1  引言
    自從有了交流異步電動(dòng)機(jī)，人們就不斷研究它的起動(dòng)方式。經(jīng)過七、八十年的更新?lián)Q代，到今天已經(jīng)發(fā)明了幾十種起動(dòng)方法。每一次技術(shù)的更新都代表了人類對(duì)新科學(xué)技術(shù)的探索和進(jìn)步，就如同生物細(xì)胞新陳代謝一樣，不斷更新自己，保障自己肌體的健康與活力。
    交流異步電動(dòng)機(jī)分鼠籠型和繞線型，在電壓等級(jí)上又分高壓電動(dòng)機(jī)和低壓電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在市場(chǎng)上也流行著很多種起動(dòng)方式,如何選擇一種經(jīng)濟(jì)合理的起動(dòng)方式就成了低壓交流電機(jī)控制中的一個(gè)棘手問題。筆者就現(xiàn)在市場(chǎng)上流行和應(yīng)用的諸種低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式進(jìn)行分類研究，同時(shí)說明它們的應(yīng)用價(jià)值和和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

2  低壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇
2.1 GB50055-93中的規(guī)定
    在《通用用電設(shè)備配電設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50055-93中規(guī)定:
(1) 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作;
(2) 交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定:
    在一般情況下，電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%;電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%;
    配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷，且電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不應(yīng)低壓額定電壓的80%;
    配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定;對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，尚可保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。
(3) 籠型電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定:
    當(dāng)符合下列條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)全壓起動(dòng):
    電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線的電壓符合2款規(guī)定;
    機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩;
    制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式無特殊規(guī)定。
    當(dāng)不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)宜降壓起動(dòng)，或選用其他適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方式。
    當(dāng)有調(diào)速要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式應(yīng)與調(diào)速方式相配合。
2.2 JGJ/T 16-92中的規(guī)定
    在中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 16-92中規(guī)定:由城市公用低壓網(wǎng)絡(luò)直接受電的場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的容量應(yīng)與地區(qū)供電部門的規(guī)定相協(xié)調(diào)。如當(dāng)?shù)毓╇姴块T對(duì)允許鼠籠型電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)容量無明確規(guī)定時(shí)，可按下述條件確定:由公用低壓網(wǎng)絡(luò)供電時(shí)，容量在11kW及以下者，可全壓起動(dòng);由居住小區(qū)變電所低壓配電裝置供電時(shí)，容量在15kW及以下者可全壓起動(dòng)。
    以上是國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求。設(shè)計(jì)人員比較容易考慮到的是電氣參數(shù)，而容易忽略的是“機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩”。這條規(guī)定的含義:一是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩不能造成機(jī)械設(shè)備的可靠性滿足不了要求;二是要考慮由于全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩使得機(jī)械設(shè)備壽命的降低或故障率的增加而帶來的損失高于增加降壓起動(dòng)設(shè)備帶來的投資。
    如在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用中，造成皮帶損壞的原因是皮帶的運(yùn)行磨損和起動(dòng)瞬間皮帶與物料的磨損，再就是起動(dòng)瞬間對(duì)皮帶的拉松。由于皮帶價(jià)格比軟起動(dòng)器還要高，所以一般15kW以上的皮帶機(jī)應(yīng)采用軟起動(dòng)相對(duì)于全壓起動(dòng)對(duì)皮帶造成的損壞更為經(jīng)濟(jì)，同樣算法，45kW以上的水泵或風(fēng)機(jī)采用軟起動(dòng)更經(jīng)濟(jì)。再加上有色金屬價(jià)格的上漲，軟起動(dòng)器的成本已經(jīng)低于自耦變壓器的成本。尤其現(xiàn)在軟起動(dòng)器技術(shù)發(fā)展到今天，由于良好的起動(dòng)效果與經(jīng)濟(jì)性幾乎全部占領(lǐng)了降壓起動(dòng)的場(chǎng)合。
    2005年TJNR1000型在線運(yùn)行微功耗軟起動(dòng)器的產(chǎn)生更是給電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式帶來了一次革命，它不需要加旁路接觸器，使得系統(tǒng)成本大大降低，而且可靠性高于接觸器，尤其大功率型號(hào)的價(jià)格已經(jīng)和進(jìn)口的接觸器相差無幾，而能耗比接觸器節(jié)省60%以上，使得運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，對(duì)于改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起到了更好的促進(jìn)作用。

3  降壓起動(dòng)器
    低壓鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)在3KW及以下的系列中繞組額定電壓是220V，3kW以上的系列中繞組額定電壓是380V，一般來講在低壓電機(jī)起動(dòng)方式的選擇時(shí)，都是優(yōu)先選擇全壓起動(dòng)，而在實(shí)際應(yīng)用中如果條件不滿足前述電機(jī)全壓起動(dòng)的電氣或機(jī)械要求時(shí)，就需要采用降壓起動(dòng)也就是軟起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)經(jīng)常應(yīng)用的有如下幾種起動(dòng)器類別。
3.1 自耦變壓起動(dòng)器
    自耦變壓起動(dòng)器是利用自耦變壓器的降壓原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組電壓的降壓，如圖1所示。在過去的幾十年里人們多數(shù)采用了此種起動(dòng)方法，標(biāo)準(zhǔn)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)用的自耦變壓器設(shè)有兩個(gè)抽頭，一個(gè)是80%的額定電壓，一個(gè)是65%的額定電壓，人們常用的是65%額定電壓的抽頭。它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的0.4225倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比“Y-△”起動(dòng)器大，所以此種降壓起動(dòng)方式應(yīng)用較多。缺點(diǎn)是電壓有級(jí)跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有跳躍。

3.2 “Y/△”起動(dòng)器

    “Y/△”起動(dòng)器是利用“相-線電壓變化”的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組電壓的降壓，如圖2所示。在過去的幾十年里，也有相當(dāng)數(shù)量采用了此種起動(dòng)方法，它是用三只接觸器來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的繞組電壓由線電壓變?yōu)橄嚯妷?。它的起?dòng)轉(zhuǎn)矩是常壓狀態(tài)下的1/3倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比自耦變壓起動(dòng)器小，所以此種降壓起動(dòng)方式應(yīng)用較少于自耦變壓起動(dòng)器。缺點(diǎn)是電壓有級(jí)跳躍，起動(dòng)電流有跳躍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有跳躍。它和自耦變壓起動(dòng)器相比造價(jià)正好節(jié)省一臺(tái)自耦變壓器的價(jià)格，因?yàn)?ldquo;Y/△”起動(dòng)器到電動(dòng)機(jī)需要六根動(dòng)力接線，所以在系統(tǒng)造價(jià)方面不一定節(jié)省。它主要用在對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高且起動(dòng)器到電動(dòng)機(jī)的供電距離較近的場(chǎng)合。
3.3 磁控型軟起動(dòng)器

    為了解決降壓起動(dòng)時(shí)電壓有級(jí)跳躍和轉(zhuǎn)矩有級(jí)跳躍的問題，在上個(gè)世紀(jì)90年代人們發(fā)明了磁控式軟起動(dòng)器，它是采用磁阻抗的原理來達(dá)到降壓升壓無級(jí)變化的目的，它是自耦變壓起動(dòng)器的改進(jìn)如圖3所示。磁控型軟起動(dòng)器是在一定的范圍內(nèi)能夠達(dá)到電壓連續(xù)可控。磁控型的軟起動(dòng)器分線式繞組和箔式繞組，箔式繞組從理上講由于箔式繞組的容抗對(duì)無功電流的補(bǔ)償，所以起動(dòng)時(shí)，在同等起動(dòng)電流的前提下轉(zhuǎn)矩大于線式繞組。由于線式繞組磁控軟起動(dòng)器在上個(gè)世紀(jì)末被旁路型軟起動(dòng)器所淘汰，箔式繞組磁控軟起動(dòng)器是本世紀(jì)初的專利技術(shù)，由于磁控型的概念被人們認(rèn)為是一種落后的產(chǎn)品，所以市場(chǎng)上已不多見，實(shí)際上它已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高于所有的軟起動(dòng)器，對(duì)于僅考慮電網(wǎng)沖擊或降壓起動(dòng)有困難的場(chǎng)合是比較理想的產(chǎn)品。它的優(yōu)點(diǎn)是諧波小，在一定的范圍內(nèi)能達(dá)到無級(jí)變壓。
3.4 電子軟起動(dòng)器

    電子軟起動(dòng)器是上個(gè)世紀(jì)70年代由美國AB公司比較新推出來，后來世界各大電氣公司很快推出，但他們都是晶閘管在線運(yùn)行，如圖4所示，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制與保護(hù)達(dá)到智能化，電路簡(jiǎn)單。在使用方面存在體積過大，重量過重(例如200kW的軟起動(dòng)器已重達(dá)56kg)，造價(jià)昂貴，功耗太大(相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)容量的1.5%左右)，造成發(fā)熱太大，熱量難以排除的問題，而且諧波大，所以在使用上受到很大限制。
    為了克服在線運(yùn)行軟起動(dòng)器的缺點(diǎn)，到上世紀(jì)末國內(nèi)廠家開始研制生產(chǎn)旁路型電子軟起動(dòng)器，如圖5所示，在1998年國家頒布軟起動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn):“半導(dǎo)體電動(dòng)機(jī)控制器標(biāo)準(zhǔn)”GB14048.6-1998。2000年筆者在全國范圍內(nèi)進(jìn)行軟起動(dòng)起應(yīng)用講座，推廣使用旁路型軟起動(dòng)器，到2001年各設(shè)計(jì)院開始設(shè)計(jì)選用旁路型軟起動(dòng)器，到了2002年90%的工程設(shè)計(jì)中均選用旁路型軟起動(dòng)器，很少選用自耦變壓或“Y/△”起動(dòng)器。但是，旁路型軟起動(dòng)器也是存在缺點(diǎn)，如:
(1) 電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低;
(2) 強(qiáng)大的智能控制器不能充分利用，有的不能對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù);
(3) 增加了成套裝置的體積和成本;
(4) 增加了維護(hù)與檢修的難度。
    為了克服旁路型軟起動(dòng)器的缺點(diǎn)，在2003年各電氣公司紛紛開發(fā)內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器?，F(xiàn)在西安西馳、美國AB、西門子等三家已經(jīng)推出了其全系列的內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器，如圖6所示，并且現(xiàn)在也有很多廠家正在部分系列推出內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器。它的優(yōu)點(diǎn)是既回避了晶閘管在線運(yùn)行的缺點(diǎn)，又回避了旁路型的缺點(diǎn)。它體積小、重量輕、造價(jià)低、控制功能強(qiáng)大，是目前階段比較先進(jìn)的軟起動(dòng)器，也比較有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
3.5 其它軟起動(dòng)方式
    在市場(chǎng)上還有一種對(duì)于低壓鼠籠型交流電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)方式，即液體電阻。它有兩種方式，它是僅靠液體電阻的熱變特性來改變電動(dòng)機(jī)的端電壓，這種液體是用水加上適量的小蘇打(碳酸氫鈉，俗稱起子面)形成混合導(dǎo)電液體(此混合液體的電阻率和液體的溫度成反比，溫度越低電阻率越大，溫度越高電阻率越小)，在起動(dòng)開始液體處于冷態(tài)，其電阻率大，電動(dòng)機(jī)端電壓低，隨著液阻的耗電升溫，電阻率下降，電動(dòng)機(jī)的端電壓上升，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，用接觸器將液體電阻旁路掉，達(dá)到全壓供電，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到全壓運(yùn)行。此原理在構(gòu)成裝置上有兩種方案，一是起動(dòng)電阻的分壓僅靠液體電的變化來改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓(見圖7);二是在液體電阻的上端加一個(gè)動(dòng)極板，在下端加一個(gè)靜極板，起動(dòng)時(shí)除了溫度的上升造成電阻下降的同時(shí)，還減小液體電阻的導(dǎo)電距離，使其電阻降低的速度加快。

    液體電阻起動(dòng)器的名稱比較多，但其基本原理都是一樣的，它屬串電阻起動(dòng)，適用于繞線型交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。而對(duì)于鼠籠型電動(dòng)機(jī)串在定子繞組側(cè)，是不合適的，在起動(dòng)過程中，電阻會(huì)造成大量的電能浪費(fèi)，另外大量的熱量也難以處理。而且該產(chǎn)品不符合國家政策未列入國家標(biāo)準(zhǔn)，所以無法得到“CCC”認(rèn)證，不宜推廣使用。

4  結(jié)束語
    對(duì)于低壓鼠籠型交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式的選擇，在應(yīng)用中可以首先考慮是否需要降壓起動(dòng)，而后再選取合適的起動(dòng)器。軟起動(dòng)技術(shù)由自耦變壓和“Y/△”起動(dòng)器時(shí)代，發(fā)展到今天的電子軟起動(dòng)時(shí)代，得到了革命性的發(fā)展，其良好的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性也使得其具有了更大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而其中內(nèi)置旁路型電子軟起動(dòng)器較之其他同類產(chǎn)品有著體積小、重量輕、造價(jià)低、控制功能強(qiáng)大等多種優(yōu)點(diǎn)，是目前階段比較先進(jìn)的軟起動(dòng)器，也比較有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，起到了完全替代其它類型軟起動(dòng)器的作用。