自控電機起動方式原理分析

從異步電動機起動裝置產生的原因和存在的問題出發，介紹無刷自控電機軟起動器的原理和結構特點，說明無刷自控電機軟起動器的優勢和代替其它電機起動裝置的必然性.。
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
一、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。但是,
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、起動轉矩只有電機額定轉矩的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，起動控制過程靠時間繼電器等間接控制。起動特性不理想、起動過程變換時產生較大的沖擊電流、起動控制設備復雜、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、減少起動電流，但復雜的起動控制裝置，且起動過程中需頻繁切換起動電阻，造成多次沖擊電流。繞線式異步電機串頻敏變阻器起動，頻敏變阻器仍屬電抗器,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系是非線性，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，起動電流必須大于電機額定電流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）。繞線式異步電機液態電阻軟起動設備，靠伺服電機改變水電阻極板距離。距離改變的速度需預先設置，無法自動跟蹤實際負載的變化。同時它的結構復雜、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范圍內隨意調節、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）、結構復雜、運行維護難度大，如用它起動電機，目前時機顯然不成熟。
二、 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
????無刷自控電機軟起動器是將起動電阻直接安裝在電動機的轉軸上，利用電機旋轉時產生的離心力作為動力，控制電阻的大小，達到減少電機起動電流、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制原理如圖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：只要保證電機起動電流恒定，就能保證電機起動轉矩恒定；只有使起動電阻rs隨S按一定的函數關系變化，才能保證起動電流的基本恒定。
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）具有防銹作用；B、通過大電流后，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。