笼型电动机启动方式探讨 罗炳锟 （深圳市建筑设计研究总院） 【摘要】本文介绍了笼型电动机启动的基本要求， 启动方式选择要点及启动方式选择误区。 【关键词】笼型电动机；全压启动；降压启动 在建筑电气设计中，有不少遇到超过３０ＫＷ及以 繁启动”是指每小时启动数十次以至数百次。比较 上的笼型电动机时就采用降压启动的情况，有些地 建筑电气，应属于“一般情况”和“不频繁启 区或者主管部门甚至还规定了多大的电动机应降压启 动”。 以下的低压笼型电动机）。 、笼型电动机启动的基本要求 按照《通用用电设备配电设计规范》ＧＢ５００５５— １９９３（以下简称《规范》ＧＢ５００５５）第２．３．１条，笼 型电动机启动时，应符合规定：“电动机启动时，其 端子电压应能保证机械要求的启动转矩，且在配电系 统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。” 电动机启动时对系统各点电压的影响，包括对电 动机本身和对其他电气设备两个方面： １）应保证电动机启动时不妨碍其他电气设备 的工作，理论上应校验其它用电设备端子电压，但 在实践上极其繁琐且没有实际意义。在工程设计中 我们可以校验流过电动机启动电流的各级母线配电电 压，只要各级母线配电电压符合相关规范要求即认 为“不妨碍其他电气设备的工作”。《规范》 ＧＢ５００５５第２．３．２条第一款对配电母线上的电压有如 下规定：“在一般情况下，电动机频繁启动时， 不宜低于额定电压的９ ０ ；电动机不频繁启动 时，不宜低于额定电压的８ ５％”。 按《规范》ＧＢ ５００ ５ ５条文解释，“一般情况” 即母线接有照明或其它对电压较敏感的负荷；“频 罗炳锟，男，深圳市建筑设计研究总院 地址：深圳市振华路８号设计大厦ｌ ４２２室 邮编：５ｌ８０４０ 电话：８３４ｌ８ｌ３６ ２）应保证电动机的启动转矩满足其所拖动的 机械的要求。启动转矩既要满足其所拖动的机械最 小转矩，同时启动转矩又不应超过其所拖动机械能 承受的最大转矩的要求。根据各种参考资料和手册 提供的数据以及电机行业制造标准可知，笼型电动 机均允许全压启动，民用建筑所采用的通用机械 （如各类水泵、风机、电动阀门等）绝大多数均 能承受全压启动的冲击转矩，不宜全压启动者仅有 长轴传动的深井泵等特殊例子。 二、笼型电动机启动方式选择 按照《规范》ＧＢ５００５５第２．３．３条，笼型电动 机启动方式的选择，应符合以下规定： （１）当符合下列条件时，笼型电动机应全压 启动 １）电动机启动时，配电母线的电压符合上述 的“电动机频繁启动时，不宜低于额定电压的９ ０ ％；电动机不频繁启动时，不宜低于额定电压 的８ ５％”要求。 ２）机械能承受电动机启动时的冲击转矩； ３）制造厂对电动机的启动方式无特殊规定。 （２）当不符合全压启动的条件时，电动机宜 降压启动，或选用其他适当的启动方式。 从《规范》ＧＢ５００５５第２．３．３条可看出，笼型 电动机的启动方式，一般分为直接启动和降压启 动。只有不符合全压启动条件的才选用降压启动等 其它启动方式。各类电源容量下允许全压启动的笼 型电动机最大功率可按以下方法进行计算： １）小型发电机组功率Ｐ ｃ： Ｐｅ：Ｏ．１０～０．１２Ｐ （有些资料推荐值为：Ｐｅ＝Ｏ． １２～０．１５ＰＧ） ２）１０（６）／ｏ．４ＫＶ变压器的额定容量Ｓ ： 动，其实这些是与现代电力工业的发展不相称的。在不同时代和不同地点，同一城市的电源情况差别一很大，从过去街道两旁常见的５ＯＫＶＡ杆上变压器到 现在小区的２Ｘ６３０ＫＶＡ变电所，直至大厦中２Ｘ１６ＯＯＫＶＡ 变电所，变压器的容量相差好几十倍，已经有了数 量级的跃变。降压启动方式的选择仍以某一容量为 参考显然是不妥当的（限于编幅，本文仅讨论ｌＯ００Ｖ Ｐｅ－Ｏ．２Ｓ …・经常启动，对应“配电母线上不 下能获得较大的启动转矩。如启动电压降至额定电 低于９ ０ 额定电压” 压的６５ ，其启动电流为全压启动电流的４２％，而 Ｐｅ－Ｏ．３Ｓｒ…一不经常启动，对应“配电母线上 启动转矩仅为全压启动转矩的４２％。 不低于８ ５ 额定电压” 软启动器降压启动：其特点是启动平稳，对电 Ｐｅ～允许全压启动的笼型电动机功率 网冲击少；不必考虑对被启动电动机的加强设计； 在建筑电气配电设计中，应分为有小型发电机 启动装置功率适度，一般只为被启动电动机功率的 组作备用电源和无小型发动机组作备用电源两种情 ５～２５％；允许启动的次数较高：但目前设备造价昂 况，分别对待： 贵；主要用于大型机组及重要场所。 基于上述理由，在建筑电气低压配电设计中笼型 当没有小型发电机组作备用电源时，变电所如 果是由二台及以上的变压器组成，变压器低压母线 电动机全压启动的判断条件可简化为：电动机启动时 分段运行，且每台变压器容量不相等时，各笼型电 配电母线电压不低于系统标称电压的８５ 。通常，不 动机可以直接启动的容量按最小一台变压器的额定容 量进行计算。 当有小型发电机组作备用电源时，有可能采用 备用电源供电时，如：电梯、生活水泵、风机、 消防水泵、防排烟风机等负荷，各笼型电动机可以 直接启动的容量按小型发动机组额定功率进行计 算；不引用发电机组电源的笼型电动机可以直接启 动的容量按最小一台变压器的额定容量进行计算。 当经过上述计算不符合全压启动的条件时，电 动机宜采用降压启动。笼型电动机常用的降压启动 方式有：Ｙ一△启动、三相电阻降压启动、自耦变 压器降压启动、软启动器降压启动。选用降压启动 方式时应考虑校验电动机的端子电压，使其满足所 拖动机械的最小转矩要求。建筑中常见机械设备， 如各类水泵、风机、电动阀门等，所需的启动转 矩在额定转矩的０．２ｔＯ．３倍之间。 三、笼型电动机几种降压启动方式比较 Ｙ一△启动：Ｙ一△启动适用与定子绕组为△连 接的电动机，采用这种方式启动时，可使每相定子 绕组降低到电源电压的５８％，启动电流为直接启动 时的３３ ，启动转矩为直接启动时的３３％。启动 电流小，启动转矩小。 三相电阻降压启动：电阻减压启动一般用于轻 载启动的笼型电动机，且由于其缺点明显而很少采 用。定子回路接入对称电阻，这种启动方式的启动 电流较大而启动转矩较小。如启动电压降至额定电 压的６５％，其启动电流为全压启动电流的６５ ，而 启动转矩仅为全压启动转矩的４２％，且启动过程中消耗 的电能较大。 自耦变压器降压启动：这种方式通常用于要求 启动转矩较大而启动电流较小的场合，采用自耦变 压器降压启动，电动机的启动电流及启动转矩与其 端电压的平方成比例降低，相同的启动电流的情况 采用柴油发电机组作备用电源时，只要电动机额定功 率不超过电力变压器额定容量的３０％；采用柴油发电 机组作备用电源时，只要电动机的额定功率不超过柴 油发电机组额定输出功率的ｌ５％：即可采用全压启 动。仅在计算结果处于边缘情况时，才需要进行验 算。 四、选用电动机启动方式的几个误区 在建筑电气配电设计中，当选择笼型电动机及 其启动电器时，经常要考虑的问题是：配电母线及 电动机的端子电压、电动机的启动转矩及温升等， 认为只要选用了降压启动电器，就能满足配电母线 允许的电压及电动机的温升等问题。不恰当地选用 降压启动电器，不仅会增加投资、增大电机的温 升，有些启动方式还会对电能质量产生负面影响。 １）关于电动机端子电压的问题，绝大多数电 动机不需要验算启动时的端子电压，只有少数特重 载电动机启动时需要进行验算，验算的目的是校核 电动机能否克服机械的静阻转矩或启动时间是否过 长，而不是为了选择启动方式。电动机启动转矩不 足的问题只能通过正确选择电动机的规格和特征去解 决。笼型电动机的启动转矩与其端子电压的平方成 正比，显然越是启动条件严酷的电动机就越应全压 启动，降压启动只会使其启动更加困难，甚至失 败。所以，电动机启动时端子电压问题不是全压启 动的限制条件，只有电源容量不能满足笼型电动机 全压启动才选用降压启动。 ２）关于重载启动时电动机的温升问题，有关 规范、标准中要求“当机械为重载启动时，笼型 电动机的额定功率应按启动条件校验”（《规范》 ＧＢ５００５５—１９９３）２．２．３条第一款：或者说“对于机 械转动惯量大或重载启动的电动机，当使用条件与 制造厂配套不相符时，应按启动条件校验其容量” （《火力发电厂厂用电设计技术规定》ＤＬ／Ｔ ５ １ ５３— ２００ ２）。如经校验的电动机温升超过允许值时，应 由３３％Ｕｒ曲线转换到１００％Ｕｒ曲线时，电流出 采取的措施为“加大电动机的容量”或“选用启 现很高的跃升，而且，在这个电流上还要叠加一个 动特性较好的电动机”（ＤＬ／Ｔ ５ １ ５ ３）；“选用笼型 暂态冲击值。 电动机不能满足启动要求或加大功率不合理时”， ｂ、在从Ｙ接线切换到△接线时，为了防止通 “宜采用绕线式电动机”（ＧＢ５００ ５ ５ １ ９９３）。这些 过星型接触器发生相间短路，必须有一个转换间 措施都是为了正确选择电动机，而不是要求选用降 隙。由于转换中电动机电流完全中断并导致转速降 压启动电动机的方式。 无论是理论分析还是实际测量都能证明，笼型 电动机降压启动时绕组发热比全压启动更严重。降 压启动不能解决电动机温升过高的问题。因此，电 动机启动时的温升问题不是全压启动的限制条件。 ３）在建筑电气配电设计中，不少设计师喜欢 选用Ｙ一△启动方式，认为这样的启动设备选型简 单、经济实用，其实从以下的分析中就会知道，启 动不仅易损坏启动设备本身，而且还对电网产生冲 击，在设计中应慎重选用，因为： ａ、在启动时，绕组由Ｙ至△的切换过程中会 产生很大的二次冲击电流，其冲击电流对配电系统 的影响不容忽视。Ｙ一△启动电动机的转矩一转速和 电流一转速曲线如下图所示。 ｉ ｌ －１００％Ｕｒ ｎ ｔｅ —低，在接通三角形接触器时，电网的相位有可能与 电动机的磁场相反。这一暂态过程会引起很高的转 换电流峰值，可能造成接触器触头熔焊。 五、结束语 笼型电动机全压启动是最简单、最经济、最可 靠的启动方式，只要符合规定的条件，就应优先采 用；当经过分析计算不符合全压启动的条件，不能 采用全压启动时，应优先选用自耦变压器降压启动： 如果经济条件许可或由于其拖动的机械设备的需要， 可以考虑软启动器降压启动。由于Ｙ一△启动方式的 绕组切换过程及产生的二次冲击电流会对启动设备及 电网造成危害，故频繁启动的电动机不应选用Ｙ一△ 启动方式。总之，各种降压启动方式都比全压启动接 线复杂、电器多、投资大、操作维护工作量加大、故 障率相应提高，而且电动机的发热也高，因此，降压 启动只在必要时才选用。 参考文献 ［１］《通用用电设备配电设计规范》ＧＢ５００５５～ｌ ９９ ３，中国计划出 版社． ［２］《电机工程手册》（第二版）机械工业出版社，１ ９ ９ ６． ［３］《工业和民用配电设计手册》中国电力出版社，２ Ｏ Ｏ ５．●