1 引言
三相鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定及無需維護(hù)等特點(diǎn)，在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其在起動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生過大的起動(dòng)電流，會(huì)對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備造成沖擊，受電網(wǎng)容量限制和保護(hù)其他用電設(shè)備正常工作的需要，要在電機(jī)起動(dòng)過程中采取必要的措施?？偟膩碚f，在不需要調(diào)速的場合，考慮經(jīng)濟(jì)的因素，異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)可以有兩種方法:直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)。

2 直接起動(dòng)
直接起動(dòng)也就是全壓起動(dòng)，起動(dòng)方法簡單，但交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，可達(dá)到額定電流的4～7倍，對(duì)于國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際測量，某些籠形異步電動(dòng)機(jī)甚至可達(dá)到8～12倍。過大的起動(dòng)電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，影響電動(dòng)機(jī)壽命;電動(dòng)機(jī)繞組(特別是端部)在電動(dòng)力作用下，會(huì)發(fā)生變形造成短路而燒壞電動(dòng)機(jī);過大電流會(huì)使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓下降而影響到同一電網(wǎng)的其他用電設(shè)備的工作。所以，一般情況下規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5kw時(shí)允許直接起動(dòng)，如果功率大于7.5kw，在條件不允許的情況下，就需要采用其他方法進(jìn)行起動(dòng)。

3 降壓起動(dòng)
3.1 電阻降壓起動(dòng)
起動(dòng)原理圖如圖1所示。q1和q2為接觸器;r為起動(dòng)電阻。

圖1 定子串電阻起動(dòng)原理圖

(1) 簡介
電阻降壓起動(dòng)就是通常所說的定子串電阻起動(dòng)。在定子電路串聯(lián)電阻，起動(dòng)時(shí)電流會(huì)在電阻上產(chǎn)生壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也從而得到減小。起動(dòng)時(shí)，q1閉合，q2斷開，起動(dòng)完成后，閉合q2。
(2) 優(yōu)點(diǎn)
起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，如果采用電阻降壓起動(dòng)，在起動(dòng)階段功率因數(shù)較高。
(3) 缺點(diǎn)
由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和定子電壓的平方成正比，所以起動(dòng)時(shí)電壓降低將造成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，適用于輕載和不頻繁起動(dòng)的場合;起動(dòng)時(shí)電能損耗大，起動(dòng)成本高。

3.2 自耦變壓器降壓起動(dòng)
起動(dòng)原理圖如圖2所示，q1和q2為接觸器。

圖2 自耦變壓器起動(dòng)原理圖

(1) 簡介
自耦變壓器降壓起動(dòng)利用自耦變壓器降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。自耦降壓起動(dòng)的起動(dòng)電流參照式(1)，起動(dòng)電壓參照式(2)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩參照式(3)。


式中，i1為自耦變壓器原邊電流，即使用自耦變壓器時(shí)的電機(jī)起動(dòng)電流;
ist為電機(jī)直起時(shí)的起動(dòng)電流;
ux為自耦變壓器起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電壓;
t為自耦變壓器起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;
tst為電機(jī)直起時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;
w2、w1分別為自耦變壓器副邊和原邊匝數(shù)。
為滿足不同負(fù)載要求，自耦變壓器的二次繞組一般有三個(gè)抽頭分別為電源電壓的40%、60%、80%(55%、64%、73%)。
(2) 優(yōu)點(diǎn)
三個(gè)電壓抽頭適合不同負(fù)載起動(dòng)時(shí)選擇;可以適用于較大容量電動(dòng)機(jī);
(3) 缺點(diǎn)
體積大，質(zhì)量大，價(jià)格高，需要維護(hù)檢修。

3.3 星-三角起動(dòng)
起動(dòng)原理圖如圖3所示，q1和q2為接觸器。

圖3 星/三角起動(dòng)原理圖

(1) 簡介
星-三角起動(dòng)要求電機(jī)每個(gè)繞組有兩個(gè)出線端，共6個(gè)出線端。起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)完成后必須為三角形。起動(dòng)時(shí)連接成星形的定子繞組電壓與電流只有三角形連接時(shí)的1/1.732。連接成星形起動(dòng)時(shí)的線電流只有連接成三角形直接起動(dòng)線電流的1/3; 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓平方成正比，因此也是直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3。
(2) 優(yōu)點(diǎn)
體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，檢修方便。
(3) 缺點(diǎn)
只適用于正常運(yùn)行時(shí)接成三角形的電動(dòng)機(jī);只適用于輕載或空載起動(dòng);起動(dòng)電壓是定值，不能根據(jù)負(fù)載調(diào)整。

3.4 延邊三角形起動(dòng)
起動(dòng)原理圖如圖4所示。

圖4 延邊三角形起動(dòng)原理圖

(1) 簡介
起動(dòng)時(shí)將1、2、3三個(gè)出線端接電源;4、5、6分別與8、9、7相連，就構(gòu)成了延邊三角形連接法。此時(shí)相電壓有所降低，起動(dòng)電流也隨之下降，相電壓是隨著電動(dòng)機(jī)繞組不同的抽頭比例而變化的。根據(jù)實(shí)測，當(dāng)抽頭比例為1:1時(shí)，電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下測得的相電壓為264v左右。采用不同的抽頭比例，就可以獲得不同的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
(2) 優(yōu)點(diǎn)
體積小，質(zhì)量小，允許經(jīng)常起動(dòng)，適用于重載起動(dòng)。
(3) 缺點(diǎn)
接線復(fù)雜。

3.5 飽和電抗器起動(dòng)
起動(dòng)原理圖如圖5所示，q1和q2為接觸器。

圖5 串飽和電抗器起動(dòng)原理圖

飽和電抗器是帶有直流勵(lì)磁繞組的交流電抗器。改變直流勵(lì)磁電流就可控制鐵心的飽和程度，從而改變交流電抗值。鐵心飽和時(shí)交流電抗很小，因而電動(dòng)機(jī)所得電壓高;鐵心不飽和，交流電抗大，因而定子電壓降低，實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。設(shè)備龐大笨重。

3.6 晶閘管交流調(diào)壓器起動(dòng)(交流軟起動(dòng)器起動(dòng))
起動(dòng)原理圖如圖6、圖7所示。s為轉(zhuǎn)差率;n0為同步轉(zhuǎn)速;te為電磁轉(zhuǎn)矩;n為轉(zhuǎn)速;u1為定子額定電壓。

圖6 軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)的人為機(jī)械特性圖


圖7 軟起動(dòng)器原理圖

(1) 軟起動(dòng)器的性能特點(diǎn)
a) 限制線路電壓降，降低電流峰值;采用不同的起動(dòng)方式，軟起動(dòng)可以避免起動(dòng)時(shí)的電流沖擊，不會(huì)造成大的電壓降落。如果對(duì)于電源容量不夠的場合，直接起動(dòng)會(huì)造成線路上大的電壓降落和損耗?？梢员ＷC電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，提高供電設(shè)備的使用壽命，減小對(duì)負(fù)載的沖擊;
b) 根據(jù)負(fù)載不同可以靈活選擇多種起動(dòng)和停止方式;
c) 晶閘管是一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)，對(duì)于接旁路接觸器的軟起動(dòng)，其使用壽命長，且免維修;
d) 單個(gè)軟起動(dòng)可帶多臺(tái)負(fù)載，從而比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，這是其他降壓起動(dòng)方式不能實(shí)現(xiàn)的;
e) 可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的監(jiān)控保護(hù)和快速故障檢測，實(shí)現(xiàn)軟停車，泵停車，制動(dòng)停車以及準(zhǔn)確停車功能;
f) 采用微處理器控制，性能可靠，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化;
g) 接線簡單，維護(hù)方便，體積小。
(2) 起動(dòng)方式、運(yùn)行方式、停車方式介紹(參見圖8)

圖8 軟起動(dòng)器起動(dòng)、運(yùn)行、停止方式

a) 起動(dòng)方式
·電壓斜坡
從初始電壓開始以線性斜坡的方式增加電動(dòng)機(jī)上的電壓，直到額定電壓。
·限流起動(dòng)
使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)的電流最大不超過預(yù)先設(shè)定的電流值。
·脈沖突跳起動(dòng)
如皮帶傳送機(jī)、擠壓機(jī)和攪拌機(jī)等的靜阻力矩比較大，通過脈沖突跳可以施加一個(gè)短時(shí)的大起動(dòng)力矩，以克服大的靜摩擦力。
·斜坡+限流起動(dòng)
電壓斜坡起動(dòng)和限流起動(dòng)的兩種組合。
b) 運(yùn)行方式
·接旁路接觸器運(yùn)行
軟起動(dòng)器起動(dòng)完成后用旁路接觸器代替工作，以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)的工作效率。
·輕載節(jié)能運(yùn)行
電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較輕時(shí)，軟起動(dòng)器自動(dòng)降低施加與電機(jī)定子上的電壓，可以減小電動(dòng)機(jī)的銅損和鐵損，節(jié)約能量。
c) 停車方式
·軟停車
晶閘管接收到停機(jī)信號(hào)后，由導(dǎo)通角控制電機(jī)側(cè)電壓由全壓經(jīng)過一定時(shí)間減小，從而實(shí)現(xiàn)軟停車的目的。適用于皮帶機(jī)、升降機(jī)等。
·快速停車
停車后，向電動(dòng)機(jī)輸入直流電源，使電動(dòng)機(jī)工作于能耗制動(dòng)狀態(tài)，適用于快速停車的場合。而且不需要其他附加接觸器和電源設(shè)備。
·準(zhǔn)確停車
包括了從全速到慢速再到制動(dòng)定位的過程。適用于球蘑機(jī)的加料定位。
·泵停車
為了避免水泵的“水錘效應(yīng)”，電動(dòng)機(jī)的速度必須平滑下降，通過控制軟起動(dòng)導(dǎo)通角來控制電壓，使其能夠滿足泵停車時(shí)的曲線，達(dá)到最佳停車效果。

4 結(jié)束語
隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，軟起動(dòng)器從生產(chǎn)工藝、使用性能都得到了很大提高，成本不斷降低，逐漸取代了傳統(tǒng)的自耦式、星/三角等降壓起動(dòng)方式。比較各種起動(dòng)方法，在目前對(duì)于系統(tǒng)的可靠性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等的要求不斷提高，采用交流軟起動(dòng)器作為電機(jī)的起動(dòng)設(shè)備，不失為一種既可靠又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式。

參考文獻(xiàn)
[1] 顧繩谷. 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[m]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.
[2] 鄭 澍,等. 一種微處理器控制的新型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器[j]. 電工技術(shù)雜志,2000(1).

作者簡介
原紅亮(1978-) 男 畢業(yè)于重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，現(xiàn)就職于西安西普電力電子有限公司，從事電力電子方面的開發(fā)工作。