低壓交流電動(dòng)機的起動(dòng)

　　1 引言

　　自從有了交流異步電動(dòng)機，人們就不斷研究它的起動(dòng)方式。經(jīng)過(guò)七、八十年的更新?lián)Q代，到今天已經(jīng)發(fā)明了幾十種起動(dòng)方法。每一次技術(shù)的更新都代表了人類(lèi)對新科學(xué)技術(shù)的探索和進(jìn)步，就如同生物細胞新陳代謝一樣，不斷更新自己，保障自己肌體的健康與活力。

　　交流異步電動(dòng)機分鼠籠型和繞線(xiàn)型，在電壓等級上又分高壓電動(dòng)機和低壓電動(dòng)機?，F在市場(chǎng)上也流行著(zhù)很多種起動(dòng)方式，如何選擇一種經(jīng)濟合理的起動(dòng)方式就成了低壓交流電機控制中的一個(gè)棘手問(wèn)題。筆者就現在市場(chǎng)上流行和應用的諸種低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機起動(dòng)方式進(jìn)行分類(lèi)研究，同時(shí)說(shuō)明它們的應用價(jià)值和和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　2 低壓電動(dòng)機起動(dòng)方式的選擇

　　2.1 gb50055-93中的規定

　　在《通用用電設備配電設備設計規范》gb50055-93中規定：

　?。?） 電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應能保證機械要求的起動(dòng)轉矩，且在配電系統中引起的電壓波動(dòng)不應妨礙其他用電設備的工作;

　?。?） 交流電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，配電母線(xiàn)上的電壓應符合下列規定：

　　在一般情況下，電動(dòng)機頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%;電動(dòng)機不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%;配電母線(xiàn)上未接照明或其他對電壓波動(dòng)較敏感的負荷，且電動(dòng)機不頻繁起動(dòng)時(shí)，不應低壓額定電壓的80%;配電母線(xiàn)上未接其他用電設備時(shí)，可按保證電動(dòng)機起動(dòng)轉矩的條件決定;對于低壓電動(dòng)機，尚可保證接觸器線(xiàn)圈的電壓不低于釋放電壓。

　?。?） 籠型電動(dòng)機和同步電動(dòng)機起動(dòng)方式的選擇，應符合下列規定：

　　當符合下列條件時(shí)，電動(dòng)機應全壓起動(dòng)：

　　電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，配電母線(xiàn)的電壓符合2款規定;

　　機械能承受電動(dòng)機全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉矩;

　　制造廠(chǎng)對電動(dòng)機的起動(dòng)方式無(wú)特殊規定。

　　當不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)，電動(dòng)機宜降壓起動(dòng)，或選用其他適當的起動(dòng)方式。

　　當有調速要求時(shí)，電動(dòng)機的起動(dòng)方式應與調速方式相配合。

　　2.2 jgj/t 16-92中的規定

　　在中華人民共和國行業(yè)標準《民用建筑電氣設計規范》jgj/t

　　16-92中規定：由城市公用低壓網(wǎng)絡(luò )直接受電的場(chǎng)合，電動(dòng)機允許全壓起動(dòng)的容量應與地區供電部門(mén)的規定相協(xié)調。如當地供電部門(mén)對允許鼠籠型電動(dòng)機全電壓起動(dòng)容量無(wú)明確規定時(shí)，可按下述條件確定：由公用低壓網(wǎng)絡(luò )供電時(shí)，容量在11kw及以下者，可全壓起動(dòng);由居住小區變電所低壓配電裝置供電時(shí)，容量在15kw及以下者可全壓起動(dòng)。

　　以上是國家標準和行業(yè)標準對電動(dòng)機起動(dòng)的要求。設計人員最容易考慮到的是電氣參數，而容易忽略的是“機械能承受電動(dòng)機全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉矩”。這條規定的含義：一是電動(dòng)機全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉矩不能造成機械設備的可靠性滿(mǎn)足不了要求;二是要考慮由于全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉矩使得機械設備壽命的降低或故障率的增加而帶來(lái)的損失高于增加降壓起動(dòng)設備帶來(lái)的投資。

　　如在皮帶運輸機中的應用中，造成皮帶損壞的原因是皮帶的運行磨損和起動(dòng)瞬間皮帶與物料的磨損，再就是起動(dòng)瞬間對皮帶的拉松。由于皮帶價(jià)格比軟起動(dòng)器還要高，所以一般15kw以上的皮帶機應采用軟起動(dòng)相對于全壓起動(dòng)對皮帶造成的損壞更為經(jīng)濟，同樣算法，45kw以上的水泵或風(fēng)機采用軟起動(dòng)更經(jīng)濟。再加上有色金屬價(jià)格的上漲，軟起動(dòng)器的成本已經(jīng)低于自耦變壓器的成本。尤其現在軟起動(dòng)器技術(shù)發(fā)展到今天，由于良好的起動(dòng)效果與經(jīng)濟性幾乎全部占領(lǐng)了降壓起動(dòng)的場(chǎng)合。

　　2005年tjnr1000型在線(xiàn)運行微功耗軟起動(dòng)器的產(chǎn)生更是給電動(dòng)機的起動(dòng)方式帶來(lái)了一次革命，它不需要加旁路接觸器，使得系統成本大大降低，而且可靠性高于接觸器，尤其大功率型號的價(jià)格已經(jīng)和進(jìn)口的接觸器相差無(wú)幾，而能耗比接觸器節省60%以上，使得運行更經(jīng)濟，對于改善電動(dòng)機的起動(dòng)起到了更好的促進(jìn)作用。

　　3 降壓起動(dòng)器

　　低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機額定參數在3kw及以下的系列中繞組額定電壓是220v，3kw以上的系列中繞組額定電壓是380v，一般來(lái)講在低壓電機起動(dòng)方式的選擇時(shí)，都是優(yōu)先選擇全壓起動(dòng)，而在實(shí)際應用中如果條件不滿(mǎn)足前述電機全壓起動(dòng)的電氣或機械要求時(shí)，就需要采用降壓起動(dòng)也就是軟起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)經(jīng)常應用的有如下幾種起動(dòng)器類(lèi)別。

　　3.1 自耦變壓起動(dòng)器

　　自耦變壓起動(dòng)器是利用自耦變壓器的降壓原理來(lái)實(shí)現對電動(dòng)機繞組電壓的降壓，如圖1所示。在過(guò)去的幾十年里人們多數采用了此種起動(dòng)方法，標準的起動(dòng)電動(dòng)機用的自耦變壓器設有兩個(gè)抽頭，一個(gè)是80%的額定電壓，一個(gè)是65%的額定電壓，人們常用的是65%額定電壓的抽頭。它的起動(dòng)轉矩是常壓狀態(tài)下的0.4225倍，起動(dòng)轉矩比“y-△”起動(dòng)器大，所以此種降壓起動(dòng)方式應用較多。缺點(diǎn)是電壓有級跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機的轉矩有跳躍。

　　圖1 自耦變壓起動(dòng)原理圖

　　3.2 “y/△”起動(dòng)器

　　圖2 “y/△”起動(dòng)原理圖

　　“y/△”起動(dòng)器是利用“相-線(xiàn)電壓變化”的原理來(lái)實(shí)現對電動(dòng)機繞組電壓的降壓，如圖2所示。在過(guò)去的幾十年里，也有相當數量采用了此種起動(dòng)方法，它是用三只接觸器來(lái)實(shí)現對電動(dòng)機的繞組電壓由線(xiàn)電壓變?yōu)橄嚯妷?。它的起?dòng)轉矩是常壓狀態(tài)下的1/3倍，起動(dòng)轉矩比自耦變壓起動(dòng)器小，所以此種降壓起動(dòng)方式應用較少于自耦變壓起動(dòng)器。缺點(diǎn)是電壓有級跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機的轉矩有跳躍。它和自耦變壓起動(dòng)器相比造價(jià)正好節省一臺自耦變壓器的價(jià)格，因為“y/△”起動(dòng)器到電動(dòng)機需要六根動(dòng)力接線(xiàn)，所以在系統造價(jià)方面不一定節省。它主要用在對起動(dòng)轉矩要求不高且起動(dòng)器到電動(dòng)機的供電距離較近的場(chǎng)合。

　　3.3 磁控型軟起動(dòng)器

　　圖3 磁控型軟起動(dòng)器原理圖

　　為了解決降壓起動(dòng)時(shí)電壓有級跳躍和轉矩有級跳躍的問(wèn)題，在上個(gè)世紀90年代人們發(fā)明了磁控式軟起動(dòng)器，它是采用磁阻抗的原理來(lái)達到降壓升壓無(wú)級變化的目的，它是自耦變壓起動(dòng)器的改進(jìn)如圖3所示。磁控型軟起動(dòng)器是在一定的范圍內能夠達到電壓連續可控。磁控型的軟起動(dòng)器分線(xiàn)式繞組和箔式繞組，箔式繞組從理上講由于箔式繞組的容抗對無(wú)功電流的補償，所以起動(dòng)時(shí)，在同等起動(dòng)電流的前提下轉矩大于線(xiàn)式繞組。由于線(xiàn)式繞組磁控軟起動(dòng)器在上個(gè)世紀末被旁路型軟起動(dòng)器所淘汰，箔式繞組磁控軟起動(dòng)器是本世紀初的專(zhuān)利技術(shù)，由于磁控型的概念被人們認為是一種落后的產(chǎn)品，所以市場(chǎng)上已不多見(jiàn)，實(shí)際上它已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，起動(dòng)轉矩高于所有的軟起動(dòng)器，對于僅考慮電網(wǎng)沖擊或降壓起動(dòng)有困難的場(chǎng)合是比較理想的產(chǎn)品。它的優(yōu)點(diǎn)是諧波小，在一定的范圍內能達到無(wú)級變壓。

　　3.4 電子軟起動(dòng)器

　　圖4 在線(xiàn)運行型軟啟動(dòng)器 圖5 旁路型軟起動(dòng)器 圖6 內置旁路型軟起動(dòng)器