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电机起动方式的探讨及选择

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发表于 2016-8-9 14:35:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
电机起动方式的探讨及选择


徐彬,陈彬彬


(江苏溧阳正昌电控工程有限公司,江苏 溧阳 213300)




摘要:本文总结了几种常用的三相异步交流电机的启动方式,探讨在使用过程中合理的选择启动方式。
关键词: 电机;启动方式;启动电流;启动转矩

       在工业化自动生产过程中,各种功率大小的电机,被广泛的应用于各类设备中。交流电机常用启动方式分为:直接启动,星- 三角降压启动,自耦变压器降压启动,软启动,变频启动。

1 直接启动
       直接启动又称全压起动,是最常用的起动方式。这种启动方式是将电机的额定电压直接接入定子绕组,使电机在额定电压下直接起动。由于设备在启动时会有一个很大阻力矩,电机为了克服阻力矩,需要产生足够的启动转矩,因此电机在启动时,会产生很大的启动电流(空载起动电流可达到额定电流的4-7倍,带载可达到8―10倍或更大)。
1.1直接启动的优点
       直接启动具有起动转矩大、起动时间短,是最简单、最经济和最可靠的起动方式。
1.2直接启动的缺点
       由于起动转矩大、起动时间短,将会对电机所带的设备产生过大电气和机械冲击,加速电机老化或机械的损坏。
       由于起动电流过大,会对电网产生冲击,造成电网压降,使其他用电设备产生误欠压保护动作,造成用电设备的有害跳闸,影响正常进行,甚至引发电气事故。
       根据JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第 10.2.1.1 条规定,电机起动时的电网压降不能超过15%。根据这个规定,直接启动只适用于11Kw以下小功率电机,而大功率电机则不适用。一般解决办法有两种:一、增大变压器容量,从经济角度上考虑是不可取的。二、通过降低启动电压从而降低电机的启动电流,减小大功率电机启动时对电网的影响。因此产生了星- 三角降压启动和自耦变压器降压启动。

2 星- 三角降压启动
       星- 三角降压启动就是将电机定子绕组的六个端子接到接触器上,改变电机定子绕组的接线方式,使电机定子绕组以星形接法启动,定子绕组的星形接法使每相绕组承受的电压为220V的相电压,在电机转速接近额定转速后,再将电机定子绕组切换的三角形接法,使每相绕组承受的电压为380V的线电压。 由于电机在启动时,定子绕组电压只有0.578倍的额定电压,启动电流只有2-3倍的额定电流,此时电机的启动转矩只有三角形接法的1/3。
2.1星- 三角降压启动的优点
       星- 三角降压启动大大减小了启动时大电流对电网的影响,而且也是这两种降压启动方式中成本最低、结构最简单的一种。
2.2星- 三角降压启动的缺点
       在启动过程中会出现两次启动电流较大的冲击,因而设备故障率高,需要经常维护,一般不适宜用在启动较频繁的设备上。转矩损失严重只有三角形接法的1/3,只适用于空载和轻载的场合,而且不适用于高压电机的启动。

3自耦变压器降压启动
       自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器,选用适合的降压比k(k为自耦变压器变比<1),使得电机定子绕组上的启动电压降低为kUe,电机启动电流降为K2Iq,启动转矩k2 Mq。待电机启动后,再使电动机与自耦变压器脱离,从而在全压下正常运动。
3.1自耦变压器降压启动的优点
       由于采用了自耦变压器,可以有级调节电机上的启动电压,以适应不同的负载要求。同时,由于变压器的作用,流过电网的电流也被缩小了相同变比的倍数,进一步减小了对电网的冲击。整个启动过程功率损耗小。由于启动转矩为k2 Mq,设备可以在带一定的负载下启动。
3.2自耦变压器降压启动的缺点
       自耦变压器是有级调节电压,在切换自耦变压器时,仍存在对电机的二次冲击。另外,电路结构比较复杂,费用较高,装置体积大,重量重,故障率较高,维护工作量大。并且因自耦变压器的涡流和散热问题,使得在选择此种启动方式时,严禁频繁操作。  

4软启动
       软启动是指电机通过软启动器启动。软启动器的每一相都由2只大功率晶闸管反并联组成,由微处理器控制大功率晶闸管的导通角,使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升,直至起动结束,赋予电机全电压,即为软起动。
4.1软启动的优点
       软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和可控硅短路、缺相、过压、欠压、过流、过热等多种保护功能于一体的电机控制装置。可根据电机的实际情况,选用不同的启动方式。体积小,重量轻,控制迅速,响应快,可频繁起动。
4.2软启动的缺点
       软启动方式效果好但成本较高,在电动机启动过程中产生的谐波对电网的冲击较大,影响电网的稳定性。另外,电网的稳定性也会反过来影响可控硅元件的导通,使得可控硅的故障率提高。软启动的维护难度比较大,对维护人员的要求比较高。

5变频启动
       变频启动是指电机通过变频器启动。通过变频器可以调节电源电压的频率,供普通的交流异步电动机作电源用。另外,用交流变频器也可以实现单纯的电机软启动功能,但由于价格方面的因素,一般不应用于降压起动的用途。
5.1变频启动优点
       变频器启动接线简单,具有高效率的驱动性能和良好的控制特性,不仅可以节约大量电能,而且整个启动过程平稳,不会对电网产生大的冲击,变频器本身有很强的故障检测和报警功能,并且采用变频器启动的电动机很容易实现远程和本地的控制。
5.1变频启动缺点
       早期的经济投入比较大,涉及电力电子技术,对维护人员的要求比较高。
4 结束语
       下表为几种起动方式的性能、价格对照。


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       启动方式的选择应从满足所拖动要求、安全、节能、经济条件等众多方面综合考虑,选择最适合的电机启动方式。

参考文献


[1] 郭庆华. 浅析电机软启动器的应用研究[J]. 科技致富向导, 2014, (21).
[2] 张金良. 浅析电机启动方式的选择[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2011, (25).
[3] 曹小强, 付国东. 对电机的几种启动方式的探讨[J]. 商品与质量:学术观察, 2011, (6)94-95.
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[5] 陈建国. 电机起动方式的探讨及应用[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2011.
[6] 展学鹏, 达志远, 高胜,等. 浅谈交流电动机的几种启动方式[J]. 科学与财富, 2014, (2):30-30. DOI:10.3969/j.issn.1671-2226.2014.02.024.
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