什么是电机启动器？电机启动器的类型和电机启动方法

电机启动器的类型和电机启动技术

什么是电机启动器？

电机启动器是一种用于安全启动和停止电机的电气设备。与继电器类似，电机启动器会切换电源的开/关，与继电器不同的是，它还提供低电压和过流保护。

电机启动器的主要作用是；

• 安全启动电机
• 安全停止电机
• 反转电机的方向
• 保护电机免受低电压和过电流的影响。

电机启动器由两个主要部件组成，它们共同控制和保护电机；

• 电气接触器 ：接触器的作用是通过接通或断开接触端子来接通/断开电机的电源。
• 过载保护电路 ：此电路的目的是保护电机免受过载情况造成的潜在伤害。通过转子的大电流可能会损坏绕组以及连接到电源的其他设备。它会感应电流并断开电源。

为什么我们需要带电机的启动器？

电机启动器对于启动感应电机至关重要。这是因为它的转子阻抗低。转子阻抗取决于感应电机的转差，即转子和定子之间的相对速度。阻抗与滑差成反比。

感应电机的转差最大，即在静止（静止位置）时为 1，因此阻抗最小，它会吸收大量的电流，称为浪涌电流。高浪涌电流使转子和定子之间的气隙磁化，从而在转子绕组中感应出 EMF。该 EMF 在转子绕组中产生电流，从而产生磁场以在转子中产生扭矩。随着转子速度的增加，电机的转差减少并且电机消耗的电流减少。

高浪涌电流为正常额定满载电流的5-8倍。因此，如此大的电流会损坏或烧毁电机的绕组，从而使机器无法使用，并且会导致电源线的电压大幅下降，从而损坏连接到同一条线路上的其他设备。

为了保护电机免受如此巨大的电流的影响，我们使用了一个启动器，它在启动时和一旦电机达到一定速度后会在短时间内限制初始电流，电机恢复正常供电。它们还针对正常运行期间的低电压和过电流等故障条件提供保护。

虽然1马力以下的小型电机阻抗高，可以承受初始电流，因此不需要这种电机启动器，但是需要提供过流保护系统由 DOL（直接在线）启动器。上面的解释说明了为什么我们需要一个启动器来安装一个电机？

电机启动器如何工作？

启动器是一种用于手动或自动切换电机的控制装置。它用于通过接通或断开其触点来安全地控制电动机的开/关。

手动启动器用于手动操作杆手动操作（移动触点位置）到 ON 或 OFF 位置的小型电机。这类启动器的缺点是需要在断电后开启。换句话说，他们需要手动控制每个（开或关）操作。有时，此操作可能会导致电机绕组中流过高电流，这可能会烧毁电机。这就是为什么在大多数情况下不建议使用其他带保护的替代电机启动器，例如自动启动器。

另一方面，由机电继电器和接触器组成的自动启动器用于切换电机的开/关操作。当电流通过接触器线圈时，它通电并产生电磁场，该电磁场拉动或推动触点，使电机绕组连接到电源。

连接电机和启动器的启动和停止按钮可用于电机的ON和OFF操作。接触器线圈可以通过按下导致线圈断电的停止按钮来断电。这样，由于弹簧布置，接触器触点向后移动到其正常位置，从而导致电机关闭。在停电或手动关机操作的情况下，电机不会自动启动，直到我们手动按下“启动按钮”启动电机。下图显示了 DOL 电机启动器如何进行 ON/OFF 操作。

基于启动方法和技术的电机启动器类型

在工业中，各种启动技术用于启动感应电机。在讨论电机的类型之前，这里先介绍一下电机启动器中使用的一些技术。

• 全电压或跨线启动器

此类启动器直接将电机与提供全电压的电源线相连。通过此类启动器连接的电机具有低额定功率，因此它们不会在电源线中产生巨大的电压降。它们用于电机额定值较低且需要单向运行的应用中。

• 全电压反向启动器

三相感应电机的方向可以通过交换任意两相来反转。这种启动器包含两个机械互锁的磁接触器，它们具有正向和反向交换相。它用于电机需要双向运行并使用接触器进行控制的应用。

• 多速启动器

为了改变交流电机的速度，您需要改变交流电源频率或改变电机的极数（通过重新连接某些绕组）。这种类型的启动器以几个预先选择的速度运行电机以满足其应用。

• 降压启动器

最常见的启动技术类型是降低电机启动时的电压，以减少可能损坏电机绕组的浪涌电流并导致大幅下降在电压。这些启动器用于高额定电机。

基于上述技术，工业中使用了以下类型的电机启动器。

电机启动器类型：

我们将在上述电机启动方式的基础上，讨论以下几种电机及其启动方式，各有优缺点。

1. 直接在线启动器 (DOL)
2. 定子电阻启动器
3. 转子电阻或滑环电机启动器
4. 自耦变压器启动器
5. 星三角启动器
6. 软启动器
7. 变频驱动器 (VFD)

电机启动器的种类很多，但主要分为两种。

• 手动启动器

这类启动器手动操作，不需要任何经验。一个按钮用于关闭和打开与其连接的电机。按钮背后的机构包括一个机械开关，用于断开或使电路停止或启动电机。

它们还提供过载保护。但是，这些启动器没有 LVP（低压保护），即它不会在电源故障时断开电路。对于某些应用来说，这可能是危险的，因为当电源恢复时电机会重新启动。因此它们用于低功率电机。直接在线 (DOL) 启动器是一种提供过载保护的手动启动器。

• 磁力启动器

磁力启动器是最常见的启动器类型，主要用于大功率交流电机。这些启动器像继电器一样以电磁方式运行，利用磁力断开或接通触点。

它为启动提供了更低且更安全的电压，还包括针对低电压和过流的保护。停电时，磁力启动器自动断开电路。与手动启动器不同，它包括自动和远程操作，不包括操作员。

磁力启动器由两个电路组成；

• 电源电路； 该电路负责为电机供电。它由电气触点组成，这些触点通过过载继电器打开/关闭从电源线提供给电机的电源。
• 控制电路； 该电路控制电源电路的触点，以接通或断开电机的电源。电磁线圈通电或断电以拉动或推动电触点。从而为磁力启动器提供遥控器。

直接在线 (DOL) 启动器

DOL 又名直接在线启动器是最简单的电机启动器形式，可将电机直接连接到电源。它由一个将电机与电源线连接起来的电磁接触器和一个用于过电流保护的过载继电器组成。没有为安全启动电机而降低电压。因此，与此类启动器一起使用的电机的额定功率低于 5 hp。它有两个简单的按钮来启动和停止电机。

按下启动按钮使线圈通电，将接触器拉到一起以闭合电路。按下停止按钮会使接触器的线圈断电并将其触点分开，从而断开电路。用于开启/关闭电源的开关可以是旋转式、水平式、浮动式等任意类型。

虽然此启动器不提供安全启动电压，但过载继电器提供过热和过流保护。过载继电器具有常闭触点，可为接触器的线圈通电。当继电器跳闸时，接触器的线圈断电并断开电路。

DOL电机启动器的优势

• 它的设计非常简单且具有成本效益。
• 非常容易理解和操作。
• 由于高启动电流，它提供高启动扭矩。

DOL电机启动器的缺点

• 高浪涌电流会损坏绕组
• 高浪涌电流会导致电源线电压骤降。
• 不适合重型电机
• 它会缩短电机的使用寿命

定子电阻启动器

定子电阻启动器使用 RVS（降压启动器）技术来启动电机。外部电阻与三相感应电动机定子的每一相串联。电阻器的作用是降低施加在定子上的线电压（随后降低初始电流）。

最初，可变电阻保持在最大位置，提供最大电阻。因此，由于电阻器两端的电压降，电机两端的电压最小（处于安全水平）。低定子电压限制了可能损坏电机绕组的启动浪涌电流。随着电机加速，电阻减小，定子相直接连接到电源线。

由于电流与电压成正比，扭矩随电流的平方变化，电压降低 2 倍，扭矩降低 4 倍。因此，使用这种启动器的启动扭矩非常低并且需要保持。

定子电阻电机启动器的优点

• 它在启动特性方面提供了灵活性。
• 可变电压电源可实现平稳加速
• 它可以连接到星形或三角形连接的电机。

定子电阻电机启动器的缺点

• 电阻耗散功率
• 由于电压降低，启动扭矩非常低
• 对于大型电机而言，电阻器相当昂贵。

转子电阻或滑环电机启动器

这种类型的电机启动器采用全电压电机启动技术。它仅适用于滑环感应电机，因此也称为滑环电机启动器。

外电阻通过滑环与转子星形组合。这些电阻器限制转子电流并增加扭矩。这反过来又降低了启动定子电流。它还有助于提高功率因数

电阻器仅在电机启动期间使用，一旦电机达到额定速度，电阻器将被移除。

转子电阻电机启动器的优点

• 它使用全电压提供低启动电流。
• 由于启动扭矩大，电机可带载启动
• 这种方法提高了功率因数。
• 它提供了广泛的速度控制

转子电阻电机启动器的缺点

• 仅适用于滑环感应电机
• 转子又贵又重。

Autotransformer Starter

此类电机启动器使用自耦变压器作为降压变压器，以降低启动阶段施加在定子上的电压。它可以连接到星形和三角形连接的电机。

自耦变压器次级与电机各相相连。自耦变压器的多个编带提供额定电压的一小部分。在启动过程中，继电器处于启动位置，即分接点为启动提供降低的电压。继电器在分接点之间切换，以随着电机的速度增加电压。最后接满额定电压。

与其他降压技术相比，它为特定的启动电流提供高电压。它有助于提供更好的启动扭矩。

Autotransformer Starter的优点

• 它提供了更好的启动扭矩。
• 用于启动大负载的大型电机。
• 它还提供手动速度控制。
• 它还提供了启动特性的灵活性。

Autotransformer Starter的缺点

• 由于自耦变压器体积较大，这样的启动器占用空间太大。
• 与其他启动器相比，该电路复杂且相对昂贵。

Star Delta Starter

这是工业中用于大型电机的另一种常用启动方法。将三相感应电机的绕组在星形和三角形连接之间切换以启动电机。

为了启动感应电机，它使用三极双掷继电器以星形连接。星形接法相电压降低1/√3倍，启动电流和启动转矩降低正常额定值的1/3。

当电机加速时，定时器继电器将定子绕组的星形连接切换为三角形连接，从而允许每个绕组上的全电压。电机以额定速度运行。

星三角启动器的优势

• 它的设计简单又便宜
• 无需维护
• 提供低浪涌电流。
• 用于启动大型感应电机。
• 最适合长加速时间。

Star Delta Starter的缺点

• 它适用于三角形连接的电机
• 有更多的电线连接。
• 它提供无法维持的低启动扭矩。
• 启动特性的灵活性非常有限。
• 从星形切换到三角形时会出现机械抖动。

软启动器

软启动器也使用了降压技术。它使用TRIAC等半导体开关来控制提供给感应电机的电压和启动电流。

相控双向可控硅用于提供可变电压。通过改变 TRIAC 的导通角或触发角来改变电压。导通角保持在最小值以提供降低的电压。通过增加导通角逐渐增加电压。在最大导通角时，全线电压被施加到感应电机并以额定速度运行。

它提供了启动电压、电流和扭矩的逐渐平滑的增加。因此，没有机械抖动并提供平稳的操作，从而延长了机器的使用寿命。

软启动器的优点

• 它可以更好地控制启动电流和电压
• 它提供平稳的加速，因此没有颠簸。
• 它可以减少系统中的电涌。
• 延长系统的使用寿命
• 提供更高的效率且无需维护
• 它的体积很小

软启动器的缺点

• 比较贵
• 能量以热量的形式耗散

可变频率 博士 ive (VFD)