電機起動方式的選擇

籠型感應電動機全壓起動的優點，用簡便計算及列表方法表示全壓起動時配電系統的壓降，並對全壓起動和各種降壓起動的特點進行分析比較，以便選擇，同時對風機、水泵的起動轉矩作了簡要分析?籠型感應電動機全壓起動星三角換接起動自耦變壓器降壓起動起動電流起動轉矩,工業與民用建築中的水泵與風機常採用籠型感應電動機拖動，恰當的選擇其起動方式，具有重要的意義。籠型感應電動機的起動方式分為全壓起動、降壓起動、變頻起動等，現對各種起動方式的特點進行簡要分析，以利選擇

1全壓起動

1.1全壓起動的優點及允許全壓起動的條件

全壓起動是最好的起動方式之一，它是將電動機的定子繞組直接接入額定電壓起動，因此也稱為直接起動。全壓起動具有起動轉矩大、起動時間短、起動裝置簡單、操作方便、易於維護、投資省、裝置故障率低等優點。為了能夠利用這些優點，目前設計製造的籠型感應電動機都按全壓起動時的衝擊力矩與發熱條件來考慮其機械強度與熱穩定性。所以，只要被拖動的裝置能夠承受全壓起動的衝擊力矩，起動引起的壓降不超過允許值，就應該選擇全壓起動的方式。有人誤認為降壓起動比全壓起動好，將15kW的電動機未經計算就採用了降壓起動方式，因而降低了起動轉矩，延長了起動時間，使電動機發熱更加嚴重，且裝置複雜，投資增加，這是一個誤區，應當引起重視。尤其是消防泵等應急裝置希望起動快，故障少，凡能採用全壓起動者，均不應採用降壓起動?

全壓起動的缺點是起動電流大，籠型感應電動機的起動電流一般為額定電流5~7倍，如果電動機的功率較大，達到可與為其供電的變壓器容量相比擬時，電動機的起動電流將會引起配電系統的電壓顯著下降，影響接在同一臺變壓器或同一條供電線路上的其他電氣裝置的正常工作，因此在設計規範中，對電動機起動引起配電系統的壓降有明確規定。交流電動機起動時，其端子上的計算電壓應符合下列要求

(1)電動機頻繁起動時，不宜低於額定電壓的90％，電動機不頻繁起動時，不宜低於額定電壓85%

(2)電動機不與照明或其他對電壓波動敏感的負荷合用變壓器，且不頻繁起動時，不應低於額定電壓80%

(3)當電動機由單獨的變壓器供電時，其允許值應按機械要求的起動轉矩確定?

對於低壓電動機，還應保證接觸器線圈的電壓不低於釋放電壓。

需要注意的是，《規範》中規定的電壓是電動機端子上的計算電壓，其真正目的卻是為了限制電動機起動時配電系統的電壓降，以免影響其他裝置的執行。過去曾規定“電源母線”電壓波動值，由於“母線”的含義對於多級配電系統來說，其位置不太明確，設計者不易掌握。現規定電動機端子電壓，既易滿足配電系統的要求，又顧及到了相同條件下的其他電動機。《規範》規定電動機端子上的計算電壓，實際上是配電系統電壓的參考點,隨著配電變壓器容量的不斷增大，電動機的起動電流佔變壓器額定電流的比例越來越小，電動機起動時引起的壓降也越來越小，採用全壓起動的電動機也就越來越多?

1.2電動機起動時的壓降及允許全壓起動的電動機最大功率

為控制電動機起動時配電系統的壓降，需要進行壓降的分析與計算。如果電動機的電源是從變電所低壓櫃以專線放射式引來，電動機起動引起配電系統的壓降就接近變壓器出線端的壓降，而影響此壓降的主要因素是變壓器的內阻抗，其表現形式是變壓器的阻抗電壓百分數。根據電動機的起動電流、變壓器容量及其阻抗電壓百分數，可以估算電動機起動時配電系統的壓降，以便預估電動機是否可以全壓起動，可按下式估算：

Ust=((Kmst*Pm+Pa)/Stn)Uk%

式中：USt——電動機起動時配電系統的壓降百分數；

Kmst——電動機起動電流倍數(起動電流與額定電流之比)

Pm——電動機額定功率(kW)

Pa——變壓器帶的其他負荷(kW)

Stn——變壓器的額定容量(kVA)

Uk％——變壓器阻抗電壓百分數

該式之所以稱作估算，是因為忽略了一些次要的因素，如母線及開關上的壓降等，而且將有功功率與視在功率混算，有誤差，但誤差很小，能夠滿足工程設計的精度要求.

如果電動機的電源是與其他負荷共用一條線路，樹幹式配電引來，需要考慮電動機起動時的壓降對其他負荷的影響，進行壓降計算，如果不滿足要求，則要加大供電線路的截面或採用降壓起動。由城市低壓電網供電的電動機大多都屬於這種情況，但因電源線路的情況難以瞭解，不易計算，所以“由城市低壓網路直接受電的場合，電動機允許全電壓起動的容量應與地區供電部門的規定相協調。如當地供電部門對允許籠型感應電動機全壓起動容量無明確規定時，可按下述條件確定：

(1)由公用低壓電網供電時，容量在11kW及以下者，可全壓起動；

(2)由居住小區變電所低壓配電裝置供電時，容量為5kW及以下者可以全壓起動。

2降壓起動

當電動機全壓起動將引起配電系統的壓降過大，或者在某種情況下規範不允許採用全壓起動時，可採用降壓起動,根據電動機起動電流與其端電壓成正比的關係，採用降低電動機端電壓的辦法來減小起動電流，從而減小配電系統的壓降，簡稱降壓起動

降壓起動的方法較多，有星三角換接、自耦變壓器降壓、變壓器－電動機組、延邊三角形換接、串電抗器或電阻器降壓等。對於中小型電動機，採用星三角換接或自耦變壓器降壓的較多

2.1串電抗器降壓起動

因為電動機的起動轉矩與端子電壓的平方成正比，在降低電動機端子電壓的同時，更顯著地降低了它的起動轉矩。在電動機定子迴路中串入電抗器降壓起動的方法就是如此。雖然起動電流有所減小，但其起動轉矩小得更多，使起動時間延長，電動機發熱更嚴重。如果被拖動的負載阻轉矩較大，甚至會起動不起來，所以這種方法不夠好，在低壓系統中很少採用.

2.2自耦變壓器降壓起動

自耦變壓器降壓起動是將其原邊接供電電源，副辿即原邊的一部分)接到電動機定子繞組上，待電動機起動到轉速基本穩定時，再切除自耦變壓器，將電動機定子繞組直接接入供電電源，電動機在全電壓運轉?

這種起動方法對電動機本身來說，降低了電動機的起動電壓和起動電流，仍符合電流與電壓成正比，轉矩與電壓的平方成正比這個規律。假若自耦變壓器的抽頭變比50%,則電動機的起動電壓和電流都降到全壓起動的一半，起動轉矩降低到全壓起動的1/4。但是，需要強調的是此時配電線路中的電流即自耦變壓器原邊的電流比電動機中的電流(即自耦變壓器副邊的電壓又小了一半，這樣配電線路中的電流也下降到全壓起動1/4，即這種起動方式顯著地降低了配電系統中的電流和壓降。一般來說，採用自耦變壓器降壓起動，電動機的端子電壓下降到額定電壓的K倍時(K為自耦變壓器抽頭變比，其值小於1)，電動機的起動轉矩與配電系統中的電流均下降到額定電壓時的2倍。可見，在起動轉矩相同的情況下，採用自耦變壓器降壓比電抗器降壓更有效的減小了配電線路的電流和壓降.

2.3星三角換接降壓起動

星三角換接起動是先將電動機的定子繞組接成星形起動，待電動機轉速基本穩定時，再換接成三角形轉入正常執行。星形連線同三角形連線相比，電動機繞組的端子電壓和繞組中的電流降低到，電動機的轉矩降低到1/2。電動機星形連線時，繞組中的電流即配電系統中的電流。三角形連線時，電動機繞組中的電流是相電流，而配電系統中的電流是線電流，相電流是線電流的1/。這樣，電動機的星形連線與三角形連線相比，其起動電流對配電系統而言下降了。所以，電動機星三角換接的起動方式，其端子電壓、繞組中的電流、電動機的轉矩、配電系統中的電流電壓比，四者的大小關係均相當1

自耦變壓器降壓的起動方式，只是這個比例是固定不變的。自耦變壓器可以換接抽頭來改變其變化，從而可以根據配電系統中的壓降限制及負載的轉矩要求，選擇自耦變壓器與電動機連線的抽頭，比星三角換接靈活

3其他起動方式

3.1變頻起動

變頻起動是在變頻調速系統中，用逐步提高電動機定子繞組的供電頻率來提高電動機的速度。這種起動方式也降低了電動機的端子電壓和起動電流

因為變頻調速改變了非同步電動機的同步轉速，保持了電動機的硬機械特性，與其他起動方式相比，起動電流小而起動轉矩大，對裝置無衝擊力矩，對電網無衝擊電流，既不影響其他裝置的執行，又有最理想的起動特性。但是，這種起動方式裝置複雜，價格昂貴，在不需要變頻調速的場合，如無特殊要求，只是為了得到良好的起動特性而裝設變頻裝置是不合適的。只有在變頻調速系統中，才採用變頻起動。近年來，在採用變頻調速的恆壓供水系統、變風量系統中，其水泵、風機都是變頻起動的

5水泵起動方式選擇

民用與一般工業建築的水泵，多為籠型感應電動機拖動的離心泵。它的起動也是要求電動機的起動轉矩大於阻轉矩，且配電系統的電壓降不超過允許值。水泵起動的阻轉矩主要是由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機械慣性和靜動摩擦等構成.水的阻力、水泵的機械慣性阻力均與水泵的轉速、加速度及葉輪直徑有關，速度低時阻力小。因水泵的葉輪直徑不大，機械慣性小，起動阻力小。水的靜壓阻力與揚程有關，水泵起動之初，由於水管中止回閥的作用，靜壓與靜摩擦不同時起作用，有利於起動。綜上所述，水泵的起動阻力矩較小，一般為額定阻轉矩的30％，屬於輕載起動.一般Y系列籠型感應電動機全壓起動時的電磁轉矩，均大於額定轉矩。當電動機採用全壓起動時，其起動轉矩遠大於水泵的阻轉矩，起動較快。只有採用降壓起動時，才需研究電動機的起動轉矩的大小。例如，採用星三角換接方式起動，電動機的起動轉矩為全壓起動的1/3，仍可滿足水泵的起動阻轉矩要求.

5.1消防泵的起動

消防泵起動時引起的配電系統電壓波動也必須在規範允許的範圍內,消防泵屬於不頻繁起動，按《規範》要求，電動機起動時，其端子上的計算電壓不低於額定電壓的85％；當其不與照明或其他對電壓波動敏感的負荷合用變壓器時，電動機起動時端子上的計算電壓不應低於額定電壓80％。這個規定值是為了保證與消防泵合用供電變壓器的其他電動機，在相同條仿端子電壓)下的最大轉矩不小於額定轉矩。三相非同步電動機的最大轉矩不小於額定轉矩.0.6倍，若電動機的端子電壓為額定電壓0.8倍時，其最大轉矩為額定.1.024倍。因此，80％的額定電壓保證了正在運轉的電動機的轉矩不小於其額定轉矩，不影響其正常執行.5.2生活給水及其他用途水泵的起動

生活給水泵起動比較頻繁，起動時電動機端子上的計算電壓，不宜低於額定電壓的90％。因為生活給水泵的容量一般不大，對於自設變壓器的高壓使用者來說，大多數可以全壓起動。由城市公用電網供電或由很小容量的變壓器供電時，可能要降壓起動。生活給水泵電動機採用星三角換接方式起動，裝置簡單，造價低，便於操作及維護，被廣泛採用、排水泵、熱水迴圈泵、消防補壓泵電動機功率一般也不大，通常採用全壓起動

6風機的起動

民用與一般工業建築中採用的風機，多數為籠型感應電動機拖動的離心風朿軸流風機,其起動阻轉矩與離心式水泵類似，阻轉矩都與轉速成正比，所以有的設計手冊將離心式風機與水泵同樣對待。實際上，它們還是有區別的，把它們同樣對待不盡合理。因為，風機與水泵的結構不同，對於高揚程水泵，有多級結構，葉輪直徑小；而風機就很少有多級的，且葉輪直徑大，其轉動慣量比水泵的大得多，起動時的機械慣性阻轉矩也大得多。如果風機不關風閥起動，將因空氣升能、管道阻力、摩擦阻力等因素，致使風機起動比水泵起動困難，起動加速的時間較長。考慮到風機起動較困難的特點，在選擇風機主電路的控制保護裝置時需注意，其低壓斷路器的熱脫扣器額定電流不可選得過緊，過載保護的熱繼電器要躲過起動電流。當風機起動時間較長，如果選用雙金屬片式熱繼電器，則在風機起動時需將其短接，待起動完畢後再接入，以免在起動過程中熱繼電器過熱斷開，使風機的起動中斷。短接熱繼電器的方法，一般是設一組專門用於起動的接觸器，起動完畢後斷開這組接觸器，這樣使起動裝置顯得複雜，控制箱也加大，不是很理想。近來，有的採用電子線路型熱繼電器，其動作電流和動作時間均可任意整定，可以躲過起動電流，省去了專門用於起動的接觸器，簡化了風機的起動電路.

綜上所述，在選擇籠型感應電動機的起動方式時，首先考慮選擇全壓起動，不得已時才採用降壓起動等其他方式。如果把可以採用全壓起動的電動機，採用了降壓起動，無疑是一種浪費，且增加了故障的可能

1.直接啟動

直接起動是最簡單的起動方法。起動時用刀開關.電磁起動器或接觸器將電動機定子繞組直接接到電源上，其接線圖如圖8.4所示。取熔體的額定電流為電動機額定電流的2.5～3.5倍。一般對於小型籠型非同步電動機如果電源容量足夠大時，應儘量採用直接起動方法。對於某一電網，多大容量的電動機才允許直接起動，可按經驗公式確定。

2.降壓起動

降壓起動是指電動機在起動時降低加在定子繞組上的電壓，起動結束時加額定電壓執行的起動方式。降壓起動雖然能降低電動機起動電流，但由於電動機的轉矩與電壓的平方成正比，因此降壓起動時電動機的轉矩也減小較多，故此法一般適用於電動機空載或輕載起動。

3.對於繞線轉子電動機，轉子還可以串接電阻進行起動