发布于 05-31 23:30:37
三相笼形异步电动机，由于起动电流达额定电流的5－7倍，大功率电机起动时会造成很大的电压降，从而影响其它电气设备的正常使用。因此一般当频繁起动的电动机功率达到变压器容量的20%以上，偶尔起动的电动机功率达变压器容量的30%以上，就要采取限制起动电流的措施。
限制起动电流可采用降低电压起动及变频起动，由于变频器价格太高，对一些不需调速运行的电动机而言，用变频起动真有点大材小用，所以一般采用不多，当然土豪除外，目前还是主要采用降压起动。
电动机额定电压起动时的起动电流
Is=U/Z
U……电动机额定电压
Z……电动机绕组等效阻抗
电动机降低电压后，起动电流也成比例降低。
Ux=kU
Ux……降压起动时的电压
k……降压比（降压系数）
k=Ux/U
降压起动电流Ix=Ux/Z=kU/Z=kIs
Is……电动机额定电压起动时的起动电流
可见电压降低多少比例，起动电流也降低多少比例，都是乘以k。
又由于电动机的输出转矩与电压的平方成正比，因此有
Tx=k²Ts
Tx……降压后的起动转矩
Ts……额定电压起动的转矩
可见降压后的起动转矩减小了降压比的平方数，转矩降低的幅度比起动电流降低的幅度大得多。降压起动是以牺牲起动转矩为代价的，因此任何降压起动都只能在空载或轻载的情况下进行。
衡量一种起动方法性能优劣的主要指标，就是起动转矩尽可能大，而起动电流尽可能小。
目前降压起动方法主要有自耦变压器、星三角、串联电阻或电抗起动及软起动等多种。
自耦变压器起动
原理如图
它是利用自耦变压器来降压，降压比一般有两种，变压器输出设置65%抽头与80%抽头。
起动时接触器KM2、KM1先后吸合，电动机得到的电压是自耦变压器T输出的电压，起动结束后，KM2、KM1先后释放，接触器KM3吸合，电动机接入额定电压运行。
自耦变压器的输出电流Isx，就是电动机的降压起动电流，满足
Isx=kIs
但由于有变压器的降压作用，电源提供的电流
I=kIsx=k²Is
这比前面提到的Ix=kIs更小，就是说用自耦变压器起动，电源提供的起动电流，比电动机的起动电流又减小了k倍。所以又把自耦变压器起动称为补偿器起动，它补偿了一部分电流给电动机，使电源提供的电流进一步减小，这是自耦变压器起动的最大优点，就是电源提供的起动电流不是kIs而是k²Is（k<1），简单地说就是同样的降压比可以获得更小的起动电流。
自耦变压器起动的另一个优点，是可以实现闭路转换。如上图当起动结束，1KM与2KM释放后，3KM才吸合，这叫开路转换。就是电动机从降压状态转为额定电压状态时，中间有断电间歇，这会造成第二次接入电源，引起二次涌流，2KM分断时也会有很大弧光，使2KM寿命降低。电动机在接入电源的瞬间（持续时间约0.1S）会产生很大的冲击电流，也称合闸涌流，往往达到起动电流的2倍。
如果断开1KM后，不断开2KM，电动机将串联部分变压器绕组依然与电源接通，然后3KM吸合，再让2KM释放，这就是闭路转换。好处是转换过程不断电，不会产生二次涌流，2KM分断时无电流。
自耦变压器起动的缺点，就是要用一台变压器，成本高，起动柜重量大。
星三角起动
星三角起动是最简单成本最低的降压起动法，就是把原是三角形连接的电动机绕组接成星形，使绕组电压从380V降为220V起动，起动结束后再恢复三角形连接运行。
如图是电动机绕组的两种接法，左边是三角形右边是星形，Z表示电动机绕组等效阻抗，线电压用Uab表示，相电压用Uan表示，线电流分别用I△、IY表示。
这与自耦变压器起动的I=k²Is是一样的，这也说明星三角起动时，起动电流的减小幅度与自耦变压器起动相同都是k²倍，也就是起动性能基本一致。但星三角起动不需要变压器，这是它的最大优点。
星三角起动，起动电流是额定电压起动时的三分之一，起动转距也是额定电压起动时的三分之一。
星三角起动如何实施？先了解电机接线盒内三相绕组6个引出端的编号如图
星形接法与三角形接法的连接情况如图
控制电路如图1
实物图如下
星三角起动的缺点，一般只能开路转换，如要闭路转换，需增加过渡电阻。
延边三角形起动
延边三角起动是在星三角起动基础上发展而来，为了提高起动转矩，把电动机绕组一部分接成三角形，在三角形的角上留下一部分绕组，就象三角边延长了一样而得名。如图
延边三角起动虽然提高了一点起动转矩，但是以增加起动电流为代价的。而且电动机要有9个引出线端，笔者只在以前的JO系列电动机上遇到过9个出线端，采用延边三角起动的电机，在Y系列电机上没有见过这种电动机。
实际上Y系列电机比JO系列电机，在额定起动转矩上已提高30%，用星三角起动的起动转矩就已达到了JO电机用延边三角起动的起动转矩，所以延边三角起动基本已被淘汰。
串联电阻或电抗起动 如图
起动时接触器KM1先吸合，在电动机线路中串联电阻R或电抗，电阻或电抗的电压降，使电动机端电压降低，起动结束后接触器KM2吸合，转换到额定电压运行。起动时满足以下公式
Ux=kU，k=Ux/U，Ix=kIs
Ux……降压起动时的电压
U……电动机额定电压
k……降压比（降压系数）
Ix……降压起动时的电流
Is……额定电压起动时的电流
串电阻或电抗起动，起动电流只减小k倍，而不象自耦变压器与星三角起动那样可减小k²倍（k<1）。也就是说在获得同样大小的起动转矩情况下，串电阻或电抗起动的电流要比自耦变压器与星三角起动电流大得多。例如同样是把绕组电压降低到220V起动，降压比是1/√3，那么串电阻或电抗起动的电流Ix=kIs=Is/√3，而星三角起动是IY=k²I△=I△/3。如果一台电动机额定电流40A，额定电压起动电流为280A，用串电阻起动电流为161.66A，用星三角起动电流为93.33A，两者相差√3倍，而此时两者的起动转矩是相同的，都满足Tx=k²Ts，都是额定电压起动转矩的三分之一。
如果要求两者的起动电流一样，那么串电阻或电抗起动，势必要采用更低的起动电压，从而使起动转矩更小。
根据Ix=kIs，k=Ix/Is=93.33÷280=0.33
那么Tx=k²Ts=0.33×0.33Ts=0.11Ts
可见如果把串电阻或电抗起动的电流限制在与星三角起动电流相同的93.33A，起动转矩只有0.11Ts了，也就是差不多是额定电压起动转矩的十分之一。
这说明串电阻或电抗起动的起动性能，不如星三角与自耦变压器起动，这也就是串电阻或电抗起动采用不多的原因，一般只用在不能采用星三角起动的高压电机上。而串电阻与串电抗相比较，电阻价格低但能耗大，电抗价格高但能耗小。
不过串电阻或电抗起动也有优点，就是它的起动电压是可以自动升高的。电动机起动时随着转速的提升，起动电流是逐渐减小的，那么串联的电阻或电抗上的电压降也就逐渐减小，电动机端的电压就逐渐升高，这个性能非常有利于电机的起动加速，可缩短起动时间，具备了软起动的部分功能。这种特性适合起动拖动风机、水泵的电动机，因为风机水泵的阻转矩是随着转速升高而增加的，在刚起动时要求的起动转矩并不大，随着转速升高阻转矩越来越大，就希望电动机的转矩也能跟着提高。串电阻或电抗起动，起动过程中一般可从额定电压的50%上升到80%，而星三角起动的起动电压固定在220V，约为额定电压的58%，在起动风机、水泵电动机时，常常无法加速到额定转速的80%，不得不提前转换到额定电压运行。
软起动器起动
软起动器实质上是一个晶闸管（可控硅）调压器，串联在电动机电路中如图。
每一相由两只反并联的晶闸管组成，对交流电的正半波与负半波进行相位控制，通俗地说就是把正半波与负半波切掉一块，切掉的面积越大，输出电压越低，理论上输出电压可在零与电源额定电压之间无级调节，它等效于一个可变电阻。这样在起动过程中可以从起动电压开始，逐渐提高电压至额定电压，中间没有转换跳跃，整个起动过程比较平稳柔软，故得名软起动。
由于等效于可变电阻，其起动电流减小的幅度也只有k倍，这一点与串电阻或电抗起动是一样的，就是起动转矩不大，起动电流较大。只是它最终可以无级地把起动电压提升到额定电压，这又是其它降压起动方法无法企及的，这是它的最大优点。
因此软起动器最适合风机、水泵电动机的起动，可以从很小的起动电压开始，逐渐升压使电动机加速，直至分别达到额定电压与额定转速。
但如果把软起动器用在其它场合，那么还不如星三角起动。因为在获得同样大小起动电流的情况下，星三角起动转矩达额定电压起动转矩的三分之一，而软起动器的起动转矩只有十分之一强，那么软起动器就有可能无法把电机起动起来。虽然软起动器可以任意调节起始起动电压，不过是要以增大起动电流为代价的。
软起动器有多种起动方式，如限流起动、电压斜坡起动、转矩控制起动、突跳起动等，但都不能突破Ix=kIs与Tx=k²Ts。
软起动器的缺点是价格高，所有降压起动方法中价格最高，其次是输出电压不是正弦波，会产生大量谐波，对电网干扰大又容易使电机发热。
综上所述，实际上性价比最高的是星三角起动，它以三分之一的起动电流，达到了三分之一的起动转矩。对此只有自耦变压器起动可与它打个平手，但代价是需要一台又贵又重的变压器。有人说自耦变压器可以换接到80%抽头，起动转矩不就超过星三角起动了吗？须知起动转矩的提高是要以增大起动电流为代价的，否则干脆用“100%”抽头不是更好？实际上增大起动电流后，线路电压降也会加大，造成电动机电压下降，又会造成起动转矩减小，这是一个恶性循环怪圈，任何降压起动方法都无法突破，除非用变频起动。
限于篇幅，本文不少地方没有详述，考虑到文章太长，读者可能不会读完，所以尽可能简单地讲清楚题主的问题。如有疑问敬请提出……
