三相笼型异步电动机减压起动控制方法综述.doc

三相笼型异步电动机减压起动控制方法综述 叶新颖 （福建林业职业技术学院，福建南平353000） 【摘要】三相笼型异步电动机由于具有结构简单，坚固耐用，适应性强，运行高效等良好性能，被广泛应用于工农业生产、国防建设、科学技术研究等各个领域。本论文从三相笼型异步电动机的减压起动控制综合分析了减压起动控制方法的控制过程中数量关系并阐述了其各自的特点及适用范围，且对电动机起动控制方法未来的发展趋势做了进一步探讨与展望，对高效利用电动机性能、延长其使用寿命及有效减弱对电网的冲击力等方面的探究具有重要的意义。 关键词三相笼型异步电动机；减压起动控制；软起动；综述 StudyonApproachofStartingControlbyPressureReductionofThree-phaseCage-typeAsynchronousMotors YEXin-ying （FujianForestryVocational&TechnicalCollege,NanpingFujian353000,China） 【Abstract】Duetodesirablepropertiesofsimplestructure,solidityanddurability,highadaptabilityandefficientoperation,three-phasecage-typeasynchronousmotorisextensivelyappliedinthefieldsofindustrialandagriculturalproduction,nationaldefenseandscientificandtechnologicalresearch.Fromtheperspectiveofstartingcontrolbypressurereduction,theauthorprehensivelyanalyzesthequantitativerelationoftheapproachesofthecontrol,respectivelyilluminatestheircharacteristicsandapplicationrangeandfurtherforecaststhefuturedevelopmenttrendofapproachofmotorstartingcontrol.Thestudyinthispaperisofgreatsignificancefortheimprovementofcontrolcircuitperformance,motorservicelifeprolongation,utilizingmotorperformanceinenergy-efficientmannerandremarkablereductionofimpactforceimposedonpowergrid. 【Keywords】Three-phasecage-typeasynchronousmotors；startingcontrolbyreducingpressure；softstart；prehensiveillumination 0概述 近些年来，随着电力电子技术、半导体技术及计算机技术的快速发展，电动机作为生产机械的原动力，不仅广泛应用于国民经济建设、人民物质生活改善的各个领域，而且还在工农业生产、国防建设、科学技术研究等方面都得到了极为广泛的应用。在工农业生产中，各种各样的生产机械，一般都采用电动机进行驱动；在自动控制系统中，各式各样的微型电动机用作检测、放大、执行元件。即使在国防建设和科学技术研究等方面，电动机也是不可缺少的。所以三相笼型异步电动机能广泛应用于电力拖动与自动控制系统中,但其起动控制问题一直困扰着研究人员，也是业内人士广为关注的问题，因此国内外都十分重视电动机的研究和开发，且进展很快。由此可见，电动机是一种常用且必备的机电设备，加大对电动机起动控制的探讨与研究，才能更有效的为今后的智能化、机械化、自动化系统打下良好的基础。 电动机接上电源，转速由零开始运转，直至稳定运转状态的过程，称为起动过程。三相笼型异步电动机的起动方式有直接起动和减压起动两种。三相笼型异步电动机起动时，加载电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压，属于直接起动。直接起动的优点是电气设备少、电路简单、维修量较少。三相笼型异步电动机直接起动时，起动电流一般为额定电流的47倍，起动转矩为额定转矩的12倍。对于电源容量在180kVA以上，电动机功率在7kW以下的三相异步电动机可采用直接起动，这种起动方法适用于小容量三相笼形异步电动机的空载或轻载起动。但是尽管直接起动操作简单，维修方便，但这种起动方式仍有诸多不足，对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外，在电源变压器容量不够大而电动机功率较大的情况下，直接起动将导致电源变压器输出电压下降，不仅会减小电动机本身的起动转矩，而且会影响同一供电线路中其他电气设备的正常运行，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。因此，较大功率的电动机需要采用减压起动。 减压起动是指利用起动设备将电压适当降低后加到电动机定子绕组上进行起动，待电动机起动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运转。由于定子绕组中的电流和加在绕组上的电压成正比例，所以降低电压可以减小起动电流，不致在电路中产生过大的电压降，并减少对电路电压的影响。 三相笼形异步电动机减压起动的方法很多，常见的减压起动方式只有四种：定子绕组串接电阻减压起动，自耦变压器减压起动，-减压起动，延边三角形减压起动。尽管方法不同，但其目的都是为了限制起动电流，减小供电网络因电动机起动所造成的电压降。但问题是在限制起动电流的同时，起动转矩也受到限制，因此，有必要对这个四种减压方法进行详细论述对比，针对不同的使用场合，合理选择其起动方式，这样才能改善控制电路性能、延长电动机使用寿命、高效节能的利用电动机起动特性及有效减弱对电网的冲击力影响。 1减压起动控制过程数量关系分析 1.1定子绕组串接电阻减压起动 定子绕组串接电阻减压起动是指电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，通过电阻分压使电动机定子绕组电压降低，起动后再将电阻短接，电动机全压运行。 由此可见：一般情况下，若起动电压是全压起动的一半，则起动转矩是全压起动的1/4。 1.2自耦变压器减压起动 自耦变压器减压起动是指依靠自耦变压器来降低加在电动机三相定子绕组上的电压，达到限制起动电流目的的。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，起动结束后，自耦变压器被切除，电动机便在全电压选稳定运行。 由此可见：其起动电流和起动转矩为全电压直接起动电流和起动转矩的1/3。 1.4延边三角形三角形减压起动 延边三角形三角形减压起动是指电动机在起动时将定子绕组的一部分接成星形（丫），另一部分接成三角形（），从图形上看构成延边三角形减压起动，当电动机起动结束后，再将定子绕组接成三角形（）进行正常运行。 由上述-减压起动浅析可知，接成星形（Y）起动时，由于电动机每相绕组所承受的电压只有三角形（）接法的1/3，所以起动电流和起动转矩也只有三角形（）接法时的1/3。正因为各相绕组所承受的电压降低了，才使得起动电流和起动转矩相应下降。同理，延边三角形减压起动时，之所以能降低起动电流，也是因为三相绕组接成延边三角形时，绕组所承受的相电压有所降低，而降低程度取决于电动机绕组的抽头比例。由延边三角形减压起动定义可知，电动机在起动时定子绕组的一部分接成星形（Y），另一部分接成三角形（），则接成星形（Y）部分的绕组线圈越多，电动机的相电压也就降得越低，但降低程度不会低至额定电压的1/3，因为这种起动方式介于星形（Y）-三角形（）减压起动方式之间，即起动时，电动机定子每相绕组所承受的电压，比接成全星形接法时大，比接成全三角形接法时小；同理，起动电流和起动转矩也比接成全星形接法时大，比接成全三角形接法时小。因此，形象的说，延边三角形减压起动时，电动机的相电压在380/3380V之间，起动电流和起动转矩在额定值的131倍之间。 实验研究证明：在电动机起动状态下，当抽头比为1：1，即延边三角形接法下，星形（Y）部分绕组线圈匝数与三角形（）部分绕组线圈匝数比为1：1时，电动机的每相绕组所承受的电压约为251V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.44倍；当抽头比为1：2时，电动机的线电压约为274V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.52倍；当抽头比为2：1时，电动机的线电压约为237V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.38倍。 由此可知，恰当选择不同的抽头比例，便可以达到适当降低起动电流，而又不至于损失较大的起动转矩的目的。 2探讨与展望 通过对这些常见的减压起动控制方法的数量关系分析可知它们的特点各异，可根据实际需要确定相应的方法，总结如表1所列。 综上所述：四种常见的减压起动控制方法均能实现有效降低起动电压的目的，降压起动控制旨在限制起动电流，减小冲击电流对电网的影响，起动转矩的减少并不是我们所想要的。从电网角度看，要求电动机的起动电流小；从机械角度看，又要求其转矩大。在电动机的减压起动特性中，最主要的是起动转矩和起动电流，总是希望能在起动电流比较小的情况下，获得较大的起动转矩。这两者似乎总存在着某种矛盾，但是可根据这四种减压起动控制方法的起动特性，结合实际情况需要，在不同的情况下采用不同的起动方法。 近些年来，随着电力电子技术、半导体技术及微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式设备用于三相笼型异步电动机的起动控制，以取代传统的减压起动方法。把传统的电动机起动方法称为硬起动。所谓电动机软起动，就是在电动机起动过程中，在电动机主回路串联变频变压器件或分压器件，使电动机端电压从某一设定值自动无级上升至全压，电动机转速平稳上升至额定转速的一种电动机起动方法。这种电动机软起动方法在主电路一般都采用三相晶闸管交流调压电路，当变频变压器件接到起动指令后，便进行计算输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通时刻，使得变频变压器件按所设计的模式调节输出电压，以控制电动机的起动过程。当起动完成后，变频变压器件会短路掉所有的晶闸管，使电动机逐渐投入电网运行，以避免不必要的电能损耗。这种电动机软起动方法具备两个基本特点：一是在整个起动过程中电动机平稳加速，无机械冲击；二是尽可能降低起动电流，切换时没有电流冲击。由于电动机软起动方法具备很多传统减压起动方法不具备的优点及其健全保护功能，所以，它运行安全、经济、可靠，适应性强、配置灵活，实现了电动机驱动的精密控制、精密调整。尽管它有谐波含量大、起动转矩小、价格略贵等方面缺点，然而瑕不掩瑜，一些欧美国家的公司像西门子、ABB研制了基于单片机的软起动控制器，已大量投放市场。国内一些公司也看到了软起动设备市场潜力，纷纷加入到研制软起动装置的行列来。三相笼型异步电动机的软起动技术逐步成熟，普及越来越广泛，不过在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合，可以频繁起动。相信电动机软起动技术会逐步占领市场，为今后实现智能控制系统化打下良好的基础。 3结束语 随着现代科学技术的发展及人们对智能化生活的向往，电动机由于具有结构简单、运行可靠、适应性强、价格低廉等优良特性而被各个领域广泛采用。本论文从三相笼型异步电动机的减压起动控制综合分析了减压起动控制方法的控制过程中数量关系并阐述了其各自的特点及适用范围，且对电动机起动控制方法未来的发展趋势做了进一步探讨与展望，不同的使用场合