[推薦]新一代無刷自控電機軟起動器!

        溫州市曙光起動設備有限公司（2）（325604）
摘要：benwenxiancongyibudiandongjiqidongzhuangzhichanshengdeyuanyinhecunzaidewentichufa
，jieshaowushuazikongdianjiruanqidongqideyuanlihejiegoutedian，shuomingwushuazikongdianjiruanqidongqideyoushihedaitiqitadianjiqidongzhuangzhidebiranxing.。
關鍵詞：軟起動器   起動電流   起動轉矩  無刷自控電機   鼠籠電機   繞線電機

1     問題的提出
1．1 社會的發展
隨著生產設備的大型化
，工業領域的球磨機
、破碎機、風機、水泵、打漿機等設備中的電動機容量越來越大。交流電動機以結構簡單、運行可靠、維護方便、價格便宜等特點，得到了廣泛的應用。但：1、起動電流是額定電流的5-7倍，對供電設備、電機及所拖動的機械設備的造成極大的損害。2、起動時因過大的起動電流產生過大的電壓降
，嚴重威脅著鄰近用電設備的安全運行。3、起動轉矩隻有電機額定轉矩的0.4-1.2倍(電機容量越大,起動轉矩倍率越小),對起動轉矩比較大的負載（如球磨機、抽油機等）為了能正常起動電機,必須增加電機容量，造成電機大馬接小車。
1．2 傳統起動設備存在的問題
傳統的鼠籠式異步電動機起動設備（Y-△
、串電阻、串電抗器、自耦變壓器等）
，屬有級降壓起動
，起動控製過程靠時間繼電器等間接控製。起動特性不理想、起動過程變換時產生較大的衝擊電流、起動控製設備複雜、成本高。同時，起動轉矩與起動電流的平方成正比
，當電流降低50%時，起動轉矩降低75%。
繞線式異步電機串電阻多級起動

，能極大地增加電機起動轉矩
、減(jian)少(shao)起(qi)動(dong)電(dian)流(liu)，但(dan)複(fu)雜(za)的(de)起(qi)動(dong)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)，且(qie)起(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)頻(pin)繁(fan)切(qie)換(huan)起(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)，造(zao)成(cheng)多(duo)次(ci)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)。繞(rao)線(xian)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)串(chuan)頻(pin)敏(min)變(bian)阻(zu)器(qi)起(qi)動(dong)
，頻(pin)敏(min)變(bian)阻(zu)器(qi)仍(reng)屬(shu)電(dian)抗(kang)器(qi),起動電流仍達到電機額定電流的3-4倍
，啟動轉矩不足額定轉矩的1.5倍,電壓稍低時，起動困難。同時，繞線式異步電機滑環、碳刷是造成電機運行維護工作量大

、故障率高的根本原因。
1．3 現代的軟起動設備不能滿足用戶的需要
高壓鼠籠式異步電動機液態電阻（熱變電阻）
、磁控電抗器
、固態（晶閘管）軟起動設備，能實現恒電流軟起動電機（因電機起動電流與時間的關係是非線性，僅靠時間根本無法實現恒電流軟起動）。但裝置串聯在電機的定子回路，要承受高電壓。這使得起動裝置體積較大、價格高、運行維護工作量大。同時
，它仍受起動轉矩與起動電流的平方成正比
，當電流降低50%時
，起動轉矩降低75%的影響，起動電流必須大於電機額定電流3倍以上，才能起動輕載電機（對重載電機如球磨機
，該起動方式無效）。
繞(rao)線(xian)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)液(ye)態(tai)電(dian)阻(zu)軟(ruan)起(qi)動(dong)設(she)備(bei)，靠(kao)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)改(gai)變(bian)水(shui)電(dian)阻(zu)極(ji)板(ban)距(ju)離(li)。距(ju)離(li)改(gai)變(bian)的(de)速(su)度(du)需(xu)預(yu)先(xian)設(she)置(zhi)，無(wu)法(fa)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)實(shi)際(ji)負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)。同(tong)時(shi)它(ta)的(de)結(jie)構(gou)複(fu)雜(za)、體積大、價格高，無法克服滑環、碳刷造成的不良影響。
變頻器起動電機，雖具有良好的靜

、動態起動特性（能以1.5倍額定電流、額定轉矩起動電機），起動電流倍數可以在一定的範圍內隨意調節
、實現了恒電流、恒轉矩起動電機的目的。但價格昂貴（高壓電機每KW達到1000元、低壓電機每KW近500元）
、結構複雜、運行維護難度大，如用它起動電機
，目前時機顯然不成熟。
2    無刷自控電機軟起動器工作原理及結構特點
2．1 無刷自控電機軟起動器簡介
無(wu)刷(shua)自(zi)控(kong)電(dian)機(ji)軟(ruan)起(qi)動(dong)器(qi)是(shi)將(jiang)起(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)直(zhi)接(jie)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)轉(zhuan)軸(zhou)上(shang)，利(li)用(yong)電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)離(li)心(xin)力(li)作(zuo)為(wei)動(dong)力(li)
，控(kong)製(zhi)電(dian)阻(zu)的(de)大(da)小(xiao)，達(da)到(dao)減(jian)少(shao)電(dian)機(ji)起(qi)動(dong)電(dian)流(liu)
、增加起動轉矩，使繞線式異步電動機實現無刷自控運行的裝置。它在交流電動機上安裝使用方法如圖1所示。
2．2 無刷自控電機軟起動器工作原理
無刷自控電機軟起動器控製原理如圖2所示

，它與繞線式交流異步電動機轉子串入電阻相當
，即：
人們將S = r1/x1+x2時的轉差率定義為臨界轉差率Slj

，Slj一般在0.06—0.16之間
，此時，電機的轉矩為最大轉矩，電機電流為啟動時電流的0.717倍即5倍額定電流
；隨著電機轉速的升高
，S減少
，電機電流和轉矩均降低。當S=Se時（0.02<S<0.06），電機電流為額定電流時
，產生的轉矩就達到額定轉矩（電機轉子不串入電阻，起動電流達到額定電流7倍以上）。因此，串入電阻rst》（x1+x2）》r1
，為分析問題方便，上述公式簡化為：
起動轉矩：Mst=K1U12S/（rst+r2）  其中：K1=m1/Ω
起動電流：Ist= U1S/（rst+r2）
上式說明：隻要保證電機起動電流恒定，就能保證電機起動轉矩恒定；隻有使起動電阻rs隨S按一定的函數關係變化，才能保證起動電流的基本恒定。
水電阻可以通過改變兩極板間的距離、電dian解jie液ye的de濃nong度du和he溫wen度du方fang便bian地di連lian續xu調tiao節jie，以yi滿man足zu電dian機ji起qi動dong過guo程cheng中zhong，對dui起qi動dong電dian阻zu的de控kong製zhi要yao求qiu。在zai電dian機ji起qi動dong過guo程cheng中zhong，水shui電dian阻zu通tong過guo下xia述shu方fang法fa自zi動dong控kong製zhi：
a） 改變極板的距離：隨(sui)著(zhe)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)的(de)升(sheng)高(gao)
，離(li)心(xin)力(li)加(jia)大(da)，水(shui)電(dian)阻(zu)極(ji)板(ban)距(ju)離(li)逐(zhu)步(bu)減(jian)少(shao)，並(bing)在(zai)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)達(da)到(dao)電(dian)機(ji)額(e)定(ding)轉(zhuan)速(su)經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)延(yan)時(shi)後(hou)
，將(jiang)水(shui)電(dian)阻(zu)極(ji)板(ban)距(ju)離(li)降(jiang)為(wei)零(ling)。
b） 改變水電阻的溫度：水電阻通過電流後溫度自動升高，在水電阻負溫度特性的作用下，電阻逐步減少。
2．3 無刷自控電機軟起動器結構特點
為保證水電阻能在電機轉子上長期免維護運行
，無刷自控電機軟起動器在整體設計上應用了以下技術：
a） 選用具有下述特性的電解液為水電阻：A
、對金屬（銅和鋼）具有防鏽作用；B、通過大電流後，不發生電解液變質、極板腐蝕
、產生氣體的化學反應；C、電解液的冰點為-20℃
，沸點為120℃，以滿足不同環境下安全工作的要求。
b） 起動器采用金屬全密封結構，盡可能減少密封麵數量。對少量密封點（接線柱
、安全排氣閥和放液孔）均采用耐高溫（工作溫度達到250℃），耐老化的四氟乙烯塑料（俗稱塑料王）作為密封和絕緣材料。
c） 設置安全排氣閥
，在電機轉速達到額定轉速後，自動打開排氣閥，保證正常運行時，起動器內部的壓力與大氣壓一致；同時，為避免因電機長時間堵轉
，電解液燒開
、起動器內部壓力升高

，設置了安全閥
，保證電機及起動器的安全。
3    達到的效果
無刷自控電機軟起動器實現了繞線式異步電動機無刷自控運行，避免了繞線式異步電機因存在滑環
、碳刷
，造成運行維護工作量大
、故障率高的缺點，達到了以下效果：
3． 1  提高了電機的起動性能
、可靠性和自適應能力
a) 無刷自控電機軟起動器能以額定電流

、額定轉矩起動電動機，避免了高壓鼠籠式異步電動機液態電阻（熱變電阻）、磁控電抗器
、固態（晶閘管）軟起動設備，起動轉矩與起動電流的平方成正比，當電流降低50%時，起動轉矩降低75%的影響
，起動電流必須大於電機額定電流3倍以上，才能起動輕載電機這一缺點。
b) 無刷自控電機軟起動器起動過程是電機根據本身的轉速自動完成，無需人去幹涉。其它起動裝置一般靠時間繼電器、電流繼電器等間接控製；電機起動結束後
，還要靠人去將起動裝置退出運行（特別是高壓電機），如退出時機不對

，會威脅電機、機械、供電和啟動設備的安全運行。
c) 當dang電dian網wang電dian壓ya較jiao低di或huo負fu載zai較jiao重zhong，造zao成cheng電dian機ji輸shu出chu轉zhuan矩ju不bu足zu時shi，水shui電dian阻zu的de溫wen度du會hui因yin通tong過guo電dian流liu而er升sheng高gao

，電dian阻zu自zi動dong降jiang低di，從cong而er逐zhu步bu提ti高gao電dian機ji電dian流liu
，電dian機ji起qi動dong轉zhuan矩ju自zi動dong增zeng加jia，確que保bao電dian機ji一yi次ci起qi動dong成cheng功gong。
d) 無刷自控電機軟起動器使電機的起動電流限製在額定電流附近
，避免過大的起動電流對電機造成的各種危害。
e) 如電機出現堵轉現象，電機會自動加熱電解液，當電解液燒幹後，電機電流會自動降為零
，避免電機因長時間堵轉而燒壞。
f) 電機運行過程中，遇到突加負載（如軋鋼機在軋鋼過程中出現堵轉），隨著電機轉速的降低，啟動電阻會自動串入轉子回路
，達到增加轉矩
，減少電流，保護電機安全的目的。
3．2    降低了電機起動裝置成本和體積
a）一台1400KW電機無刷自控電機軟起動器的市場售價僅2萬元。相同容量的高壓鼠籠式異步電動機（電機價為17萬元）液態電阻（熱變電阻）起動裝置需12萬元
，另需增加一台起動高壓開關櫃
、一台短接（隔離）高壓櫃，兩根高壓電纜及附件16萬元
，每台電機不計安裝及基建費用，就高達28萬元。繞線電機（電機價為23萬元）液態電阻（熱變電阻）起動裝置＋短路開關櫃約需10萬元
；需增加三根3×240mm2低壓電纜作為轉子電流引出線
，每根長度按30米計，加上6個電纜頭，約需2.5萬元
，在不計基建費用的情況下，總計費用將達到12.5萬元。
b） 一台1400KW電機無刷自控電機軟起動器外形僅是一個Φ600×320的圓柱體，並直接安裝在電機上。而相同容量的高壓鼠籠式異步電動機液態電阻（熱變電阻）起動裝置外形尺寸為(1700+1200)×1200×2800，需進行基建投資。
3． 3   節約了電能
a） wushuazikongdianjiruanqidongqinengshijiaoliudiandongjiyizuidazhuanjuqidong
，zaidianjixuanxingshi，buyongkaolvtongguozengjiadianjirongliang，zengjiadianjiqidongzhuanju，bimiandamalaxiaochexianxiang。
b） 供電變壓器的選擇時，不用害怕電機起動電流過大

，電壓降過高，影響其它設備安全運行而增加變壓器容量。
3．4 結構簡單
，運行維護方便
a） 電機和起動裝置合為一體變成了無刷自控電機。對用戶來說，它就是一台具有優良起動性能（不用配置起動控製櫃及相應電力電纜、控製電纜
，不用考慮起動設備安裝調試，就能使電機以額定電流
、額定轉矩起動）的“鼠籠式異步電動機”。起動設備安裝完成後，對起動裝置無需進行任何操作和維護。
b） 起(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)通(tong)過(guo)離(li)心(xin)力(li)改(gai)變(bian)極(ji)板(ban)的(de)距(ju)離(li)和(he)電(dian)解(jie)液(ye)通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)後(hou)
，溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)實(shi)現(xian)的(de)，沒(mei)有(you)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)和(he)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)
，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)
，降(jiang)低(di)了(le)運(yun)行(xing)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)量(liang)。
4 結束語
無刷自控電機軟起動器將電氣控製

、機械設計和電化學技術有機地結合在一起，使交流電動機以較簡單的結構、較低的成本實現了以額定電流
、額定轉矩起動的夢想。無刷自控電機軟起動器為需要大起動轉矩、小起動電流的用戶找到了降低電機拖動及控製係統的成本有效方法。無刷自控電機軟起動器必將以優良的起動性能、低廉的價格、對電源和負載自適應的能力

、微小的體積、節能和運行維護方便等特點，獲得更廣泛的應用。無刷自控電機軟起動器已獲得一項實用新型專利（專利號：ZL01277402.2）
，另有一項實用新型專利(申請號：03219788.8)和一項發明專利(申請號：03112809.2)，並通過了江西電機產品鑒定站性能鑒定
，投入了工業化生產。對該技術有興趣的讀者，請登陸http://www.china-shuguang.com/網站或致電：
0577-61721973     傳真：  
聯係人：胡  東
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地址：浙江樂清柳市大興西路431號
參考資料：
1. 《中壓（3~10KV）電動機啟動方法的分析與比較》 作者：李鹹全  遲連道等   《電氣世界》雜誌

，2002年第11期
2. 《3種新型高壓電動機軟啟動裝置評介》作者：李焦明 《水泥》雜誌，2003年第7期
3. 《無刷自控電機應用優勢解析》 作者：翟佑華 《電工技術》雜誌
，2003年第5期

作者簡介：
翟佑華：電氣工程師，中國化工裝備協會儀表電氣專家委員會電氣專家委員
，已有五項國家專利（僅無刷自控電機及其啟動裝置就有三項專利），公開發表12篇學術論文
，獲局、處兩級各種科技獎勵十餘次，現主要從事無刷自控電機的推廣應用工作。

在大功率電機上的應用

拖動汙水處理泵

拖動水泥球磨機

和傳統的滑環碳刷比較

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