低压绕线型电动机频敏变阻器起动方式的探讨

张宝喜

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

1 前言

感应电机也称异步电机，它依靠定子转子间的电磁感应，在转子绕组内感应电动势以实现机电能量的转换。感应电动机是工农业生产中应用最广泛的电机，它运行效率高、能够可靠地运行，并且设备结构简单，所以制造十分简单、便宜，而且设备寿命长，应用场所比较广泛[1]。

感应电动机也有缺点，例如起动电流较大、难以经济地实现大范围的平滑调速、需从电网吸收滞后的无功电流建立磁场从而降低电网的功率因数等。尽管如此，很多场合对调速要求并不高（如风机、水泵等），而且起动特性还可以通过其他措施改善，故感应电动机仍得到了广泛应用[2]。

2 低压绕线型电动机起动方式的选择

2.1 感应电动机的分类

按转子结构的不同，感应电动机分为鼠笼式和绕线式两大类[3]。

笼型转子绕组的结构如果去掉铁芯，整个转子绕组的外形如鼠笼，每个转子槽内都有一根铜质或铝质的导条，所以称为鼠笼式。笼型感应电动机结构简单、制造方便，是一种经济耐用的电机，应用极为广泛。

绕线式转子的绕组结构和定子绕组相似，是用绝缘导线嵌放于转子铁芯槽内，按星形接法连接成三相对称绕组，三相出线端分别接于安装在转子轴上的三个滑环，通过电刷可以引出电流。绕线式转子的特点是可以接入附加电阻在转子绕组回路内（通过电刷和滑环），进而使电动机的起动特性提高，或调节电动机的转速[4]。

2.2 低压绕线型电动机起动方式的选择要求

根据现行规范要求，起动时应满足下述规定：

1）对于400V系统，起动时，对电网造成的电压降不超过规定的数值，一般要求经常起动的电动机，小于或者等于40V；偶尔起动时，小于或者等于60V。在保证生产机械所要求的起动转矩而又不影响其他用电设备的正常工作时，其电压降可允许为小于或者等于80V。由单独设置的变压器专供电的电动机，传动机械要求的起动转矩决定其电压降允许值。

2）当变压器的负载率小于90%时，变压器的起动容量如以每12h起动3次，每次起动时间为15s，则最大起动电流可为变压器额定电流的4倍。总之，供电设备和电网的过载能力不低于起动功率。

3）电动机的起动转矩标幺值应不小于传动机械的静阻转矩标幺值。

式中：电动机静阻转矩M×j，电动机全电压起动时的转矩M×q，起动时母线上的电压U×m。

4）起动时，需确保起动装置和低压绕线式电动机的热稳定度和动稳定度[5]。

2.3 低压绕线型电动机起动方式的比较

电动机的起动方式，常用的是直接起动、变频起动和减压起动。

变频起动具有高效率、高性能的特点，伴随着电力电子技术和微电子技术的发展，变频起动得到了广泛的应用，但是其系统复杂，造价较高，转速变化率小，对项目的初始投资造成了一定的困难。

绕线型转子异步电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式。两者各有优缺点，前者起动转矩大但控制较复杂，且起动电阻体积大、维修麻烦；而后者具有恒转矩的起制动特性，能够平滑、无级、自动地起制动各种功率的交流绕线型电动机，频敏变阻器又是静止元件，很少需要维修。因此，绕线型转子异步电动机多采用频敏变阻器起动[6]。

2.4 频敏变阻器起动原理

频敏变阻器本质上是一个铁芯损耗非常大的三相电抗器设备。它具有铁芯以及线圈两个部分，由数片E形硅钢片叠成，采用星形连接，并制成开启式。将其串接在绕线型转子异步电动机转子回路中，相当于使其转子绕组接入一个铁损较大的电抗器。频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降自动减小，所以它是绕线型转子异步电动机较为理想的一种起动设备，常用于较大容量的绕线式电动机的起动控制。

当电动机反接时，频敏变阻器的等效变阻器阻抗最大，从反接制动到反向起动过程中，其等效阻抗始终随转子电流频率的减小而减小，使电动机在反接过程中转矩亦接近于恒定。因此频敏变阻器尤为适用于反接制动和需要频繁正反转工作的机械。

低压绕线型异步电动机的起动和制动工作制分为：偶尔起制动工作制和断续周期工作制的起制动。此两种工作制的原理相同，但是选取过程有一些区别，断续周期工作制的起制动比偶尔起制动更加复杂些。本文仅对偶尔起制动这种工作制进行讨论，所述的频敏变阻器为小型片式三相结构[7]。

2.5 项目实用举例

某项目空压机传动电动机的型号及技术数据：JR-127-8，Pe=130kW，Uze=285V，Ize=270A，属于轻载起动。

根据现有条件，计算起动频敏变阻器的参数：

1）确定铁芯规格：用于偶尔起动的频敏变阻器铁芯号为2号、3号、7号。轻载、重载偶尔起动，功率因数不宜过高，可选用叠片式结构，即2号铁芯或3号铁芯；重轻载偶尔起动，对功率因数有一定要求，宜选用方柱式结构，即7号铁芯。小功率电动机选用2号铁芯，当铁芯片数超过12片后，选用3号铁芯。如果3号铁芯超过16片，则采用两台或数台，并且确定并联数b和串联数c。

选用2号铁芯。

2）计算铁芯片数ΣN=KN×Pe=0.0897×130=11.66片，进整取12片。

3）计算绕组匝数W=KW×Pe/（C×N×Ize）=868.8×130/（1×12×270）=34.8匝，进整32匝。

4）计算导线截面S：S=Ize/（b×je）=270/（1×20）=13.5mm2，进整为16mm2。

相关系数值运用及变阻器参数见表1~3。

表1 某厂家不同铁芯系数KN值选用表

表2 某厂家不同铁芯系数KW值选用表

表3 某厂家不同铁芯偶尔起制动用频敏变阻器N、W、S参数分档表

3 结束语

1）对于绕线式电动机采用频敏变阻器这种起动方式，可以省去庞大的起动电阻，而且线路简洁，维护容易，这些都是可见的优点。缺点是功率因数低（一般为0.5~0.75），不宜用在低转速下运转和起动转矩大的场合，起动转矩小。

2）对于断续周期工作制所用的频敏变阻器的选择，由于电动机常处于起动制动状态，有需要反接的情形，操作频繁，频敏变阻器常接于转子电路中，需要按照电动机的操作频繁程度分类选配频敏变阻器，并不适用于本文讨论的方法。

3）笔者总结归纳一些设计实例与计算方法，还请广大读者给出批评和指正。