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摘要：简述了大功率三相异步电动机的常见起动方式，及其各种起动方式的优缺点。针对黄金等矿山特定环境，分析了适合电动机等设备的各种起动方式。分析结果表明液态软启动方式比较适合重载、环境差，特别是湿度大的工况(如黄金等矿山)大功率电动机的启动。
关键词：大功率电动机；直接启动；液态软启动
电动机的起动过程是指电动机得电后，电动机转速由静态(零速)逐渐加速，直到稳定运行状态(额定转速)的这一过程。对于大功率鼠笼型电动机或同步电动机，其起动时主要考虑两个方面问题：电流冲击；机械冲击。
1、工程中大功率电动机启动的危害
大功率电动机，其起动时对设备、环境等的危害主要表现在以下几个方面：
电流冲击
对电动机本身的影响；
对电网电压及同网设备的影响；
对拖动负载的影响。
机械冲击
电机轴、笼条、联轴机构、轴承座、负载机轴等产生破坏性损害。
为最大程度地减少电动机起动时对电网所产生的冲击，对起动引起的配电系统的电压降相应的规范都做出了一定的限制，如对频繁起动的电动机，起动时造成的供电电压波动不大于10％；对不频繁起动的电动机不大于15％；当电动机不与照明或其它对电压敏感的负载共用变压器时，电动机不频繁起动时造成的供电电压波动不大于20％等等。
2、鉴别一种起动方式优劣的原则
(I)Tst尽可能小(≥1.1TN)，起动过程平均电磁转矩足够大；
(2)起动过程平滑无冲击；
(3)尽可能地限制电机起动电流；
(4)起动时间尽可能地短；
(5)保护功能完善，安全可靠；
(6)操作及维护方便，设备简单经济；
(7)起动过程功耗小，无谐波污染，等等。
3、电动机常见的起动方式
按照电机拖动理论，电动机的起动方式分为三种：全压直接起动；降压限流起动；变频变压(VVVF)起动。
其中降压限流起动可通过星一三角、电抗器、自藕变压器、固态软启动器及水(液)电阻等方式来实现。
4、各种电动机起动方式的比较
4.1 额定电压直接起动
额定电压直接起动不需要专门的起动设备，只需要开关类器件控制接通电源既可，简单经济。但该起动方式起动电流大(约为5～7IN)，起动转矩冲击大(约为1.4～2.4TN)，而且能否全压直接起动还受很多因素和条件的限制，比如交流电网短路容量、供电变压器容量、供电线路长度、其它负载对电压稳定性要求、起动是否频繁、拖动系统转动惯量、电业部门相关的要求与规定等等。
4.2 星－三角起动
星一三角起动方式一般实用于125kW及以下的三相低压笼型电动机的起动和停止，由接触器、热继电器、时间继电器等组成的，可自动进行“星三角”转换，以降低电动机起动电压及电流。起动电流(星形起动电流)一般不超过电动机额定电流的2.5倍，三角形运转电流为电动机额定电流的0.58倍，起动转矩为全压起动的1／3。
4.3 电抗器
该起动方式起动机械特性较硬，起动电流大，一般在4IN以上，平均起动电磁转矩小。电抗器一般根据用户提供的电机及负载参数制作，一次成形，参数不可调节，工况适应性差，电机功率一般在2000kW以下。
4.4 自耦变压器
起动机械特性也比较硬，起动电流较小，平均起动电磁转矩小，不允许连续起动及频繁起动，虽然有几种抽头可供选择(一般三种，不同厂家不同型号，要求不一样，输出电压组不一样)，但难以保证电机起动性能最佳，甚至有可能满足不了起动要求。而且对工况变化不可能做到最佳的适应性调整。
4.5 固态软起动器
固态软起动也称电子式软起动。其三相晶闸管串联于电源与电机之间，通过开环控制方式，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压从零到全压以预设函数关系逐渐上升，直至电机全压，起动结束，可旁路运行使晶闸管脱离主回路，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。可实现斜坡升压软起动、斜坡恒流软起动、阶跃起动、脉冲突跳起动。
其优点是：起动电流较小，装置体积相对小，起动方式可适用于多种性质的负载。
其缺点是：价格高，元器件耐压的限制一直不好解决，目前低压应用较成熟，在中压(6／10kV)还有很多问题，控制方式复杂，维护成本高，du／dt对电机绝缘破坏性较大，还有谐波污染问题。
4.6 液态软起动器
4.6.1 工作原理
电机起动时，在电动机定子回路串人一特制液体电阻，该电阻在电机起动初始时刻自动投入，阻值在预定起动时间内均匀无级减少，从而达到改变电动机端电压，使电机转速平滑上升，平稳限制主电机电流，当电机转速接近额定转速时，主机电流下降，并在阻值几近为零时切除起动装置，实现平稳运行，完成起动过程。
4.6.2 一次原理简图及液体电阻箱结构示意图
4.6.3 应用举例
某矿山开采企业3200kW压风机起动曲线(ABB电机Ue=10000V Ie=202A
起动效果：
从以上仿真曲线图可以看出液阻起动设备对该电机的起动时间为45S，起动电流倍数为3.1。根据经验，其它起动方式如全压起动时间为26S，起动电流为5Ie:80％ue起动时间为54S，起动电流倍数为3.9。
4.7 笼型电动机软起动方式比较
5、结语
通过以上对比，液态软起动方式相对其它起动方式具有对工况及电网的环境要求低，运行成本低，不产生谐波污染，起动过程平滑等诸多优点。在电网短路容量及变压器容量不是足够大，或瞬时机械冲击过大时，液态软起动方式是可能采取的最佳起动方式之一。特别是各种矿山企业，大功率设备较多，生产环境较差，井下湿度较大，在这种工况下，(高压)液态软起动方式可大大减少用户设备起动时造成的大电流冲击及电网压降，保护设备免受机械冲击，提高起动成功率，提高变压器利用率，降低企业与供电网络的投资费用。由于冲击程度降低，使设备寿命提高，设备投资和维护费用相应降低。
关键词：大功率电动机；直接启动；液态软启动
电动机的起动过程是指电动机得电后，电动机转速由静态(零速)逐渐加速，直到稳定运行状态(额定转速)的这一过程。对于大功率鼠笼型电动机或同步电动机，其起动时主要考虑两个方面问题：电流冲击；机械冲击。
1、工程中大功率电动机启动的危害
大功率电动机，其起动时对设备、环境等的危害主要表现在以下几个方面：
电流冲击
对电动机本身的影响；
对电网电压及同网设备的影响；
对拖动负载的影响。
机械冲击
电机轴、笼条、联轴机构、轴承座、负载机轴等产生破坏性损害。
为最大程度地减少电动机起动时对电网所产生的冲击，对起动引起的配电系统的电压降相应的规范都做出了一定的限制，如对频繁起动的电动机，起动时造成的供电电压波动不大于10％；对不频繁起动的电动机不大于15％；当电动机不与照明或其它对电压敏感的负载共用变压器时，电动机不频繁起动时造成的供电电压波动不大于20％等等。
2、鉴别一种起动方式优劣的原则
(I)Tst尽可能小(≥1.1TN)，起动过程平均电磁转矩足够大；
(2)起动过程平滑无冲击；
(3)尽可能地限制电机起动电流；
(4)起动时间尽可能地短；
(5)保护功能完善，安全可靠；
(6)操作及维护方便，设备简单经济；
(7)起动过程功耗小，无谐波污染，等等。
3、电动机常见的起动方式
按照电机拖动理论，电动机的起动方式分为三种：全压直接起动；降压限流起动；变频变压(VVVF)起动。
其中降压限流起动可通过星一三角、电抗器、自藕变压器、固态软启动器及水(液)电阻等方式来实现。
4、各种电动机起动方式的比较
4.1 额定电压直接起动
额定电压直接起动不需要专门的起动设备，只需要开关类器件控制接通电源既可，简单经济。但该起动方式起动电流大(约为5～7IN)，起动转矩冲击大(约为1.4～2.4TN)，而且能否全压直接起动还受很多因素和条件的限制，比如交流电网短路容量、供电变压器容量、供电线路长度、其它负载对电压稳定性要求、起动是否频繁、拖动系统转动惯量、电业部门相关的要求与规定等等。
4.2 星－三角起动
星一三角起动方式一般实用于125kW及以下的三相低压笼型电动机的起动和停止，由接触器、热继电器、时间继电器等组成的，可自动进行“星三角”转换，以降低电动机起动电压及电流。起动电流(星形起动电流)一般不超过电动机额定电流的2.5倍，三角形运转电流为电动机额定电流的0.58倍，起动转矩为全压起动的1／3。
4.3 电抗器
该起动方式起动机械特性较硬，起动电流大，一般在4IN以上，平均起动电磁转矩小。电抗器一般根据用户提供的电机及负载参数制作，一次成形，参数不可调节，工况适应性差，电机功率一般在2000kW以下。
4.4 自耦变压器
起动机械特性也比较硬，起动电流较小，平均起动电磁转矩小，不允许连续起动及频繁起动，虽然有几种抽头可供选择(一般三种，不同厂家不同型号，要求不一样，输出电压组不一样)，但难以保证电机起动性能最佳，甚至有可能满足不了起动要求。而且对工况变化不可能做到最佳的适应性调整。
4.5 固态软起动器
固态软起动也称电子式软起动。其三相晶闸管串联于电源与电机之间，通过开环控制方式，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压从零到全压以预设函数关系逐渐上升，直至电机全压，起动结束，可旁路运行使晶闸管脱离主回路，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。可实现斜坡升压软起动、斜坡恒流软起动、阶跃起动、脉冲突跳起动。
其优点是：起动电流较小，装置体积相对小，起动方式可适用于多种性质的负载。
其缺点是：价格高，元器件耐压的限制一直不好解决，目前低压应用较成熟，在中压(6／10kV)还有很多问题，控制方式复杂，维护成本高，du／dt对电机绝缘破坏性较大，还有谐波污染问题。
4.6 液态软起动器
4.6.1 工作原理
电机起动时，在电动机定子回路串人一特制液体电阻，该电阻在电机起动初始时刻自动投入，阻值在预定起动时间内均匀无级减少，从而达到改变电动机端电压，使电机转速平滑上升，平稳限制主电机电流，当电机转速接近额定转速时，主机电流下降，并在阻值几近为零时切除起动装置，实现平稳运行，完成起动过程。
4.6.2 一次原理简图及液体电阻箱结构示意图
4.6.3 应用举例
某矿山开采企业3200kW压风机起动曲线(ABB电机Ue=10000V Ie=202A
起动效果：
从以上仿真曲线图可以看出液阻起动设备对该电机的起动时间为45S，起动电流倍数为3.1。根据经验，其它起动方式如全压起动时间为26S，起动电流为5Ie:80％ue起动时间为54S，起动电流倍数为3.9。
4.7 笼型电动机软起动方式比较
5、结语
通过以上对比，液态软起动方式相对其它起动方式具有对工况及电网的环境要求低，运行成本低，不产生谐波污染，起动过程平滑等诸多优点。在电网短路容量及变压器容量不是足够大，或瞬时机械冲击过大时，液态软起动方式是可能采取的最佳起动方式之一。特别是各种矿山企业，大功率设备较多，生产环境较差，井下湿度较大，在这种工况下，(高压)液态软起动方式可大大减少用户设备起动时造成的大电流冲击及电网压降，保护设备免受机械冲击，提高起动成功率，提高变压器利用率，降低企业与供电网络的投资费用。由于冲击程度降低，使设备寿命提高，设备投资和维护费用相应降低。