1電動(dòng)機起動(dòng)的現狀

　　三相鼠籠型異步電動(dòng)機因其具有結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維修方便、慣性小、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，在農田排灌中作為電能轉化為機械能的主要動(dòng)力設備而被廣泛采用。但由于其起動(dòng)電流大，對電網(wǎng)的影響和對工作機械（如水泵、拍門(mén)等）的沖擊力都很大，因而在起動(dòng)過(guò)程中必須采取一些技術(shù)措施對起動(dòng)電流和沖擊力（起動(dòng)電磁轉矩）加以合理而有效的控制，實(shí)現比較穩定的起動(dòng)，從而改善系統設備工況，有效延長(cháng)系統壽命，減少故障率的發(fā)生。

　　異步電動(dòng)機的起動(dòng)問(wèn)題，一直為業(yè)內人士所關(guān)注。異步電動(dòng)機的起動(dòng)方式從原理上講只有兩種：直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)。直接起動(dòng)，就是將處于靜止狀態(tài)的電動(dòng)機直接加上額定電壓，使電動(dòng)機在額定電壓作用下直接完成起動(dòng)過(guò)程。直接起動(dòng)轉矩大，起動(dòng)時(shí)間短，起動(dòng)控制方式簡(jiǎn)單，設備投資少，因此在中小型電動(dòng)機的起動(dòng)上得到廣泛的采用。但直接起動(dòng)方式也受到許多限制，主要表現在下列三個(gè)方面：

　�。�1）起動(dòng)電流可大到電動(dòng)機額定電流的4～7倍，部分國產(chǎn)電動(dòng)機的起動(dòng)電流實(shí)際測量甚至高達8～12倍。如果直接起動(dòng)較大的電動(dòng)機，過(guò)大的起動(dòng)電流將造成電網(wǎng)電壓顯著(zhù)下降，影響同一電網(wǎng)其它電氣設備和電子設備的正常運行，嚴重時(shí)將使部分設備因電壓過(guò)低而退出運行，甚至使電力線(xiàn)路繼電保護裝置過(guò)流保護動(dòng)作而跳閘，使線(xiàn)路供電中斷。

　�。�2）直接起動(dòng)會(huì )使被拖動(dòng)的工作機械受到機械性沖擊，對于水泵性負載來(lái)說(shuō)，過(guò)高的起動(dòng)轉矩對葉片、軸承、拍門(mén)等造成軟性損傷（機械變形、疲勞性老化）及硬性損傷（裂紋、斷裂等）是較為常見(jiàn)的，甚至會(huì )因水流對管道的沖擊力（及反作用力）過(guò)大而產(chǎn)生嚴重的水錘效應損壞設備。

　�。�3）直接起動(dòng)要求供電變壓器容量較大，而對農田排灌泵站供電的變壓器容量往往達不到直接起動(dòng)對電網(wǎng)容量的要求。

　　在不允許直接起動(dòng)的情況下，就要采用降壓起動(dòng)的起動(dòng)方式，即降低電動(dòng)機端電壓進(jìn)行起動(dòng)。降壓起動(dòng)一般有星／三角起動(dòng)，定子電路中串接電阻、電抗器起動(dòng)，自耦變壓器降壓起動(dòng)及本文推薦的軟起動(dòng)等方法。

　　星形／三角形起動(dòng)器是降壓起動(dòng)器中結構最簡(jiǎn)單、成本最低的一種，然而它的性能受到限制，主要表現在：

　�。�1）無(wú)法控制電流和轉矩下降程度，這些值是固定的，為額定值的1／3.

　�。�2）當起動(dòng)器從星形接法切換到三角形接法時(shí)，通常會(huì )出現較大的電流和轉矩變動(dòng)。這將引起機械和電氣應力，導致經(jīng)常性故障的發(fā)生。

　　自耦變壓器式起動(dòng)器比星形／三角形起動(dòng)器提供了更多的控制手段，可以通過(guò)變壓器抽頭改變I段起動(dòng)電壓（典型為65％和80％兩擋起動(dòng)分接頭）。然而它的電壓是分級升高的，所以其性能受如下限制：

　�。�1）電壓的階躍性變化（分級轉換時(shí)產(chǎn)生）引起較大的電流和轉矩變動(dòng)，同星形／三角形起動(dòng)器性能限制“2”一樣會(huì )導致機械、電氣經(jīng)常性故障的發(fā)生。

　�。�2）有限的輸出電壓種類(lèi)（起動(dòng)電壓分接頭數量有限），限制了理想起動(dòng)電流的選擇。因為自耦變壓器式起動(dòng)器控制是使用較額定電壓低的電壓級別進(jìn)行降壓起動(dòng)，它控制的電機參數為電壓而非電流，所以當電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負載變化（如排灌站水位落差變化）時(shí)，起動(dòng)電流曲線(xiàn)將顯著(zhù)偏離設計理想曲線(xiàn)，從而惡化起動(dòng)性能，設備在較差的工況下將大大縮短使用壽命，增加維護成本。

　　電阻式起動(dòng)器也能提供比星形／三角形起動(dòng)器更好的起動(dòng)控制。然而它同樣有一些性能、使用上的限制，包括：

　�。�1）起動(dòng)特性很難優(yōu)化。原因是制造起動(dòng)器時(shí)電阻值是確定的，在使用中很難改變，雖然可以通過(guò)轉換分接頭來(lái)進(jìn)行分級起動(dòng)，但當級數較多時(shí)，勢必增加控制系統的復雜性，而制造成本、故障率也將隨之大幅度提高，所以一般電阻式起動(dòng)器均在2～5級間。這樣，加在電動(dòng)機定子繞組上的電壓、電流等主要電量參數在分級起動(dòng)時(shí)仍有很大的波動(dòng)。

　�。�2）頻繁起動(dòng)場(chǎng)合下的起動(dòng)特性不好。原因是在起動(dòng)過(guò)程中電阻值會(huì )隨著(zhù)電阻的溫度變化，在停止到再起動(dòng)過(guò)程中需經(jīng)長(cháng)時(shí)間冷卻過(guò)程。

　�。�3）負載較大或起動(dòng)時(shí)間較長(cháng)的場(chǎng)合下的運行特性變壞，原因是電阻值隨著(zhù)電阻器溫度的變化而變化。

　�。�4）在負載大小經(jīng)常變化的應用場(chǎng)合（如排灌站水位落差變化較大），電阻式起動(dòng)器不能提供理想的起動(dòng)效果。

　　綜上所述，傳統的降壓起動(dòng)設備均有諸多性能限制和使用限制，越來(lái)越難以適應不斷發(fā)展的電動(dòng)機復雜使用場(chǎng)合的起動(dòng)需要。

　　2軟起動(dòng)技術(shù)的工作原理

　　軟起動(dòng)技術(shù)是在晶閘管斬波技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，利用晶閘管斬波技術(shù)進(jìn)行工頻電壓調節在50Hz正弦波每個(gè)半周內固定時(shí)間（過(guò)零延時(shí)t1）給晶閘管VT1門(mén)極以一個(gè)觸發(fā)脈沖，則根據晶閘管特性，在觸發(fā)脈沖結束后，晶閘管將在半周內剩余時(shí)間維持導通，直至電壓再次過(guò)零，這樣只要調節VT1觸發(fā)脈沖出現的時(shí)間，則輸出電壓u0將會(huì )在0～100％輸入電壓（ui）內得到調節。如果將晶閘管斬波調壓技術(shù)應用于三相電源，再加入現代電子技術(shù)如單片機控制技術(shù)等即可制成軟起動(dòng)器，從而在大型三相鼠籠式交流異步電動(dòng)機的起動(dòng)上得以應用。

　　軟起動(dòng)電動(dòng)機時(shí)的電壓、電流特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖2.從電壓特性曲線(xiàn)u＝f（t）可以看出，從起動(dòng)開(kāi)始軟起動(dòng)器給交流異步電動(dòng)機一個(gè)初始電壓Ust（Ust一般在10％～60％Ue間自由調整）并在用戶(hù)設定的起動(dòng)時(shí)間Tst（Tst一般在1～60s范圍內自由設定）內將負載電壓均勻上升到電動(dòng)機額定電壓Ue.由于軟起動(dòng)器自身特有的限流功能，起動(dòng)電流在起動(dòng)期間始終不超過(guò)起動(dòng)限制電流ILIM（ILIM一般在2～5Ie內自由設定）。

　　為了比較起動(dòng)外特性，在此給出了應用中最常見(jiàn)的傳統起動(dòng)方式———自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)的電壓、電流特性曲線(xiàn)。兩級起動(dòng)的兩個(gè)階段均產(chǎn)生很大的起動(dòng)沖擊電流，對電網(wǎng)形成沖擊，而兩個(gè)較大的級落電壓0→Ust與Ust→Ue又會(huì )發(fā)生非常大的轉矩突變，產(chǎn)生機械沖擊。而電動(dòng)機軟起動(dòng)時(shí)無(wú)論在電流曲線(xiàn)還是電壓曲線(xiàn)上看，均已將電沖擊及機械性沖擊減小到最低的程度。

　　3軟起動(dòng)技術(shù)的應用

　　用軟起動(dòng)器組成軟起動(dòng)控制系統可以采取兩種型式：在線(xiàn)式控制軟起動(dòng)系統和旁路切換式軟起動(dòng)系統。

　　在線(xiàn)式控制軟起動(dòng)系統采取“一帶一”方式，即每一臺負載電動(dòng)機的起動(dòng)由相應的軟起動(dòng)器來(lái)完成，選用長(cháng)期工作制的軟起動(dòng)器，可以對電動(dòng)機實(shí)現起動(dòng)—運行—停止的全過(guò)程控制，并且主接線(xiàn)及控制系統均很簡(jiǎn)捷。

　　旁路切換式軟起動(dòng)系統是多臺電動(dòng)機共用同一臺軟起動(dòng)器。當一臺電動(dòng)機起動(dòng)完成后，旁路接觸器吸合將電動(dòng)機轉為電網(wǎng)供電脫開(kāi)軟起動(dòng)器直接運行，這樣軟起動(dòng)器在完成一臺電動(dòng)機的起動(dòng)后可以再控制另一臺電動(dòng)機的起動(dòng)。旁路切換式軟起動(dòng)系統在控制電動(dòng)機臺數較多時(shí)可以大大降低系統成本，而且軟起動(dòng)器均工作在短時(shí)工作制，可以大大降低軟起動(dòng)器的故障率，唯一不足的是增加了主接線(xiàn)及整個(gè)系統的復雜性。

　　隨著(zhù)科技水平的發(fā)展，對電動(dòng)機的控制機理和技術(shù)指標要求越來(lái)越高，傳統的降壓起動(dòng)設備已無(wú)法滿(mǎn)足各行業(yè)的需要。近年來(lái)，隨著(zhù)軟起動(dòng)設備逐步國產(chǎn)化，將使軟起動(dòng)技術(shù)的應用成為今后大型鼠籠型異步電動(dòng)機起動(dòng)方式的主流，并將最終取代傳統的起動(dòng)方式，在排灌站水泵控制上得到全面的推廣。