，通过减压，把起动电力路I1ST限制到允许的数值。

2.减压起动。

（1）电阻减压或电抗减压起动。电动机启动过程中，在定子电路串联电阻或电抗，起动电流在电阻或电抗上将产生压降，降低了电动机定子绕组上的电压，从而限制起动电流在有效范圍内。

上述起动方法具有启动平稳、运行可靠、系统简单等优点，如果用电阻减压起动，还具有起动阶段功率因数较高等优点。但是，电压降低后，TST（转矩）和电压的二次方成正比的减小，因此两种起动方法一般用在轻载起动的场合。电抗减压起动通常用于高压电动机，电阻减压起动一般用于低压电动机。但是，电阻减压起动及电抗减压起动由于成本较高，起动时电能损耗较多，因此实际应用不多。

（2）自耦减压起动。自耦减压启动是利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流的方法。为了满足不同负载的要求，自耦变压器二次绕组一般有三个抽头，分别为电源电压的40%、60%、80%（或55%、64%、73%），供用户选择使用。

自耦减压起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用很广泛，有手动及自动控制线路。其优点是电压抽头可供不同负载启动时选择；缺点是体积大，质量大，价格高，需维护检修。

（3）星-三角起动（Y-△）。星-三角起动也属于降压起动方法之一。适用这种起动方法的异步电动机在运行时是三角形的联结方式，电动机每相定子绕组引出两个接线端。在起动时，先将定子绕组做星形联结，待转速接近稳定时在切换为三角形联结直至电动机稳定运行。

3.软起动方法。

电阻/电抗减压起动、自耦减压起动和星-三角起动方法都属于有级起动方法，起动平滑性不高。应用自动控制线路组成的软起动器可以实现笼型异步电动机的无级平滑起动。一般软起动器可分为磁控式和电子式两种。磁控式软起动器应用一些磁性自动化元件组成，由于其体积大、较笨重、故障率高，现已被电子软起动器取代。

目前市场软起动器的生产厂家很多，类型多样。当笼型异步电动机不能采用直接起动方式起动时，应首先考虑采用电子软起动的方式。电子软起动方法也为智能控制打下了良好的基础。

（二）三相绕线转子异步电动机的启动方法。

三相绕线转子异步电动机有转子串联电阻及转子串联频敏变阻器两组起动方法。

绕线转子异步电动机转子串联起动电阻，既可限制起动时转子的转子及定子电流，还能增大起动转矩，减少起动时间，其较笼型异步电动机有更好的起动特性，适用于功率较大的重载起动。

当绕线异步电动机功率较大时，转子电流很大，电阻逐段变化，转矩变化较大，对机械冲击较大，控制设备也较庞大，操作维修不变。采用频敏变阻器代替上述起动电阻，则可克服上述缺点。频敏变阻器的特点是其电阻值随转速上升而自动减小，使电动机能平滑起动。

绕线转子异步电动机转子串联频敏变阻器起动，具有结构简单、价格便宜、制造容易、运行可靠、维护方便、能自动操作等多种优点，目前已获得大量推广应用。

通过对各种电动机起动方式的研究和计算，我们可以很好的使各种电动机在实际应用中发挥更高的效率，选取最适合的启动方式和启动设备。降低电动机在起动过程中的能耗和起动时间，减少对供电网络的冲击。随着电子技术的发展，未来电动机控制技术将更加可靠、精准，设备更加轻便和便于维护使用。

参考文献：

[1]《电机拖动》 北京大学出版社