三相异步电动机的启动及调速方法
摘要：三相异步电动机的有多种启动及调速的方法，这些方法各有优缺点。对其存在的问题，都能找到适当的解决方法，以充分发挥其在生产中的效能。
关键词：三相异步电动机，启动，调速，功率因数
三相异步电动机普遍存在三大缺点：直接启动时启动电流大，调速性能差，功率因数低等。在实际使用中，如果要限制启动电流冲击，需要调速、提高功率因数等，就必须采用适当的方法，才能克服缺点，解决问题。本文将探讨解决三相异步电动机的三大缺点、问题的方法。
1启动问题
三相异步电动机一般分为两类:一是鼠笼式异步电动机;二是绕线式异步电动机。后者结构较复杂，但其启动性能较好，启动电流小，而且启动转矩大。
1.1三相鼠笼式异步电动机的启动方法
1.1.1直接启动
三相异步电动机直接启动，其启动电流可达额定电流的4-7倍，而启动转矩只有额定转矩的1-2倍。虽然，启动电流很大，但启动转矩并不大。因此，直接启动方法只适用于小容量电动机启动。较大容量的电动机在其额定容量不超过供电变压器额定容量的20%-30%时，也可直接启动。
1.1.2降压启动
由于，三相异步电动机直接启动的启动电流达额定电流的4-7倍，对于较大容量的电动机，这样大的电流，不仅对电动机绕组及拖动的设备造成电气和机械的冲击损伤，而且对电网造成电压下降，影响共网的其它电气设备运行。因此，较大容量的电动机，一般采用降压启动，来降低启动电流.但降压启动，其启动转矩较小，因为，启动转矩与端电压的平方成正比，所以，降压启动不适用于重负载启动。降压启动，一般有四种，即定子串电阻或电抗启动，自祸变压器降压启动，Y一△启动，延边三角形启动。
(1)定子串人电阻或电抗启动。三相异步电动机在启动时，先在定子绕组上串人电阻，用以降低启动电压，待电动机转速接近稳定时，把电阻短接。这种方法虽能达到降低启动电流的目的，但启动转矩较小，所以，只能用于轻载或空载启动的场合。如果，电动机容量大，则启动电阻上的损耗也大，因此，定子电路串电阻启动只适用于小容量的电动机。大、中容量的电动机一般要用定子串电抗启动。
(2)自耦变压器降压启动。电动机启动时，自祸变压器将降低的电压加到电动机定子绕组上，待启动完毕，切除自藕变压器。自祸变压器一般有几个不同电压比的分接头可供选择。如QJ3自耦变压器，其抽头分别为电源电压的40%、60%、80%。如果，电动机容量较小，负载轻，可选用较低电压启动。如果负载重，可选用较高电压启动。自祸变压器启动一般不适用于频繁启动场合。
(3)Y一△换接启动。电动机启动时，定子绕组先接成Y形，待启动完毕，切换成△形运行。这种启动方法，其启动电流减少了1/3，但启动转矩也减少1/3。因此，Y一△换接启动，只适用于轻载或空载启动的场合，同时，要求电动机定子绕组是△接法。
(4)延边三角形启动。延边三角形启动是将定子绕组一部分接成△形，另一部分由△形的顶点延伸接到电源，达到降压启动，降低启动电流的目的，启动完毕，换接成全△形接人电源。这种启动方法比Y一△形换接的启动转矩大，但定子绕组较复杂，有9个出线端头。
1.1.3软启动
三相异步电动机采用软启动，一般分为机械式软启动与电气式软启动两种。机械式软启动一般采用液力偶合器。液力偶合器是利用液体动能传递功率，属于柔性传动，在电动机启动过程中，偶合器内流道逐步充油，逐步可控地启动大惯量负载，实现软启动。电气式软启动又分为两种:一是频率不变软启动；二是频率可变软启动。
1.2三相绕线式异步电动机的启动方法
1.2.1转子串电阻启动
三相绕线式异步电动机转子绕组通过电刷及滑环外接启动变阻器。电动机启动时，将全部电阻接人转子回路;启动过程中，电阻逐段切除;启动完毕后，转子绕组短接运行。中、小容量电动机一般采取分段切换变阻器启动。大容量电动机则采用水电阻启动。水电阻启动特点:无级启动，平滑性好，无冲击现象。
1.2.2转子串频敏变阻器启动
频敏变阻器的等效电阻和电抗、随电流的频率改变而自动改变。因此，绕线式电动机转子串频敏变阻器，可实现无级启动。电动机启动完毕后，转子绕组短接运行，同时，频敏变阻器被切除。
2调速问题
三相异步电动机调速原理基于n=60f1(1-S)/p，即通过改变磁场极对数p，转差率S，电源频率f1都可以改变电动机的转速n。因此，其调速方法有变极调速，变转差率调速及变频调速三种。
2.1变极调速
变极调速是改变定子旋转磁场的极对数来实现调速，变极调速电动机其定子通常装有1-2套三相交流绕组，可获得2-4种成倍数的转速，只能有级调速，而且等级有限。因此，三相异步电动机本身调速性能差。
2.2变转差率调速
变转差率调速适用于绕线式异步电动机调速。过去，是采用转子回路串接电阻实现调速，这种调速方法虽然简单，但稳定性差，机械特性软、能耗大。随着半导体变流技术的发展，可控硅串级调速得到应用，这种调速特点是把电动机转子回路电压整流后经晶闸管逆变为交流电送回电网，即把转差能量送回电网。具有能耗低、效率高等优点。
2.3变频调速
变频调速是通过改变定子电源频率来实现调速。变频器实质上是一种频率可调的交流电源装置。变频调速具有效率高、能耗低，机械特性硬、调速范围大等优点，在工业领域中得到了广泛的应用。
3功率因数问题
三相异步电动机的功率因数cosΦ一般在0.7一0.9范围内变化。电动机的负载越低，其功率因数越低。在负载或轻载运行时，cosΦ只有0.2一0.3。因此，三相异步电动机在实际使用中，应尽量避免“大马拉小车”的现象。供电部门为了降低无功功率来提高供电设备的利用率，提出来不同行业的电功率因数要求。因此，为了提高功率因数，需要对三相异步电动机采取人工补偿的方法，一般有两种方法：
(1)并联电容器补偿。三相异步电动机定子侧既能集中在配电盘上补偿，又能分散到单台电动机补偿。如在配电盘上采用GZB一6B型功率因数自动补偿控制装置，这种装置对配电盘的功率因数能进行自动检测，按所需补偿的cosΦ大小，自动地投人或退出移相电容。
(2)转子回路串接进相装置补偿。过去，采用转子串旋转式进相机来提高电动机的cosΦ，它是一种整流子旋转电机，其结构复杂，维护工作量大，因此，应用不广。随着变频
技术的发展，静止进相器得到应用，它实质上是一种变频器装置。三相绕线式异步电动机的转子回路串接静止进相器，能缓冲、吸收无功功率，而定子回路上无功功率几乎为零。
4结束语
随着拖动技术及电力电子技术的发展，三相异步电动机在启动和调速方面的的性能不足、缺点问题，都能得到有效地改善与解决，近而使三相异步电动机的效能得到更充分的发挥。但在实际应用中，应把解决缺点问题与经济效益相结合考虑。
参考文献：
[1] 黄国治，傅丰礼. 中小旋转电机设计手册，中国电力出版社，2007.
[2] 陈世坤. 电机设计，机械工业出版社，2005.
