電動機啟動方法分析與選擇準則

1.序言
        電動機直接啟動的電流一般為6到8倍的額定電流，尤其是大型電動機啟動時，會造成母線電壓降低，嚴重情況下造成接觸器脫扣，影響連續生產，造成巨大的經濟損失。當前降壓啟動有星三角啟動，自耦變壓器降壓啟動，電容器啟動，軟啟動器啟動多種方式，本文對這些方式的優缺點進行分析，給出了選擇的相關準則。
2.全壓啟動準則
        符合下列條件應選擇全壓啟動，否則選擇降壓啟動：
（1）母線電壓符合下列要求
第一是電動機頻繁啟動時不應低于系統標稱電壓的90%，電動機不頻繁啟動時不宜低于標稱 電壓的85%。
第二是配電母線上未接照明負荷或其他隊電壓下降敏感的負荷且電動機不頻繁啟動時，不應低于標稱電壓的80%。
第三是配電母線上未接其他設備時，可按保證電動機啟動轉矩的條件決定，對于低壓電動機，還應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。
( 2 ) 被拖動的機械可以承受全壓啟動的沖擊轉矩
       下表給出了用電源容量估算的可全壓啟動的電動機最大功率，如果精確計算不方便的話，可以用下表進行估算。
3.降壓啟動準則 
降壓啟動方式選擇的準則如下：
（1）啟動時電動機機端電壓滿足傳動機械的啟動轉矩---這是對機端電壓的要求
Ustm為電動機機端電壓，Mj為傳動機械的靜阻轉矩相對值，Mstm為電動機啟動轉矩相對值。
典型傳動機械的靜阻轉矩如下表所示，其中皮帶運輸機和球磨機，破碎機的靜阻轉矩都大于額定轉矩，一般都會采用其他方法降低靜阻轉矩，例如球磨機，一般采用液力耦合器降低靜阻轉矩，啟動以后慢慢加載，皮帶電機一般是采用液力耦合器或者CST可控啟動和傳動裝置。
( 2 )低壓電動機，還應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓---這是對母線電壓的要求。
4.降壓啟動方法
4.1 星三角降壓啟動
       啟動電壓為0.58Ue，啟動電流為0.33Ist，啟動轉矩為0.33Mst（Ist為電動機全壓啟動電流，Mst為全壓啟動轉矩）。
優點：啟動電流小，設備投入低，允許啟動次數高。
缺點：啟動轉矩小，且二次沖擊電流比較大，電流如下圖，從星型轉換到角型時，有比較大的二次沖擊電流。
        適用范圍：適用于定子繞組接線為角型且有6個引出端子的中小型電機。
接線原理圖如下所示：
4.2 自耦變壓器降壓啟動
        啟動電壓為0.8Ue（或者0.65Ue，低壓自耦變壓器例如QZB-J系列，有兩個分接頭），啟動電流為0.64Ist（0.42Ist），啟動轉矩為0.64Mst（0.42Mst）。
優點：啟動電流小，啟動轉矩大，性價比高。
缺點：設備價格高(55kW的大概1000元)，自耦變壓器帶載能力比較差，只允許連續啟動2次到3次，最長啟動允許時間為40s到100s。例如QZB-J系列自耦變壓器繞組內置熱敏電阻，可以串接到二次控制回路中用于切斷控制回路，防止變壓器燒毀。
適用范圍：啟動轉矩要求較高且有一定預算的用戶。
接線原理圖如下：
5.電容器補償啟動
       電動機在啟動時視在功率非常大，但是功率因數很低(根據經驗公式在0.26到0.35)，主要是無功功率，例如電動機JS127-6，額定功率為185kW，啟動容量為1.25MVA，按照啟動功率因數0.35計算，啟動時無功功率為1.17MVA，因此電動機就地進行電容器補償，可以降低啟動時的無功功率，進而降低啟動電流。
       電容器補償啟動有兩種方案，方案一是補償電容器在啟動和正常運行時都投入，這樣補償電容器可以在電動機正常運行時進行無功補償，降低損耗。方案2是電容器只在啟動過程中投入，啟動完玩后退出。
       方案1的優點是電容器不需要專門的接觸器（電容投切的接觸器價格比較高），控制回路簡單，缺點是因為不允許過補償(過補償可能導致機端電壓過高，影響電動機絕緣) ，因此需要按照空載時無功功率進行補償，根據經驗值，一般電動機空載無功功率為滿載的50%,需要按照這個指標進行電容器容量選擇，這樣實際上補償功率很小，例如Y315L1-4電動機，功率為160kW，功率因數為0.89，啟動容量為1.29MVA，額定無功功率為86.7kvar，選擇的補償電容功率為43.35kvar，補償容量只占啟動容量的3.3%，補償電容對啟動時電壓降的影響很小。此種方式適用于電動機功率因數低，啟動倍數比較小的情況
       方案2的優點是可以按照啟動容量來選擇，保證啟動時的電壓降滿足要求，這個需要進行實際計算，太小則啟動電壓降無法降低，太大的話，切斷補償電容，會造成母線電壓的二次擾動；啟動完成后電容一定要切除，否則會造成過補償。一般按照啟動容量的一半選擇啟動電容。這要求針對補償電容器的裝置增加專門的智能控制裝置，實時監測母線電壓，合適的時機切除電容。
方案2接線原理圖如下所示（方案1是在電容器前端加接觸器），電容器需要接成三角形,這種接線要求補償電容器內置放電電阻，保證斷電后電容器電壓降低到50V以下。
6. 總結

      本文主要介紹了全壓啟動和降壓啟動的選擇準則，并對星三角，自耦變壓器降壓啟動進行了分析，并介紹了應用中不太關注的電容器補償啟動，還有其他的啟動方式，比如軟啟動器，變頻啟動等，這些投資都比較高，不需要太多分析。