浅谈笼型感应电动机的启动方式
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摘要：阐述笼型感应电动机全压启动的优缺点，用简便计算及表方法列明全压启动时配电系统的压降，并对全压启动和各种降压启动的特点进行分析比较。本文对一般工业企业中通用的风机、水泵的启动方式作了简要分析。
关健词：笼型感应电动机;启动方式;全压启动;降压启动
中图分类号：TM32文献标识码： A
一般工业企业中，许多动力设备采用笼型感应电动机拖动，选择恰当的启动方式，对电气系统投资、安全运行、维护保养、节能等有重要的意义。笼型感应电动机的启动方式分为全压启动、降压启动、变频启动等，本文对各种启动方式的特点进行简要分析，以利选择。
一、全压启动
1、全压启动的特点及技术要求
全压启动是电机主要的启动方式之一，该方式是用额定电压直接启动电动机，因此也称为直接启动。全压启动具有启动力矩大、启动时间短、启动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。为了能够利用这些优点，目前设计制造的笼型感应电动机都按全压启动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。
全压启动的主要问题是启动电流大，笼型感应电动机的启动电流一般为额定电流的4-7倍，如果电动机的功率较大，达到与为其供电的变压器容量相近时，电动机的启动电流将会引起配电系统的电压显著下降，直接影响到接在同一台变压器或同一条供电线路上的其他电气设备的正常工作，因此在设计规范中，对电动机启动引起配电系统的压降有明确规定：“交流电动机启动时，其端子上的计算电压应符合下列要求：
（1）电动机频繁启动时，不宜低于额定电压的90%，电动机不频繁启动时，不宜低于额定电压的85%。
（2）电动机不能与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器，且不频繁启动时，不应低于额定电压的80%。
（3）当电动机由单独的变压器供电时，其允许值应按机械要求的启动转矩确定。
对于低压电动机，还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压；对于自设变压器的用户，较容易满足上述电压波动值的限制，一般都允许全压启动。
随着配电变压器容量的不断增大，电动机的启动电流占变压器额定电流的比例越来越小，采用全压启动的电动机也就越来越多。
2、电动机启动时的压降及允许全压启动的电动机最大功率
为控制电动机启动时配电系统的压降，需要进行压降的分析与计算。如果电动机的电源是从变电所低压柜以专线放射式引来，电动机启动引起配电系统的压降就接近变压器出线端的压降，而造成此压降的主要因素是变压器的内阻抗，其表现形式是变压器的阻抗电压百分数UK%。根据电动机的启动电流、变压器容量及其阻抗电压百分数，可以估算电动机启动时配电系统的压降，以便预估电动机是否可以全压启动，可按下式估算：
Kmst・Pm+Pa
Ust=Uk%（1）
Sm
式中：Ust……电动机启动时配电系统的压降百分数；
Kmst……电动机启动电流倍数（启动电流与额定电流之比）；
Pm……电动机额定功率（kw）；
Sm……变压器的额定容量（KVA）；
Pa……变压器带的其他负荷（KW）;
Uk%……变压器阻抗电压百分数。
（1）式称作估算，是因为忽略了一些次要的因素，如母线及开关上的压降等，而且将有功功率与视在功率混算，有误差，但误差很小，能够满足工程设计的精度要求。
假设Kmst=7,Pa=0.7 Sm，Uk%=4.5,代入（1）式并移项得
Pm Ust-3.15
=
Sm3.15
二、降压启动
当电动机全压启动将引起配电系统的压降过大，或者在某种情况下规范不允许采用全压启动时，可采用降压启动。
根据电动机启动电流与其端电压成正比的关系，采用降低电机端电压的办法来减小启动电流，从而减小配电系统的压降，简称降压启动。降压启动的方法较多，但主要使用的有星三角启动与自耦变压器降压启动。
1自耦变压器降压启动
自耦变压器降压启动是将其原边接供电电源，副边接到电动机定子绕组上，待电动机启动到转速基本稳定时，再切除自耦变压器，将电动机定子绕组直接接入供电电源，电动机在全电压运转。
这种启动方法对电动机本身来说，降低了电动机的启动电压和启动电流，仍符合电流与电压成正比，转矩与电压的平方成正比这个规律，假若自耦变压器的抽头变比为1:2，则电动机的启动电压和电流都降到全压启动的一半，启动转矩降低到全压启动的1/4。
2星三角换接降压启动
星三角换接启动是先将电动机的定子绕组接星形启动，待电动机转速基本稳定时，再换接成三角形转入正常运行。星形连接同三角形连接相比，电动机绕组的端电压和绕组中的电流降低到1/,电动机的转距降低到原来(1/)2,即1/3。电动机星形连接时，绕组中的电流即配电系统中的电流。三角形连接时，电动机绕组中的电流是相电流，而配电系统中的电流是线电流，相电流是线电流的 1/。这样，电动机的星形连接与三角形连接相比，其启动电流对配电系统而言下降了1/3。自耦变压器可以转换抽头来改变其变化，从而可以根据配电系统中的压降限制及负载的转矩要求，选择自耦变压器与电动机连接的抽头，比星三角换接灵活。
三、变频启动
变频启动是在变频调速系统中，用逐步提高电动机定子绕组的供电频率来提高电动机的速度。这种启动方式也降低电动机的端电压和启动电流。
因为变频调速改变了异步电动机的同步转速，保持了电动机的硬机械特性，与其他启动方式相比，启动电流小而启动力矩大，对设备无冲击力矩，对电网无冲击电流，既不影响其它设备的运行，又有最理想的启动特性。
四、水泵启动方式选择
在一般工业企业里，水泵多为笼型感应电动机拖动的离心泵。它的启动也是要求电动机的启动转矩大于阻转矩，且配电系统的电压降不超过允许值。
水泵启动的阻转矩主要是由水的静压、惯性、管道阻力、水泵的机械惯性和静摩擦等构成。水的阻力、水泵的机械惯性阻力均与水泵的转速、加速度及叶轮直径有关，速度低时阻力小。因水泵的叶轮直径不大，机械惯性小，启动阻力小。
五、风机的启动
一般工业企业采用的风机，多数为笼型感应电动机的离心风机（轴流风机），其启动阻转矩与离心式水泵类似，阻转矩都与转速成正比，所以有的工程技术员将离心式风机与水泵同样对待。实际上，它们还是有区别的。首先，风机与水泵的结构不同，对于高扬程水泵，有多级结构，叶轮直径小；而风机就很少有多级的，且叶轮直径大，其转动惯量比水泵大得多，启动时的机械惯性阻转矩也大得多。如果风机不关风阀启动，将因空气升能、管道阻力，摩擦阻力等因素，致使风机启动比水泵启动困难，启动加速的时间较长。
近来，有的采用电子线路型热继电器，其动作电流和动作时间均可任意整定，可以躲过启动电流，省去可专门用去启动的接触器，简化了风机的启动电路。
六、结束语
综上所述，在选择笼型感应电动机的启动方式时，首先考虑选择全压启动，不得已时才采用降压启动等其他方式。如果把可以采用全压启动的电动机，采用可降压启动，无疑是一种浪费，又增多了故障。这是一个量大面广的问题，如能引起设计单位和使用单位的重视，选择正确的电动机启动方式，即可以节约投资，又可以减少故障，起到非常重要的作用。