三相异步电动机软启动与调压节能技术的分析

三相异步电动机软启动与调压节能技术的分析

摘要：软启动技术操作简单方便，这种技术的应用有效地降低了三相异步电机启动时的冲击电流，降低了电机启动造成的损耗，延长了电机的使用寿命。只要不断学习新的技术并将其应用到实际的生产生活中，我们就一定可以创造出更大的效益。基于此，本文对三相异步电动机软启动与调压节能技术进行了分析。

关键词：三相异步电动机软启动调压节能技术

1.三相异步电动机软启动技术介绍

1.1软启动原理

要对三相异步电动机的软启动技术进行研究，必须对电动机运行过程中产生的电流变化、电压变化进行分析，从而掌握电动机内部电路的构造结构，降低软启动技术原理的分析难度。就三相异步电动机的等效电路而言，主要包括并联和串联两个电路模式，因此等效关系比较明确，可应用于近似等效电路的分析研究中。在电动机运行启动时，电动机两端的电压与电流会呈现正向关系，即两端电压越大，电动机电流就越大，因此可以通过控制电压实现电流控制，这就是三相异步电动机软启动技术的核心原理。

1.2损耗分析

三相异步电动机的损耗主要有三种类型，分别是恒定损耗、负载损耗和杂散损耗。就恒定损耗而言，可以分为铁耗和机械损耗两种类型。其中表示铁耗的近似公式可以表示为PFe≈kf1.3B2；有关通风系统机械损耗的近似公式可以表示为Pv≈9.81HVηKV2∝KV2；有关轴承摩擦的机械损耗可以表示为PT≈9.81Gvsμ。在这几个公式中：H为电动机风扇的有效压力，η为电动机风扇的运转效率，V为气体的流量。就负载损耗而言，主要用以下公式表示铜耗，即PCu=mI2r，其中m 为电动机的相数，I为每项的电流，r为每项的电阻；就杂散损耗而言，主要指的是铁心、导线等金属内部件损耗，由高次谐波造成，例如转子、定子、电子漏磁通等。

1.3功率关系

1.3.1当三相异步电动机的输入功率为P1时假设三相异步电动机的输入功率为P1，则可以用以下公式表示电机的功率关系，即P1=3U1I1cosφ1；而由于高次谐波造成的定子边铜损耗和转子铁心损耗可分别用公式表示为PCu1=3I12r1和PFe=PFe1=3Im2rm。在这几个公式中，PFe为三相异步电动机的铁耗；PFe1为定子铁耗；Im为励磁电流；rm为励磁电阻。由此可以用T型等效电路图对三相异步电动机的耗能情况和功率关系进行分析。

1.3.2当电动机的总输出功率为P1时就三相异步电动机的耗能情况来看，电动机的总输出功率为P1，而电动机在运行过程中会因定子绕组和定子铁心产生部分铜耗和铁耗，其他的功率则由定子向转子传送，将排除消耗后的功率看作三相异步电动机的电磁功率，而电磁功率就相当于整个电动机的机械功率。

1.3.3当电磁功率固定时

就三相异步电动机的功率关系来看，在电磁功率固定的情况下，电动机的转差率和转子回路的铜损耗之间呈正向关系，因此减小转差率能够降低转子回路的铜损耗，这时三相异步电动机的机械功率就会相应变大。具体如式（1）所示：PM∶PCu2∶PΩ=1∶s∶（1-s），（1）式中：PM为电磁功率，PCu2为转子回路铜损耗，PΩ为机械功率。

2.三相异步电动机调压节能技术介绍

2.1调压节能原理

假设三相异步电动机的负载不变，在电动机定子电压下降的情况下，主要调

节电磁转矩，才能够使电动机保持正常平稳运转。这种关系如式（2）所示：

Te=CTφmI2cosφ2。（2）式中：Te为电磁转矩，φm为主磁通，cosφ2为转子功

率因数。根据电磁转矩公式分析可得，主磁通与电动机电压之间呈正向关系，因

此降低主磁通能够使电动机的电压下降。在转子功率因数不变的情况下，需要加

大转子电流和定子电流，从而使负载转矩得到平衡。在转子电流和定子电流增大

的情况下，铁耗降低，铜耗增大。当三相异步电动机处于重载状态时，电压降低

会导致转子电流、定子电流增大，铜损耗显著增加，电动机存在烧毁风险；当三

相异步电动机处于轻载状态时，电压适当降低，同时减少铁损耗和铜损耗，从而

提高电动机的运行总功率，实现节能环保。这是因为三相异步电动机处于空载或

者轻载的运行状态时，电动机的功率因数会随着运行效率下降，因此电动机的转

子电流也会随着输出机械功率的减小而降低，由此降低铜损耗，由于主磁通稳定

不变，因此铁损耗现象不会发生，由此使电动机的功率因数得到提升。

2.2恒转矩负载下的调压节能情况

要分析恒转矩负载下的调压节能情况，必须对调压节能技术的应用原理给予

深入分析。三相异步电动机在实际应用过程中一般处于满载状态，其运行效率处

于最佳状态，因此不需要调压节能，这主要是因为电压降低会直接导致电动机的

电动势降低，因此存在电机烧毁的风险，但是当电动机处于轻载的状态时，电磁

转矩与负载转矩之间呈现正向关系，因此负载转矩降低，电磁转矩也会相应下降，在主磁通不变的情况下，铁耗和铜耗都会大幅度降低，因此电动机的总消耗量会

保持最低状态。在这一过程中，电压值必须处于最佳状态，才能够使总耗能处于

最小状态。

3.三相异步电动机软启动与调压节能技术仿真分析

3.1软启动技术仿真分析

3.1.1模型搭建

通过搭建模型对三相异步电动机的软启动技术应用进行模拟，着重选择三个

单项交流电压源，将其作为模型电动机的电源。在电力系统附加模块库中选择触

发电路，根据模型需要选择同步六脉冲发生器，并且输入电压信号，保证电源与

脉冲保持同步状态。在设置调压电路时，主要选择晶闸管器件对交流调压电路进

行控制，并利用积分模块、延时模块和限幅器模块构建限流软启动控制模块。

3.1.2仿真模型参数

本次三相异步电动机的模型参数如下所示：额定容量为2238VA；额定线电压

为380V；额定频率为50Hz；定子绕组电阻为0.435；定子漏感为0.002H；转子绕组电阻为0.816；转子绕组漏感为0.002H；定转绕组互感为0.219H；转动惯量为0.089kg•m2。三相异步电动机的额定功率因数和额定转矩测量值分别为0.88和

13N•m，为了保障仿真结果的精确性，设置仿真时间为1s。

3.1.3仿真结果

根据仿真模型试验可知，三相异步电动机软启动主要有全压启动、斜坡软启

动和限流软启动三种类型，其中全压启动的最大启动电流为140A，稳定电流为

6A，启动时间为0.2s，转矩波动范围为-20～370N•m；斜坡软启动的最大启动电

流为100A，稳定电流为6A，启动时间为0.4s，转矩波动范围为-50～220N•m；限流软启动的最大启动电流为60A，稳定电流为6A，启动时间为1.2s，转矩波动范

围为-80～150N•m。