电动机启动方法的分析和比较

王海霞

（江西气体压缩机有限公司，江西赣州 341000）

电动机启动方法的分析和比较

王海霞

（江西气体压缩机有限公司，江西赣州 341000）

电动机的启动不仅需要具备较大的启动转矩，还要求启动电流小、操作简单、功率损耗小，通过对几种电机的启动方法进行比较，分析不同启动方法的工作原理和它们的优点和缺点，以及使用不同启动方法对电动机和电网系统其他设备产生的影响。

电动机；全压启动；降压启动；软启动

电动机从连接电网开始转动到运行正常的过程即为电动机启动，电动机按照其启动和运行的方式划分主要包括电容启动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电机、电容启动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机[1]。电动机启动时若电流过大会对电网设备以及电动机本身有较大影响，电动机启动方法对电网电流有着直接影响，需要选择合适的启动方法，保障电动机和电网其他设备的运行安全。

1 电动机全压启动

全压启动是指将电动机直接投入电网，将电动机的功率直接开启为最大进行启动，这种启动方式对企业自身的电能来源和系统承受电能波动的要求较高。电动机以直接全压的方式启动时，会产生较大的启动电流，进而产生较大的电压，造成电网电压波动幅度大，当超过标准要求的电压变化比值10%时，对系统上的电子设备会产生负面影响。在电网上产生的谐波电流不仅会影响设备的使用寿命，还可能造成电网系统中的继电保护装置误动、干扰通信信息等。再者，电动机直接全压启动往往会产生操作过电压，使变压器等电子设备绝缘破坏，对电网的安全运行存在较大威胁。当然，全压启动也有着一定的优势，例如其操作简单、易于维护，设备投资费用低，设备故障率低等。

2 电动机降压启动

当电网系统中电源容量较小，无法满足电动机全压启动时，需要减小电流，降低电压进行降压启动。降压启动即在电动机启动时采取一定的措施和设备，降低电网中的电流和电压，促使电动机转矩变小。

（1）定子回路串电阻降压启动

在定子回路中串连合适的电阻，电动机启动时系统自动连上电阻，当电动机运行稳定后系统自动断开电阻，即定子回路串电阻降压启动法。当电动机启动时电压较大，串入一定的电阻，能将电流降低到系统承受范围内，保证电网安全运行，随着电动机运行的稳定，电压随之稳定，断开电阻，减少电能消耗[2]。

使用定子回路串电阻降压法启动的特点是启动电流较大、启动转矩小，能适用于较小的异步电动机。电动机不仅启动平稳，有利于保障电网及设备安全，其构造简单，操作比较方便。但是由于启动电阻的存在，将使设备体积增大，会消耗一定的电能，若电阻较大则会产生更大的电能消耗，目前已较少采用。

（2）自耦变压器降压启动

在电路中安装自耦变压器，通过变压器对电动机启动时的电压进行调节，一般在变压器的高压侧连接电源，在低压侧连接电动机，当电动机启动时，通过变压器将电源端的电压降低，使电流通过变压器后降低，保证电动机启动时的电网电流较低，同时减小电动机启动转矩。自耦变压器降压启动也称为补偿启动，通常在变压器中存在两三个抽头，能够根据电网系统的容量、电动机启动时的电流、电动机负载转矩的需要来选择。

使用自耦变压器降压启动方式较定子回路串电阻降压启动方式启动电流更小，当阻力矩较大时选择自耦变压器启动更加合适，自耦变压器降压启动的最大优点是启动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，启动转矩可达直接启动时的64%，且适用于不同负载降压启动。但是自耦变压器也存在自身的缺陷，如电动机启动时变压器的抽头和开关切换时容易出现电动机短时断电，造成电动机转矩突变；使用自耦变压器也会产生操作过电压，对电网系统设备产生危害。另外自耦变压器的体积大，占地面积大，价格高，操作复杂，维护工作量大，且不能频繁启动。需要根据实际需要选择，目前这种降压启动方式采用较广。

（3）Y—△降压启动

Y—△降压启动即星形—三角形降压启动，也称为星—三角启动。当电动机启动时，通过转换开关将电动机定子绕组连接成星形，则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的倍，降低了启动电压；当电动机运行稳定后，再次通过转换开关将电动机定子绕组连接成三角形，将线电流降低，故称星形—三角形降压启动，使用这种启动方法能将电动机启动时的电流控制在未使用前的1/3，进而也降低了电动机的启动转矩。

Y—△降压启动方式无需专门启动设备，不仅能有效降低电动机启动电压和电流，而且体积精小，结构也比较简单，操作维修难度系数低，可以较频繁的启动。但是这种降压启动方式只能将启动电压固定地降低为额定电压的1/3倍、启动电流固定地降低为全压启动电流的1/3倍、启动转矩固定地降低为全压启动转矩的1/3倍。电动机的转矩降低的幅度太大，较适用于空载启动或者轻载启动。

（4）延边三角形降压启动

延边三角形降压启动方式是在Y—△降压启动方法的基础上产生的，相对Y—△降压装置，延边三角形降压方法要求在电动机的每相绕组上增加一个抽头，在三相绕组中最终存在9个出线端。当电动机启动时，电动机定子绕组的一部分连接成为三角形，三相绕组形成延边三角形；当电动机运行稳定后，调动抽头的位置，使三相绕组连接为三角形，中间部分的抽头空闲，不投入使用，从而变更绕组的Y和△部分的匝数，达到改变电压和电流大小的目的。

延边三角形降压启动方法具有自耦变压器及星三角启动方式两者的优点：启动电流小、启动转矩较大。即相对Y—△降压启动方法对电动机启动转矩的降低程度较小，它能够满足重载启动。另外延边三角降压启动设备体积小、质量轻，能够有效节省材料，有效降低启动电压和电流，并能够经常启动。但是，延边三角形降压启动方法适用于定子绕组为三角形接线且有9个出线头的电动机，需要在电动机内进行复杂的接线，不便于安装。

3 电动机软启动

电动机软启动方式是在电动机之间串接软启动器，软启动器控制自身内部的晶闸管导通角，从而对电压和电流进行调控。当电动机启动时，软启动器控制晶闸管导通角，使电动机的输入电压从零逐步增加，适应电动机启动的变动和转矩的逐步增加速度，当电动机运行稳定后，软启动器对电动机提供全电压。

（1）中压变频器

使用中压变频器作为软启动装置能够根据电动机启动需要，对电压和电流进行调节，不仅启动性能好，而且很少出现操作过电压。但是目前使用范围狭窄，一方面由于中压变频器的价格较高，投入成本较大，另一方面当前中压变频器的技术尚不成熟，维修难度大，技术要求高[3]。

（2）可控硅串联技术

使用可控硅进行串联作为软启动装置，能有效防止过电压，对电动机的输入电压可以从零开始连续调动，保证启动电压符合电动机启动的要求，与电动机转矩转动的速度协调。但是这种装置对元件的性能要求较高，在使用过程中元件会出现性能减退现象，得不到及时维护时甚至造成元件损坏，影响装置的运行，降低装置的可靠性。另外，元件的价格较高，损坏后的元件极难修复，只能进行更换，产生更高的费用，因此可控硅串联技术作为软启动装置的应用目前比较局限。

（3）水电阻和液变电阻

使用水电阻作为软启动装置，主要依靠移动极板和大电流使极板表面的水汽化，从而形成较大的电阻，达到控制电动机启动电流的目的。使用液变电阻作为软启动装置则是主要是掺入一定的杂质增大电阻，或变更极板的大小，或启动时的大电流促使极板附近的水汽化，从而产生较大的电阻，调节电流。使用水电阻或液变电阻作为软启动装置，需要将这些电阻串接在定子回路中，与降压启动方式中的定子回路串入电阻方法类似。这两种装置虽然能够有效控制启动电压和电流，但是对环境温度较为敏感，容易受外界环境的影响，尤其表现在水的汽化对电阻产生的影响，造成电压电流控制精确度低[4]。另外使用这两种装置消耗的电能较大，且水温上升快，连续启动有限。

（4）开关变压器

采用开关变压器式中压电动机软启动装置，主要是通过开关变压器对高压和电动机启动需要的低压进行隔离，变压器的低压绕组与可控硅相连，受控制系统控制，当电动机启动时，控制系统改变变压器低压绕组上电压以实现对高压绕组电压的改变，进而实现对电动机输入电压的控制，实现软启动。开关变压器在使用中工作状态单一，损耗少，可靠性高，另外可控硅控制技术比较成熟，有利于开关变压器投入使用，但是其技术要求较高。

由于启动器采用电子式电路，可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能，改善电动机的保护，简化故障查找，如失相、过电流和超高温保护，以及正常运行、电动机满电压和某些故障指示。像斜坡电压和初始电压等所有设定值都可以很容易地在启动器面板上设定。

另外，软启动器除了完全能够满足电动机平稳启动这一基本要求外，还具有很多优点，比如可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单。电子软启动器一般都是采用16位单片机进行智能化控制，既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。

4 结束语

随着我国工业化规模的不断扩大，大型动力设备应用的急剧增加，电动机得到了广泛应用。在对电动机启动方法的综合指标进行比较的基础上，认为开关变压器技术应用于中压电动机软启动是目前启动方法中的首选方法。另外在工程应用中，当电动机在直接起动不能满足要求时，首先应考虑的是电子软启动器。

［1］穆素祥.异步电动机的启动方法分析［J］.山西煤炭，2011（31）：50-52.

［2］吴锦洪.感应电动机启动方法探究［J］.企业科技与发展，2010（14）：60-62.

［3］冯权.中压电动机启动方法对比与分析［J］.科海故事博览·科技探索，2012（11）：164-165.

［4］裴文彬.浅谈三相笼式异步电动机启动方法的选用［J］.科学大众：科学教育，2012（06）：125.

Analysis and Comparison of Motor Starting Method

WANG Hai-xia
（Jiangxi Gas Compressor Co.，Ltd.，Ganzhou 341000，China）

The motor starting not only needs larger starting torque，but also requires small starting current，simple operation，small power loss，the article compared several motor starting methods，analyzed the working principle of different starting methods and their advantages and shortcomings，and the affecting of different methods for starting motors to other equipment grid system.

motor；full pressure start；buck starts；soft start

TM32

A

1009－9492(2014)02－0032－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.009

王海霞，女，1979年生，山东纪台镇人，大学本科，工程师。研究领域：电气工程及其自动化。

(编辑：阮 毅)

2013－08－31