几种大功率电动机起动方式的分析与比较

几种大功率电动机起动方式的分析与比较

【摘要】浅析大功率电动机的几种常用的起动方式，并做出几种起动方式的功能与价格方面的分析与比较。从中可见变频起动方式由于其性能上的优越性，将随着变频器成本的降低被越来越广泛地应用。

【关键词】降压起动;软起动;变频起动

引言

近年来，随着各行业生产能力的加大，大功率电动机的使用率也越来越高。例如在石化行业中，3-10kV功率在185kW以上的中压电动机使用频繁，1000kW 以上的大电动机也使用得越来越多。随着高压大容量电动机使用量的增加，大电动机起动的相关问题也越来越引起重视。本文就将针对几种常用的电动机起动方式作出相应的分析与比较。

1.全压起动

全压起动又叫直接起动，即经过开关或接触器将电源电压直接加在电动机的定子绕组上，从而起动电动机。其起动方式简单，可通过空气开关、断路器等实现电动机的近距离操作与控制，也可用交流接触器、时间继电器、限位开关等实现远距离操作，自动控制以及正反转控制等。由于电动机在空载全压起动时，起动电流会达到其额定电流的4到7倍，因此在大功率电动机全压起动时会造成以下问题：

（1）起动电流过大，引起电网电压下降，产生电压波动，不仅会影响电网中其它用电设备的正常工作，还会对动力变压器产生一定的冲击。

（2）起动电流过大会在电动机的定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，有可能破坏绕组绝缘，造成鼠笼条断裂，引起电动机故障。

（3）起动电流过大会使电机的绕组迅速发热，从而损伤绕组绝缘，减少电动机寿命。

（4）电动机直接全压起动时的起动转矩约为额定转矩的2倍，会对其拖动机械造成一定的影响甚至损坏。

因此，大电动机全压起动要满足以下条件：

（1）电动机起动时造成的压降不影响配电系统中其它用电设备的正常运行，一般情况下经常起动的电动机引起的电网电压变化不大于10%;偶尔起动的电动机引起的电网电压变化不大于15%;配电母线上无照明负荷及其它对电压敏感的负荷且电动机不频繁起动时，引起的电网电压变化不大于20%。

（2）电动机和生产机械的强度能够承受直接起动的应力冲击：即满足电动机和生产机械的动热稳定的要求。

（3）电动机起动时端子电压能保证被拖动机械设备要求的起动转矩。

（4）电动机制造商对电动机起动方式无特殊规定。

综上所述，全压起动的优点是可设备投资和维护费用相对较少，操作方式简单，起动迅速。缺点是起动电流大，从而引起电压波动大。因此在电动机和电网不满足全压起动的条件时，应对电动机采取降压起动。

2.降压起动

如电动机及电网无法满足全压起动所需条件，则需要采用降压起动。降压起动有多种方式，其中比较传统的方式有自耦变压器起动、电抗器起动、星-三角起动;近年来应用越来越多并且效果良好的起动方式则有软起动和变频起动。

2.1 几种传统降压起动方式

2.1.1 电抗器起动

电抗器起动是指电抗器与电机的定子绕组串联，以限制电动机的起动电流，电机起动后其自动切除，适合10kV以上电动机。

电抗器起动可以使电流平稳，减少对电机的冲击。电流串电抗器后，起动电流成比例减小，起动转矩则成平方关系地减小，因此电抗器的阻值必须依据电动机起动时阻力矩的情况来选择，只有起动转矩大于阻力转矩时，电动机才能顺利起动。串联电抗器起动为有级降压起动，在全压切换时转矩有跃变，从而会产生机械冲击，而且可能造成二次电流冲击。

电抗器优点为运行相对平稳，缺点为起动电流较大，起动转矩较小，不适合频繁起动及重载起动。且电抗器被切除时还存在二次电流冲击和转矩冲击的危险。

2.1.2 自耦变压器起动

自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器分接头来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。自耦变压器的高压侧接入电网，低压侧接电动机。自耦变压器的副边电压是相对原边电压按正比减小的，副边电压值相当于原边电压值和变压器变比的乘积，相应的副边电流即通过电动机定子绕组的线电流也按正比减小。又因为副边电流相当于原边电流与变压器变比的乘积，由此可见可见原边的电流——即电源供给电动机的起动电流——比直接流过电动机定子绕组的要小。等到转速达到一定值之后，自耦变压器自动切除，电动机在全压下正常

运行。有几个不同电压比的分接头供选择。电动机的端电压可以通过选择耦变压器的分接头来进行调整。起动转矩比较大。自耦变压器有不同的电压抽头，如果需要产生较小的起动力矩，可选择百分比较小的抽头;反之则可选择百分比较大的抽头。如果电动机起动时无法同时满足降低起动电流和保证起动转矩的要求，则应选择自耦变压器起动。自耦降压起动变压器需要投切，所以不适合高电压，一般用于10kV以下的范围。

自耦变压器降压起动的优点是既可以直接人工操作控制，也可以用交流接触器自动控制，经久耐用，维护成本低，适合所有的空载、轻载起动异步电动机使用。其主要缺点是在开关切换的过程中电动机有短时断电的情况，这会造成大电流冲击和转矩突变，因此不适合频繁起动。

2.1.3 星-三角起动

星-三角起动是指起动时电动机绕组接成星形，起动结束进入运行状态后，电动机绕组接成三角形。在起动时。电动机定子绕组因是星形接法，所以每相绕组所受的电压降低到运行电压的平方根的三分之一（约57.7%），起动电流为直接起动时的三分之一，起动转矩也同时减小到直接起动的三分之一。由于其起动电流小，起动转矩小，所以这种起动方式只能工作在空载或轻载起动的场合。

星-三角降压起动的优点是不需要添置起动设备，有起动开关或交流接触器等控制设备就可以实现，适合空载或轻载的设备起动。缺点是只能用于三角连接的电动机，且不能重载起动。2.2 变频起动

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部绝缘栅双极型晶体管的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压，从而达到节能调速的目的。

采用变频装置起动大容量电动机的过程如下：变频器将加在电动机上的电源频率逐渐由低频升到工频，电压也由低值升到额定值，电动机转速由低速逐渐加速到额定速度，当转速升到一定转速时，切换到工频运转。电动机是在同步状态下并入配电系统的，因而对配电系统不存在冲击。变频器可以使电动机平滑起动，电机起动时间延长，以较小的起动电流可以获得较大的起动转矩，因此变频器可以起动重载负荷，对于带有转矩自动增强的变频器，起动力矩可提升一倍。

综上所述，变频器起动的优点是运行平滑节能，电流稳定，适合起动重载负荷，缺点是造价相对来说比较昂贵，成本较高。

2.3 软起动

软起动器主要由串接于电源与电动机之间的三相反并联闸管交流调压器构成。运用不同的方法改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。