#三相异步电动机启动方法选择.docx
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#三相异步电动机启动方法选择
三相异步电动机启动方法的选择和比较
1、直接启动
直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。
电动机直接启动的电流是正常运行的5倍左右，理论上来说，只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5倍以上的，都可以直接启动。
这一要求对于小容量的电动机容易实现，所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的，不需要降压启动。
对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。
直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关（断路器）等实现电动机的近距离操作、点动控制，速度控制、正反转控制等，也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。
有些部门简单规定多大的电动机应降压启动，这是没有根据的，通用机械（风机、水泵、压缩机）绝大多数都能承受全压启动的冲击转矩，不宜采用全压启动的仅有长轴传动的深井泵之类极少例子。
全压启动条件判断：
电动机起动时配电母线的电压不低于系统标称电压的85%，通常只要电动机额定功率不超过电源变压器额定容量的30%，即可全压启动，仅在估算结果处于边缘情况时，才需要进行详细计算。
电动机起动时配电母线电压计算方法和按电源容量估算允许全压启动的电动机最大功率。
2、用自偶变压器降压启动
采用自耦变压器降压启动，电动机的启动电流及启动转矩和其端电压的平方成比例降低，相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转矩。
如启动电压降至额定电压的65％，其启动电流为全压启动电流的42％，启动转矩为全压启动转矩的42%。
自耦变压器降压启动的优点是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、轻载启动异步电动机使用，在生产实践中得到广泛使用。
缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压器箱（自偶补偿器箱），自动控制要配置自偶变压器、交流接触器等启动设备和元件。
启动电流小，起动转矩较大，只允许连续启动2～3次，设备价格较高，但性能较好，使用用较广。
3、Y－△降压启动
定子绕组为△连接的电动机，启动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行，采用这种方式启动时，每相定子绕组降低到电源电压的58％，启动电流为直接启动时的33％，启动转矩为直接启动时的33％。
启动电流小，启动转矩小。
Y－△降压启动的优点是不需要添置启动设备，有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现，缺点是只能用于△连接的电动机，大型异步电机不能重载启动。
启动电流小，但二次冲击电流大，其动转矩较小，允许启动次数较高，设备价格较低，适用于钉子绕组为三角形接线的6个引出端子的中小型电机，如Y2和Y系列电动机。
4、转子串电阻启动
绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环和电阻连接。
外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。
从某个角度讲，电动机又像是一个变压器，二次电流小，相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕组电流就相应减小。
根据电动机的特性，转子串接电阻会降低电动机的转速，提高转动力矩，有更好的启动性能。
在这种启动方式中，由于电阻是常数，将启动电阻分为几级，在启动过程中逐级切除，可以获取较平滑的启动过程。
根据上述分析知：
要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。
采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法，可以使启动更加平稳。
频敏变阻器启动原理是：
电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时，由于串接了频敏变阻器，电动机转子转速很低，启动电流很小，故转子频率较高，f2≈f1，频敏变阻器的铁损很大，随着转速的提升，转子电流频率逐渐降低，电感的阻抗随之减小。
这就相当于启动过程中电阻的无级切除。
当转速上升到接近于稳定值时，频敏电阻器短接，启动过程结束。
转子串电阻或频敏变阻器虽然启动性能好，可以重载启动，由于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机，所以只是在启动控制、速度控制要求高的各种升降机、输送机、行车等行业使用。
起动电流较大，起动转矩小，允许启动次数由电阻容量决定，多用于降低起动转矩的冲击。
5、软启动器
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。
它的主要构成是串接于电源和被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。
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。
在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作
软启动器的优点是降低电压启动，启动电流小，适合所有的空载、轻载异步电动机使用。
缺点是启动转矩小，不适用于重载启动的大型电机。
通常为斜坡电压启动，也可突跳启动，起动电流、转矩、上升和下降时间可调，有多种控制方式，可带多种保护，允许启动次数较高，设备价格最高。
6、变频器
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。
然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。
变频器同时改变输出频率和电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。
因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。
变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，使用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的使用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。
随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的使用。
关键词传统方式硬启动软启动完善保护液态电阻
1前言
传统的电动机的启动方式多以自耦减压、星—三角启动为主，而后者的使用场合是有条件的，即它必须在启动转矩不太大的情况下才能使用。
近年来，低压电动机的启动发展成为电子式的软启动和变频器启动，高压电动机的启动也发展成为了以液体电阻降压方式为主的启动，还有一部分采用了高压变频器启动；低压电动机的保护以往主要是采用带断相保护的热继电器来作过载保护兼作缺相保护，高压保护则采用传统的继电器来实现过流、过载、堵转等保护，一般情况下能较好地实现电动机的启动和保护。
2对2007年启动和保护方式的回顾
2007年，电动机启动方式已经从传统的以自耦减压、星—三角启动等硬启动为主，转变为硬启动和软启动各占一半的情况，保护方式也正在不断完善，已由传统的热元件保护，发展成为新型电子式的各种功能齐全的保护，这在技术上则是一种较快的进步。
2.1硬启动方式的现状
以往的硬启动方式，如自耦减压、星—三角启动等具有电路简单，维修方便，一次性成本投入较低等优点，但它们的启动电流仍然较大，对电动机及所带的机械设备仍然存在较大的冲击，虽然提供了两种启动抽头电压可以根据实际负载状况选择，但若是在启动转矩较大的情况下，选择较低电压抽头时，它的启动过程不能完成，即启动电流始终降不下来；若选用较高电压档，则它的启动电流较大，对电动机和电网的冲击较大，常易造成电动机及变压器的绝缘被击穿、电网的某些主开关易误跳闸，使电网的某些保护参数的整定成为难题，启动器的关键器件交流接触器也比较容易被烧坏。
尤其是传统的国标硬启动器的二次控制电路采用的是由一只时间继电器来实现启动和运行的自动切换，长此以往，这只时间继电器出现故障后，就不能起到自动切换的作用。
这样，长期处于启动状态运行，电动机由于欠电压运行会造成过载而受损，而且自耦减压线圈由于不能退出运行，长期通过运行电流，也会烧毁，从而影响电气设备的安全运行。
这种硬启动，在早期的启动方式中采用较多，主要是其成本较低，而软启动的成本较高。
所有的硬启动中采用的传统保护一般是带断相保护功能的热继电器来实现过载和断相保护，它有很多缺陷，已经成为一种即将被淘汰的启动和保护方式。
2.2软启动的基本情况
近年来，电子式软启动的方式已经成为替代硬启动的一种成功的方式。
它具有启动电流小，连续平滑启动和加速，启动转矩由小到大连续变化的优点，并且还比硬启动增加了几种实用的保护，较好地解决了传统的启动和保护中存在的问题。
软启动器是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，其主要组成部分是串接于电源和被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。
运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化，就可以适应不同负载电动机的启动。
变频器也是一种软启动方式，但它比普通软启动具有更多的优越性：
不但可以实现缓慢的软启动，具有较好的节能作用，而且还能和其它自控器件有效地组合，组成成熟的自动控制系统；其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电动机启动时，其输出只改变电压并不改变频率。
变频器具备所有软启动器的功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。
运用于串接于电源和被控电动机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电动机全电压，即为软启动。
在软启动过程中，电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。
一般情况下，软启动器的工作原理有以下几种启动方式。
2.2.1斜坡升压软启动
这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之和时间成一定函数关系增加。
其缺点是由于不限流，在电动机启动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，很少在实际当中使用。
2.2.2斜坡恒流软启动
这种启动方式是在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至启动完毕。
在启动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。
电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。
该启动方式是使用最多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载的启动。
2.2.3阶跃启动
开机时以最短时间使启动电流迅速达到设定值，即为阶跃启动。
通过调节启动电流设定值，可以达到快速启动的效果。
2.2.4脉冲冲击启动
在启动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流启动。
该种方式在一般负载中较少使用，适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。
3对2008年启动和保护方式的展望
2008年的电动机启动将以电子式软启动方式为主，同时适当采用变频启动，高压启动还要逐步推广使用新型的液态电阻减压启动，新建工程中将基本淘汰硬启动，对原有的部分硬启动要根据实际情况来作出维护和改造计划，条件成熟时要逐步以软启动器替代。
3.1软启动和传统减压启动方式的比较
笼型电动机传统的减压启动方式有星——三角启动、自耦减压启动、电抗器启动等。
这些启动方式都属于有级减压的硬启动，存在明显缺点，即启动过程中出现二次冲击电流。
软启动和传统减压启动方式的不同之处如下。
3.1.1无冲击电流
软启动器在启动电动机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电动机启动电流从零线性上升至设定值。
3.1.2恒流启动
软启动器可以引入电流闭环控制，使电动机在启动过程中保持恒流，确保电动机平稳启动。
3.1.3启动电流的调节
根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的启动电流。
3.1.4实现软停车
电动机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，但在许多使用场合中，不允许电动机瞬间关机。
如为高层建筑大楼供水的水泵系统，如果瞬间停机就会产生巨大的“水锤”效应，使管道甚至水泵遭到损坏。
为减少和防止“水锤”效应，需要电动机逐渐缓慢停机，即软停车。
在泵站中，采用软启动器能满足这一要求，使用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。
软启动器中的软停车功能是晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。
停车的时间根据实际需要可在0~120s之间调整。
3.1.5实现轻载节能
笼型异步电动机是感性负载，其运行中的电流滞后于电压。
如电动机工作电压不变，处于轻载时的功率因数较低；处于重载时，则功率因数较高。
软启动器能实现在轻载时，通过降低电动机端电压，提高功率因数，减少电动机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则自动提高电动机端电压来确保电动机正常运行。
3.2软启动的保护功能
软启动的保护功能比传统硬启动器的保护功能好很多。
3.2.1过载保护功能
软启动器引进了电流控制环，因而可以随时跟踪检测电动机电流的变化状况。
通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电动机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。
3.2.2缺相保护功能
工作时，软启动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。
3.2.3过热保护功能
通过软启动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。
3.2.4其它功能
软启动器和其它保护元件组合，可以实现堵转保护等功能。
另外，通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它各种联锁保护。
3.3软启动MCC控制柜
MCC（MotorControlCenter）控制柜，即电动机控制中心。
软启动可以方便地组成MCC控制柜，它由以下几部分组成：
①输入端的断路器；②软启动器（包括电子控制电路和三相晶闸管）；③软启动器的旁路接触器；④二次侧控制电路（完成手动启动、遥控启动、软启动及直接启动等功能的选择和运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示。
变频器也是一种软启动方式，但它比普通软启动具有更多的优越性：
不但可以实现缓慢的软启动，具有较好的节能作用，而且还能和其它自控器件有效地组合，组成成熟的自动控制系统；其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电动机启动时，其输出只改变电压并不改变频率。
变频器具备所有软启动器的功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。
运用于串接于电源和被控电动机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电动机全电压，即为软启动。
在软启动过程中，电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。
一般情况下，软启动器的工作原理有以下几种启动方式。
2.2.1斜坡升压软启动
这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之和时间成一定函数关系增加。
其缺点是由于不限流，在电动机启动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，很少在实际当中使用。
2.2.2斜坡恒流软启动
这种启动方式是在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至启动完毕。
在启动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。
电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。
该启动方式是使用最多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载的启动。
2.2.3阶跃启动
开机时以最短时间使启动电流迅速达到设定值，即为阶跃启动。
通过调节启动电流设定值，可以达到快速启动的效果。
2.2.4脉冲冲击启动
在启动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流启动。
该种方式在一般负载中较少使用，适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。
3对2008年启动和保护方式的展望
2008年的电动机启动将以电子式软启动方式为主，同时适当采用变频启动，高压启动还要逐步推广使用新型的液态电阻减压启动，新建工程中将基本淘汰硬启动，对原有的部分硬启动要根据实际情况来作出维护和改造计划，条件成熟时要逐步以软启动器替代。
3.1软启动和传统减压启动方式的比较
笼型电动机传统的减压启动方式有星——三角启动、自耦减压启动、电抗器启动等。
这些启动方式都属于有级减压的硬启动，存在明显缺点，即启动过程中出现二次冲击电流。
软启动和传统减压启动方式的不同之处如下。
3.1.1无冲击电流
软启动器在启动电动机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电动机启动电流从零线性上升至设定值。
3.1.2恒流启动
软启动器可以引入电流闭环控制，使电动机在启动过程中保持恒流，确保电动机平稳启动。
3.1.3启动电流的调节
根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的启动电流。
3.1.4实现软停车
电动机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，但在许多使用场合中，不允许电动机瞬间关机。
如为高层建筑大楼供水的水泵系统，如果瞬间停机就会产生巨大的“水锤”效应，使管道甚至水泵遭到损坏。
为减少和防止“水锤”效应，需要电动机逐渐缓慢停机，即软停车。
在泵站中，采用软启动器能满足这一要求，使用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。
软启动器中的软停车功能是晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。
停车的时间根据实际需要可在0~120s之间调整。
3.1.5实现轻载节能
笼型异步电动机是感性负载，其运行中的电流滞后于电压。
如电动机工作电压不变，处于轻载时的功率因数较低；处于重载时，则功率因数较高。
软启动器能实现在轻载时，通过降低电动机端电压，提高功率因数，减少电动机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则自动提高电动机端电压来确保电动机正常运行。
3.2软启动的保护功能
软启动的保护功能比传统硬启动器的保护功能好很多。
3.2.1过载保护功能
软启动器引进了电流控制环，因而可以随时跟踪检测电动机电流的变化状况。
通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电动机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。
3.2.2缺相保护功能
工作时，软启动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。
3.2.3过热保护功能
通过软启动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。
3.2.4其它功能
软启动器和其它保护元件组合，可以实现堵转保护等功能。
另外，通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它各种联锁保护。
3.3软启动MCC控制柜
MCC（MotorControlCenter）控制柜，即电动机控制中心。
软启动可以方便地组成MCC控制柜，它由以下几部分组成：
①输入端的断路器；②软启动器（包括电子控制电路和三相晶闸管）；③软启动器的旁路接触器；④二次侧控制电路（完成手动启动、遥控启动、软启动及直接启动等功能的选择和运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示。
大多数软启动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：
①控制柜具有两种启动方式（直接启动、软启动）；②软启动结束，旁路接触器闭合，使软启动器退出运行，直至停车时再次投入。
这样既延长了软启动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软启动器中的晶闸管发热损耗。
3.4软启动MCC控制柜的扩展功能
将软启动MCC控制柜进一步加以组合，可以实现多种复合功能。
将两台控制柜加上控制逻辑，可以组成“一用一备方案”，用于大楼的消防系统和喷淋泵、生活泵等系统。
如果配上PLC（可编程序控制器），则可以实现消防泵定时（如半个月）自动检测，定时自动关闭；加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统检测运转是否正常实施监控。
在平时，定时低速低水压（不出水）运行；在灭火时，则实施全速满载运行。
将若干台电动机加上控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其它专用系统，按需要量逐次打开各台电动机，也可逐次减少电动机，实现最佳效率运行。
还可以根据客户要求，实现多台电动机每次自动转换运行，使各台电动机都处于同等的运行寿命期。
3.5软启动器的使用场合
笼型异步电动机原则上凡运行中不需要调速的各种使用场合都可适用。
目前的使用范围是交流380V（也可660V），电动机功率从几kW到800kW；软启动器特别适用于各种泵类或风机类负载，需要软启动和软停车的场合；同样对于变负载工况，电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，使用软启动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果，当然，这种情况下使用变频器来启动则节能效果更为显著。
软启动器国外主要品牌有施耐德、西门子、ABB、AB等，国内主要品牌有西安西普、上海雷诺尔等，到2008年将有许多新型的产品得到推广使用，如上海雷诺尔的JJR5系列正在逐步替代JJR1、JJR2等系列产品，而新产品的功能也将越来越完善。
3.6高压液态电阻减压启动
高压液态电阻减压启动的方式已在近年来得到了广泛的使用，但它又有了新的发展，其产品的性能也得到了不断的改进。
3.6.1QXQ-S高压鼠笼（含绕线）电动机液阻调速装置
液态（液阻、水电阻）启动高压鼠笼电动机技术和高压变频器、开关变压器式软启动及传统高压电抗器软启动，相比较具备很强的竞争优势。
主要表现在智能控制技术成熟、维护少、价位低。
以往的高压鼠笼电动机启动设备虽然可实现软起软停，但缺点是均解决不了频繁软启/停和工作中的节能调速运行，这主要是因为耐压、绝缘、温升、自动控制等问题难以解决。
3.6.2QXQ—S系列调速装置的调速性能特点
（1）主要由液阻系统、冷却系统、自控系统、执行机构等部分组成。
（2）节能率可达20%~50%，可现场操作,又可远距离控制，可实现和计算机的通讯，运行安装机动灵活。
（3）继电器型、PLC型、单片机控制型三种类型的调速器,各具特色，也可满足不同行业客户的需要。
和其它调速方式相比具有卓越的性能，操作简单、运行可靠、维护方便等优点。
（4）兼有液体电阻启动器软启动、软停车功能，可直接方便的启动电动机，特别是高压鼠笼电动机。
（5）广泛用于钢铁、石化、冶金、电力、建材、水利，粮食加工。
制药等行业的风机、水泵、磨机、轧钢等电动机的调速，其电气性价比变频器高。
2008年，高压电动机的启动仍然配合机械设备采用的液力耦合调速装置为基础，以常规的液态电阻和变频器启动为根本，逐步推广QXQ—S系列高压鼠笼（含绕线）电动机液阻调速装置；高压电动机的保护将全面采用功能齐全的微机保护，使新产品能得以广泛使用。
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