摘 要:介紹了異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式及其不足，重點(diǎn)敘述了軟起動(dòng)技術(shù)的工作原理、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:異步電動(dòng)機(jī);起動(dòng)技術(shù);軟起動(dòng)技術(shù)
1 異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)限制
異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)方式也受到許多限制，主要表現(xiàn)在下列三個(gè)方面:
(1)起動(dòng)電流可大到電動(dòng)機(jī)額定電流的4-7倍，部分國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流實(shí)際測(cè)量甚至高達(dá)8-12倍。如果直接起動(dòng)較大的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流將造成電網(wǎng)電壓顯著下降，影響同一電網(wǎng)其它電氣設(shè)備和電子設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將使部分設(shè)備因電壓過(guò)低而退出運(yùn)行，甚至使電力線路繼電保護(hù)裝置過(guò)流保護(hù)動(dòng)作而跳閘，使線路供電中斷。
(2)直接起動(dòng)會(huì)使被拖動(dòng)的工作機(jī)械受到機(jī)械性沖擊，對(duì)于水泵性負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)葉片、軸承、拍門(mén)等造成軟性損傷及硬性損傷是較為常見(jiàn)的，甚至?xí)蛩鲗?duì)管道的沖擊力過(guò)大而產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘效應(yīng)損壞設(shè)備。
(3)直接起動(dòng)要求供電變壓器容量較大，而對(duì)農(nóng)田排灌泵站供電的變壓器容量往往達(dá)不到直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)容量的要求。
2 異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)方式
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(jī)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)及軟起動(dòng)等方法。
(1)星形/三角形起動(dòng)器是降壓起動(dòng)器中結(jié)構(gòu)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(xiàn)在:
①無(wú)法控制電流和轉(zhuǎn)矩下降程度，這些值是固定的，為額定值的1/3。
②當(dāng)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(xiàn)較大的電流和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)。這將引起機(jī)械和電氣應(yīng)力，導(dǎo)致經(jīng)常性故障的發(fā)生。
(2)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(jí)升高的，所以其性能受如下限制:
①電壓的階躍性變化(分級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生)引起較大的電流和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，同星形/三角形起動(dòng)器性能限制“2”一樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)械、電氣經(jīng)常性故障的發(fā)生。
②有限的輸出電壓種類(lèi)，限制了理想起動(dòng)電流的選擇。因?yàn)樽择钭儔浩魇狡饎?dòng)器控制是使用較額定電壓低的電壓級(jí)別進(jìn)行降壓起動(dòng)，它控制的電機(jī)參數(shù)為電壓而非電流，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí)，起動(dòng)電流曲線將顯著偏離設(shè)計(jì)理想曲線，從而惡化起動(dòng)性能，設(shè)備在較差的工況下將大大縮短使用壽命，增加維護(hù)成本。
(3)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(zhuǎn)換分接頭來(lái)進(jìn)行分級(jí)起動(dòng)，但當(dāng)級(jí)數(shù)較多時(shí)，勢(shì)必增加控制系統(tǒng)的復(fù)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(jí)間。這樣，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、電流等主要電量參數(shù)在分級(jí)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)隨著電阻的溫度變化，在停止到再起動(dòng)過(guò)程中需經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間冷卻過(guò)程。
③負(fù)載較大或起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)合下的運(yùn)行特性變壞，原因是電阻值隨著電阻器溫度的變化而變化。
④在負(fù)載大小經(jīng)常變化的應(yīng)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。
(4)軟起動(dòng)技術(shù)。
軟起動(dòng)技術(shù)是在晶閘管斬波技術(shù)的基礎(chǔ)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(diào)節(jié)。在50Hz正弦波每個(gè)半周內(nèi)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(jù)晶閘管特性，在觸發(fā)脈沖結(jié)束后，晶閘管將在半周內(nèi)剩余時(shí)間維持導(dǎo)通，直至電壓再次過(guò)零，這樣只要調(diào)節(jié)VT1觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間，則輸出電壓u0將會(huì)在0-100%輸入電壓(ui)內(nèi)得到調(diào)節(jié)。如果將晶閘管斬波調(diào)壓技術(shù)應(yīng)用于三相電源，再加入現(xiàn)代電子技術(shù)如單片機(jī)控制技術(shù)等即可制成軟起動(dòng)器，從而在大型交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)上得以應(yīng)用。
3 軟起動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用
在線式控制軟起動(dòng)系統(tǒng)和旁路切換式軟起動(dòng)系統(tǒng)。在線式控制軟起動(dòng)系統(tǒng)采取“一帶一”方式，即每一臺(tái)負(fù)載電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)由相應(yīng)的軟起動(dòng)器來(lái)完成，選用長(zhǎng)期工作制的軟起動(dòng)器，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)—運(yùn)行—停止的全過(guò)程控制，并且主接線及控制系統(tǒng)均很簡(jiǎn)捷。
旁路切換式軟起動(dòng)系統(tǒng)是多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用同一臺(tái)軟起動(dòng)器。當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，旁路接觸器吸合將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為電網(wǎng)供電脫開(kāi)軟起動(dòng)器直接運(yùn)行，這樣軟起動(dòng)器在完成一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)后可以再控制另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。旁路切換式軟起動(dòng)系統(tǒng)在控制電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)較多時(shí)可以大大降低系統(tǒng)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及整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。
隨著科技水平的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制機(jī)理和技術(shù)指標(biāo)要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備已無(wú)法滿(mǎn)足各行業(yè)的需要。近年來(lái)，隨著軟起動(dòng)設(shè)備逐步國(guó)產(chǎn)化，將使軟起動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用成為今后大型鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的主流，并將最終取代傳統(tǒng)的起動(dòng)方式，在排灌站水泵控制上得到全面的推廣。
參考文獻(xiàn)
[1]周成禮.應(yīng)用于交流異步起動(dòng)電機(jī)的L源逆變器研究[D].南京航空航天大學(xué)，2008.
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