电动机启动方法比较.docx

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电动机启动方法比较

当启动大容量电动机或同时启动多台电动机时，若电网容量偏小，则巨大的启动电流将给电网带来冲击，引起严重的线路压降，使电网中的其它电气设备无法正常运行，供电质量也无法得到保障。

因此，正确选用电动机的启动方式十分重要。

所用启动方式的选择，主要应决定两件事：

一是是否需要采用减压启动方式；二是选用哪一种减压启动方式。

不论选取哪种启动方式，都必须使电动机的启动转矩大于其负载的阻力矩。

否则，不仅不能启动，还有可能使电动机因堵塞而烧坏。

也就是说，究竟采取什么方式启动，在相当大的程度上取决于电动机的负载。

为了达到合理选用的目的，应从以下几方面进综合考虑：

（1）必须考虑电动机容量与电网容量（或电源变压器容量）之比决定启动方式，

表　1　　电动机容量启动方式的关系

电动机容量（kW）

电源变压器容量（kVA）

0．35以下

0．35～0.58

0.58以上

启动方式

直接启动

用串连电阻、电抗的方式、或用Y～△减压启动方式

用延边三角形变换方式或自耦减压启动方式

　　电动机的启动电流很大，一般为其额定的5～7倍，最大时甚至达到额定的十余倍。

这么大的电流冲击，对于容量比电动机大许多倍的电网，尚不致有明显的影响，但当电网容量较小时，就可能因电网电压降低而影响电网中其它电气设备的正常运行。

如果电动机容量很大或者有多台电动机同时启动，则对电网的影响尤为严重。

因此并非所有的电动机都允许全压直接启动。

一台电动机是否允许全压直接启动，要看其容量与电网容量的比值是否小于一定数值。

此数值不是一成不变的，它既同电源情况有关，也同负载情况有关。

从电网容量方面来看，当电动机由小容量电厂供电时，允许全压启动的笼形异步电动机的容量一般宜在电源容量的10～12%以下；由单台变压器供电，而电动机又经常启动，其容量就应在电源容量的20%以下，但在非经常启动时，允许其容量为电源容量的30%以下；假如电源是多台小容量变压器并联形成的，允许直接启动的单台电动机的容量也可用下列公式计算：

　　　　　　　　PM＝PT／4（k1－1）

式中：

PM为电动机容量（kW）；PT为变压器总容量（kW）；k1为电动机的启动电流与额定电流之比。

从线路电压降方面考虑，在经常有异步电动机直接启动的场合，电压降应小于额定电压的10%；在经常有异步电动机的场合，电压降应小于额定电压的15%；若需要保证电动机有足够的启动转矩，而电压降低尚不致影响到其它电气设备的正常运行，也允许电压降达到额定电压的20%；当电动机很少启动或它由单独的变压器供电时，还允许电压降略大于额定电压的20%。

（2）应考虑负载性质与对启动的要求。

从负载方面考虑，即电动机的启动转矩必须大于负载阻力矩。

全电压启动因启动转矩较大，对重型负载有利，但对于一般的轻型负载来说，就有可能发生机械冲击，以致传动皮带被撕裂、齿轮被打坏等。

表　2　启动方式与负载性质的关系

负载性质

对启动的要求

负载举例

限制启动电流

减轻机械冲击

无载或轻载启动

Y～△减压启动；电阻或电抗减压启动

车床、钻床、铣床、镗床、齿轮加工机床、圆锯、带锯、带离合器的卷扬机、绞盘等

负载转矩与转速成平方关系的负载（风机负载）

延边三角形减压启动；电阻或电抗减压启动；自耦减压启动

离心泵、叶轮泵、螺旋泵、轴流泵等；离心式鼓风机和压缩机，轴流式风扇和压缩机等

重载负载

电阻或电抗减压启动

卷扬机、倾斜式传送带类机械；升降机、自动扶梯类机械

摩擦负载

延边三角形减压启动；电阻或电抗减压启动

电阻或电抗减压启动

水平传送带、活动台车、粉碎机、混砂机、压延机或电动门

阻力小的惯性负载　　　　

Y～△减压启动；延边三角形减压启动；自耦减压启动；电抗减压启动

离心式分离机、脱水机、曲柄式压力机等阻力小矩的机械

恒转矩负载

延边三角形减压启动；电阻或电抗减压启动

电阻或电抗减压启动

往复泵和压缩机、罗茨鼓风机、容积机、挤压机

恒重负载

电阻或电抗减压启动

织机、巻纸机、夹送辊、长距离皮带输送机、链式输送机

综上所述，直接启动虽具有方法简单、设备又简单、价格又便宜的优点，但为限制电的和机械的冲击以及保证电网的供电可质量，就得采用减压启动器，或在绕线式异步电动机的转子电路中串入阻抗。

确定是否采用全电压直接启动，还必须根据具体使用要求和启动方案的经济指标作统筹考虑。

直接启动的启动时间不超过10s时属于正常启动，超过10s时则属于重轻载启动。

在换向条件下会出现较大的冲击电流峰值，转子堵转条件下接通电动机产生的电流等于其启动电流。

一．星三角启动

1．工作原理及特点

对于正常运行时，定子绕组为三角形联接的笼形感应电动机，若启动时将定子绕组接成星形，待启动完毕后再接成三角形，就可以降低启动电流，减轻它对电网的冲击。

这样的启动方式称为星三角减压启动。

设电源的线电压为UL，绕组在启动时的每相阻抗为Zo,当定子绕组接成星形时，线电流和它的相电流相等，即：

ILY=IPY=UL／√3Zo

若定子绕组原先的三角形联接直接到电网上启动，则其相电流为：

IP△=UL／Zo

线电流为IL△=√3IP△=√3UL／Zo

比较得

ILY／IL△=1／3

由此可见，采用星三角启动方式，启动电流ILY只有直接启动时IL△的1／3。

若直接启动时的启动电流是6～7IN，则在星三角启动时启动电流只有2～2.3IN，这样就大幅度地降轻了它对电网的冲击。

启动电流降低了，启动转矩也降低了。

由于电动机的转矩是同加在定子绕组上电压的平方成正比，而星形接法时绕组电压是相电压Up,它只是三角形接法时绕组电压—线电压UL的1／√3，因此：

MY／M△=（Up／UL）2=（UL／√3UL）2=1／3

即采用星三角启动时方式时，启动转矩已降低到直接启动时的1／3，当然不能胜任重载启动，只适用于无载或轻载启动。

星三角启动时，启动转矩和启动电流可以降低到直接启动的1／3以下，因此必须考虑到从星形联接向三角形联接转换之前，电动机可能只有不到1／3额定负载的负载量，而其转速已达到额定转速的90%。

这种情况，要特别注意到风机、离心泵、压缩机和其它具有类似转矩速度特性的设备，使用星三角启动时，有可能出现加速过程不正常即不可能达到其额定转速的情况，那就属于选用不当。

通常选用熔断器作为短路保护器，一般按启动器额定电流的2.5倍左右选择熔断器，以保证电动机启动时不发生误操作

星三角启动方式的优点有：

（1）电流特性好，启动电流小，对电网的冲击小；

（2）基于星三角启动原理的启动器结构简单，价格便宜；（3）当负载较轻时，可以让电动机就在星形接法下运行，从而实现额定转矩与负载间的匹配，提高电动机的效率，降低能耗。

热元件一般与电动机绕组串联后接成三角形联接，因此可按电动机额定线电流的1／√3选择热元件。

二．自耦减压启动

自耦减压启动器又称补偿器，它是常用的一种控制较大容量鼠笼式异步电动机的减压启动装置。

1．自耦减压启动工作原理及特点

令自耦变压器二次侧电压US2与一次侧电压UN之比为k，则二次侧电压为：

US2=kUN

　　　　无自耦变压器时，若电动机定子绕组作三角形连接，全压启动的线电流为：

　　　　　　　　　　　　　Is=√3UN／Zo

式中Zo－启动时一相绕组的阻抗。

有自耦变压器时，其二次提供给电动机绕组的启动电流为：

　　　　　　　　　　　IS2=√3US2／Zo=√3kUN／Zo=kIs

而一次启动电流、即网络启动电流为：

IS1=kIS2=k2Is

由于k﹤1，因此网络启动电流IS1比直接启动时的Is小得多。

由于启动转矩是与电压的平方成正比，因此采用自耦减压启动方式时的启动转矩为：

　　　　　　　　　　　MS1=k2MS

式中：

MS－全压启动时的启动转矩.

自耦减压启动器中的自耦变压器通常备有65％和80％两个抽头。

即k有0.65及0.8两种数值。

如果k=0.8，则电动机的启动电流为全压启动时的0.82＝0.64倍，即3～4IN，而启动转矩为全压启动时的64％左右。

与星三角启动方式比较，启动转矩几乎大了一倍，因此可用于启动较重的负载。

自耦变压器启动器优点：

（1）由于是利用自耦变压器的多抽头减压，因此既能适应不同负载启动的需要，又能得到比星三角启动时更大的启动转矩；

（2）因设有热继器和低电压脱扣器，因此具有过载和失压保护功能。

其缺点：

（1）体积大、重量大；

（2）价格昂贵；（3）维修不大方便。

表　3　各种启动方式启动特性的综合比较

　　　　启动方式

对比参数

全压直

接启动

Y～△

减压启动

自耦减压启动

延边三角形

减压启动

电阻减压启动

65%抽头

80%抽头

50%抽头

65%抽头

80%抽头

启动瞬间电动机一相实际电压U

0．58UN

0．65UN

0．8UN

（0．7～0．8）UN

0．5UN

0．65UN

0．8UN

启动时的电动机电流

IQD

0．33IQD

0．65IQD

0．8IQD

取～0．7IQD

0．5IQD

0．65IQD

0．8IQD

启动时的线路电流（线电流）

IQL

0．33IQL

0．42IQL

0．64IQL

～0．7IQL

0．5IQL

0．65IQL

0．8IQL

启动瞬间电动机旋转力矩

MQN

0．33MQN

0．42MQN

0．64MQN

～0．49MQN

0．25MQN

0．42MQN

0．64MQN

MQN与IQL之比的标么值

100%

～70%

50%

60%

80%

电动机实际相电压在启动过程中的变化

不变

随速度上升略有增大

实际启动电流IQL与额定电压下启动电流IQLN之比

小

即使启动电流比较小，启动转矩也不致很小

中等

实际启动转矩MQ与额定电压下的启动转矩MQN之比

小

较小

对电源的影响

最大

小

较小

一般

启动时对机械的冲击

最大

较小

启动过程中转矩的变化情况

能得到充分的加速转矩

转矩增加不多

转矩有增加

随转速上升而略有增加

实际最大转矩MK与额定电压下的最大转矩MKN之比

较小

一般

较小

电动机的启动时间

最短

较长

一般

较长

控制线路复杂程度

最简单

简单

最复杂

复杂

较复杂

产品价格

最便宜

便宜

最贵

一般

较贵

适用对象

一般

无负载或轻载启动处

要求限制启动电流而启动转矩不宜过小处

采用星三角启动方式无法启动，且又要求机械冲击较小处

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