电动机的启动方式可分为直接启动、降压启动和软启动三种方式。
异步电动机直接启动的主电路如图 1-4所示。图中的主要元件有:三相鼠笼异步电动机M;热继电器的发热元件FR;主接触器KM;熔断器FU;电源开关QS。电源由L 1 、L 2 和L 3 引入,将电源开关QS合上,三相交流电就到达接触器KM主触点的上方。当控制线路使接触器的主触点闭合时,三相交流电经过热继电器的发热元件FR后到达三相交流异步电动机,使异步电动机通电启动运行。若控制线路使接触器的主触点断开,则异步电动机断电,停止运转。
图 1-4 电动机刀开关直接启动电路
直接启动的优点是所需设备少、启动方式简单、成本低;缺点是启动电流大,引起供电系统电压波动。
电动机直接启动的电流是正常运行的 5倍左右,理论上来说,只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的 5倍以上的,都可以直接启动。直接启动适用于电动机容量在 10kW以下,并且电动机容量小于供电变压器容量的 20%的场合。
直接启动可以用胶盖刀闸、铁壳开关、空气开关(断路器)等实现电动机的近距离操作、点动控制,速度控制、正反转控制等,也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。
对于大容量的电动机来说,一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件;另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机,影响电动机的使用寿命,对电网不利,所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机,都必须采用降压启动。
小型电动机直接启动的控制方式比较多,如点动控制、长动控制(连续运行控制)、利用电磁启动器正反转控制等。
电动机降压启动主要有 -△降压启动、自耦变压器降压启动和转子串电阻启动三种方式。
1) -△降压启动
定子绕组为△连接的电动机,启动时接成 ,速度接近额定转速时转为△运行。采用这种方式启动时,每相定子绕组降低到电源电压的 58%,启动电流为直接启动时的 33%,启动转矩为直接启动时的 33%。所以启动电流小,启动转矩小。
-△降压启动的优点是不需要添置启动设备,有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现;其缺点是只能用于△连接的电动机,大型异步电机不能重载启动。
2)自耦变压器降压启动
采用自耦变压器降压启动,电动机的启动电流及启动转矩与其端电压的平方成比例降低,相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转。例如,启动电压降至额定电压的 65%,其启动电流为全压启动电流的 42%,启动转矩为全压启动转矩的 42%。
自耦变压器降压启动的优点是可以直接人工操作控制,也可以用交流接触器自动控制,经久耐用,维护成本低,适合所有的空载、轻载启动异步电动机使用,所以在生产实践中得到广泛应用。其缺点是人工操作要配置比较贵的自耦变压器箱(自耦补偿器箱),自动控制要配置自耦变压器、交流接触器等启动设备和元件。
3)串电阻降压启动
绕线式三相异步电动机,转子绕组通过滑环与电阻连接。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了,减小了转子绕组的感应电流。从某个角度讲,电动机又像是一个变压器,二次电流小,相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕组电流就相应减小。根据电动机的特性,转子串接电阻会降低电动机的转速,提高转动力矩,有更好的启动性能。
在这种启动方式中,由于电阻是常数,将启动电阻分为几级,在启动过程中逐级切除,可以获取较平滑的启动过程。
转子串电阻或频敏变阻器虽然启动性能好、可以重载启动,但由于用适用于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机,所以只是在启动控制、速度控制要求高的各种升降机、输送机、行车等行业使用。
电动机软启动方式主要有软启动器启动和变频器启动。
1)软启动器启动
软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电动机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管交流调压器。运用不同的方法改变晶闸管的触发角,就可以调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个启动过程中,软启动器的输出是一个平滑的升压过程,直到晶闸管全导通,电动机在额定电压下工作。
软启动器的优点是降低电压启动,启动电流小,适合所有的空载、轻载异步电动机使用。其缺点是启动转矩小,不适用于重载启动的大型电动机。
2)变频器启动
通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称为“变频器”。该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电(AC)。变频器同时改变输出频率与电压,使电动机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电动机以较小的启动电流,获得较大的启动转矩,即变频器可以启动重载负荷。
变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能,价格贵但性能良好,内部结构复杂但使用简单。变频器可以改变初始输出频率,如从 0Hz开始输出频率,逐渐提升至 150Hz,从而使启动电流减小,但是变频电动机无法重载启动。