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1、绪 论在工业生产中,用电动机作动力,可以简化生产机械的结构, 提高劳动生产率, 使生产过程连续进行,保证产品质量稳定,并能够实现自动控制和远距离操纵,减轻操作人员的劳动强度。三相异步电动机由于具有结构简单、 坚固耐用、运行可靠、 维修方便和成本低廉等特点而得到广泛的应用。在生产过程中, 电动机要经常启动、 停止,其启动性能的优劣对生产影响很大, 电动机直接起动时,起动冲击电流可达电机额定电流的47倍,这将对电网造成很大的冲击, 不仅影响其他用电设备的正常工作, 而且对动力变压器也会产生较大的冲击，致使电动机本身及其拖动设备的使用寿命。小功率、 启动不频繁的电动机可以直接启动,但对于大功率电动机
2、,强大的启动电流会造成较大的线路电压降落,引起电网电压降低, , 所以, 选择合理的启动方式尤为重要。因此如何控制电机起动电流,具有重要的经济价值,然而其中现在采取较多的就是降压启动的方式。就目前而言，电动机降压启动的方法比较多也比较成熟，然而却在实际使用中出现了很多问题，另外在归类方面非常欠缺，因此我准备通过此篇论文对电动机降压启动的各种方法进行分类比较起到在不同情况下降压启动方法的选择引导作用，例如其电源的大小不一样对其降压启动的方法也不一样，其适用场合不一样齐降压启动的方法也不一样，并总结出各种情况下使用各种降压方法的启动时的性价比最好的情况，然后对其进行分析各种降压启动的方法，并且说明
3、其中的原理和优缺点，以及采取降压启动的一些前提条件，保证在实际操作中的实用性，而不仅仅是纸上谈兵。1大中型电动机直接全压起动的危害性直接启动也叫全压启动，是在定子绕组上直接施加额定电压而启动电动机的。其特点是开始时电动机转速为零，旋转磁场对转子有大的相对速度，所以转子的感应电流很大，定子侧的电流也很大 一般可达到额定电流的4-7 倍。过大的启动电流会使供电线路的电压显著下降，这不仅会使启动的电动机升速时间延长，还会影响其他电气设备工作，只有电源容量相对较大，电动机容量相对较小时，电压降才不会太大，启动时间也不会太长。电动机能否采用直接启动方法可按下列原则确定。（1）电动机采取全压启动。如由发电
4、机供电时，允许直接启动电动机的容量不超过发电机容量的10%；由专用变压器供电的电动机，其单台容量不应超过变压器容量的30%；若配电变压器还带有其他负荷，则允许直接启动电动机的容量要比变压器容量的30%还要小一些。（2）全压启动时电动机端子的剩余电压。对于经常启动的电动机不应低于额定电压的90%； 对于不经常启动的电动机不应低于额定电压的85%。电动机不与照明或其他对电压波动敏感的负载合用变压器，且不频繁启动时，允许剩余电压不低于额定电压的80%，满足上述要求就不会影响其他负载的正常运行。对全压启动的电动机端子剩余电压的规定，不仅是考虑对其他负载的影响，对启动的电动机也是必要的。异步电动机在启动
5、过程中，由于启动电流很大，线路上的电压降增大，造成电动机的端电压相应下降，而电动机的启动力矩与电压的平方成正比，随着电动机端子电压的下降，启动力矩急剧下降（如果端子电压下降至额定电压的90%，则启动力矩就降至81%；如果电压下降至额定电压的85%，则启动力矩就急速下降至72%），也就是说启动力矩下降的速度比电压更快。若启动力矩下降得太多，就有可能使电动机升速过程拖延太长或转动不起来。电动机长时间通过很大的启动电流，必然会过热甚至烧毁电动机。1.1对电网的影响普通鼠笼式电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的57倍，在配电母线上引起电压下降。当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电
6、网电压急剧下降，这会破坏同电网其它设备的正常运行，甚至会引起电网失去稳定，造成更大的事故，主要表现在以下两个方面：（1）起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。（2）起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。1.2伤害电动机的绝缘层，降低电动机寿命（1）大电流产生的热量反复作用于电动机的绝缘层，使绝缘加速老化、寿命降低。（2）大电流产生的机械力使线圈相互摩擦，降低绝缘寿命。（3）高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压。1.3电动力对电动机的机械伤害大电流在电机定子
7、线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成电动机夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。电动力的大小与电流的平方成正比。直接全压起动时的电动力是正常额定运行时电动力的36倍（按Imax=6IN）。1.4对机械设备的伤害全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。2电动机降压起动的好处大容量电动机的价值都很高，在生产中一般也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。所以，当电动机采用降压起动时，上述危害会有一定程度的降低，乃至几乎完全消失
8、。2.1可减小对电网的冲击，可降低变压器的容量一般要求经常起动的电动机引起的电压波动不大于10%；偶尔起动的电动机引起的电压波动不大于15%。采用软起动后起动电流可降为额定电流的1.53倍，可大大降低电网电压的波动率。对于由单独变压器供电的电动机。当采用直接全压起动时，要求电动机的容量不大于变压器容量的30%。当采用软起动时，变压器的容量可以和电动机的视在功率相同（一般为S=1.1PN），由于电动机经过软启动来启动的过程中，电压降低，因此相应的对变压器的要求电压和功率也就相应变低，也就是说需要的变压器容量也就相应减小。2.2可减小电动力对电动机的机械伤害采用降压起动后起动电流为额定电流的1.5
9、3倍，电动力的大小与电流的平方成正比。所以，软起动时的电动力是正常额定运行时电动力的9倍。而不是直接启动的36倍，可见效果是非常明显的。2.3降低电机的发热，延长电机的寿命软起动可以大大降低发热量。提高电机寿命。高热量的产生在最大电流处。焦耳热与电流的平方成正比因此降压启动后，焦耳热降低数倍。一般软起动时都是空载或轻载起动，最大电流常在2IN左右，这时高热量仅为直起的。无疑对延长电机寿命有极大好处。3.大中型电动机几种降压起动方法在额定电压下直接启动三相交流感应电动机,由于最初启动瞬间, 主磁通减少到额定值的一半以下, 功率因素也降低到0.1左右, 造成了的结果是电动机启动电流相当大, 而启动
10、转矩又相当低。一般情况下, 对于大型或超大型电动机而言, 启动电流在 4 4.5倍额定电流, 而启动转矩在0.30.8倍额定转矩之间。大启动电流和低功率因素是电动机启动时对电网电压造成影响的根源。大型电动机的启动可能把电网电压拉底很多, 以至于影响相邻的用电设备的正常运行, 使其保护动作或停转。因此, 大型电动机一般是不允许直接启动的, 总是要采取一些措施以减少或全部消除启动对电网的冲击, 降低电动机启动时的冲击电流对电网的安全风险。一般容量在1 0 k W以下的小型电动机,可以直接起动,但10kW以上的电动机则应考虑采用降压起动。有时为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用,允许全压起动的
11、电动机也多采用降压起动方式。三相异步电动机降压起动的方法有以下几种:定子电路串电阻(或电抗)降压起动、自耦变压器降压起动、Y-降压起动、软起动等。使用这些方法都是为了限制起动电流,(一般降低电压后的起动电流为电动机额定电流的23倍),减小供电干线的电压降落,保障各个用户的电气设备正常运行。3.1电阻（电抗器）降压启动在电动机起动过程中,常在三相定子电路中串接电阻(或电抗)(图1)来降低定子绕组上的电压,使电动机在降低的电压下起动,以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时,切除串联电阻(或电抗),使电动机进入全压正常运行。由于定子串电阻降压起动的起动电流随定子电压成正比下降,而起动转
12、矩则按电压下降比例的平方倍下降。显然,这种方法会消耗大量的电能且装置成本较高,三相异步电动机采用这种起动方法,适用于要求起动平稳小的容量电动机及起动不频繁的场合。 图 1 电子串电阻降压启动控制线路3.2自耦变压器降压起动（1）工作原理传统的定子串电阻或电抗器起动时，起动转矩减小过多，只可用于轻载起动。而大型的高压电动机所带的负载都较重。如果所带负载较重时，就可以采用自耦变压器降压起动。使用的是一个三相Y接的自耦变压器。在起动时，自耦变压器三相线圈接电源，其副边抽头接电动机，使电动机降压起动。待转速上升到接近稳态值时，切换到正常运行位置，电动机接上全压运行。切换过程由接触器来完成。（2）起动优
13、点与定子串电阻(或电抗器)的起动方法相比，在获得相同起动转矩的条件下，自耦变压器的限流效果好；在限流效果相同时，它可以获得较大的起动转矩。因此，用自耦变压器降压起动，可带较大的负载。自耦变压器降压起动方法适于起动较大容量的电动机，起动转矩可以通过改变抽头的连接位置得到改变，以适合不同的负载起动时电机接于自藕变压器低压侧。因此自藕变一次电流较小，能在一定程度上减小线路压降，减小对其它设备的影响。（3）缺点：冲击方面：在起动过程中，电压有23次切换，所以转矩会有23次突变，这对较精密的机械设备是非常不利的;在电气方面，如果自藕变变比较高对电网的冲击也较大。可靠性方面：在切换时由于电流还比较大，因而
14、在自耦变压器绕组上会产生感应过电压，有时会伤及绕组绝缘，降低使用寿命。（3）由于自耦变压器副边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需的起动转矩任选抽头电压，因此起动设备体积较大。此外，自耦变压器价格较贵，而且不允许频繁起动。图 2 自藕变压器降压启动控制线路3.3星三角形降压启动三相异步电动机的Y降压起动(图3)是在起动时将电动机定子绕组接成星形, 每相绕组承受的电压为电源的相电压(2 2 0 V),减小了起动电流对电网的影响。而在起动后期则按预定的时间换接成三角形接法,每相绕组承受的电压为电源的线电压(3 8 0 V),电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的三相异步电动机
15、,均可采用这种起动方式。但是星三角形降压启动方法只适用于星形接线的电动机, 而且启动时接成星形, 其启动电流数值是三角形接线直接全电压启动时启动电流的三分之一, 所以电动机容量不能大, 否则会启动困难。图 3 Y降压启动控制线路3.4电动机软启动对于大型或超大型电动机的软启动, 特别是对于高压电机, 单从技术角度来说, 高压变频软启动装置可以将电机启动对电网的要去降低到最低, 启动特性也非常好, 它代表着软启动技术的发展方向; 但是从经济性角度来说, 一次性投资大, 技术难度大, 维护和使用费用高, 折合每一次的成本相当的高。所以, 大型或超大型电动机的软启动也可选择其他合理的电动机启动方式来作为高压变频软启动技术国内发展阶段的过渡替代产品, 如结构相对简单, 投资和使用成本低的降压启动技术。通过上面的对比分析, 可知降压方式中的定子串联电抗器启动、自耦变压器启动方式较适合中小型电动机启动。液体电阻、热变电阻降压方式适用于大中型高压电动机的软启动。其中热变电阻启动器适用于大中型高压鼠笼交流异步电动机或异步启动的高压同步电动机, 作电阻降压启动之用; 液体电阻启动器适用于45 10000k W大中型绕线式交流异步电动机的重载启动。由于液体电阻和热变电阻的
