无刷自控软起动器起源及发展
翟佑华 付 军
河南油田南阳石蜡精细化工厂 河南油田党政办(473132)
摘要：本文介绍了人们为实现绕线电机无刷运行，所采取的措施和步骤及每一个步骤所带来的技术进步。特别是无刷自控电机软起动器的生产和使用过程中发现的不足及解决的办法，使读者对无刷自控电机软起动器有一个全面的了解和认识。
关键词：软起动器 起动电流 起动转矩 起动比1 无刷自控 绕线电机
背景技术
三相绕线式转子交流异步电动机因转子可外接电阻、频敏变阻器和反电势。它不但能限制电机的起动电流，还能增加电机的起动转矩和起动时的功率因素，使电机起动比接近1（转子串电阻和反电势时，起动比接近1，串频敏变阻器时，起动比最高可以达到0.55，而普通的鼠笼型电机起动比小于0.2）。因此，三相绕线式转子交流异步电动机在大容量、大转矩的机械设备中得到广泛应用。但：（1）三相绕线式转子交流异步电动机因需将转子电流通过电刷、滑环、电缆等引到地面控制柜，控制设备复杂，运行维护成本高；（2）碳刷、滑环、联接转子回路的电缆及短接装置需消耗大量的电能，降低了电机的效率；（3）电刷与滑环间磨下的碳粉会导致电机绝缘的降低，引发电动机故障；电刷的磨损、压力弹簧锈蚀，引起电刷与滑环间打火造成拖动系统可靠性降低，运行维护工作量增大。因此，自三相绕线式转子交流异步电动机诞生开始，人们就一直探索无刷运行。
1． 深槽或双鼠笼电机
从三相异步电动机的运行特性可以知道，适当增加转子电阻，可以改善电动机的启动性能。在普通鼠笼电机中，转子电流回路是闭合的，无法串入电阻。人们从转子槽形入手，设法利用转子电流，在电机启动时，频率较高，深槽部分漏磁通多，阻抗大，出现启动电流较小的“集肤效应”现象，制成深槽或双鼠笼电机，来达到改善电机启动性能的目的。由于它人为地增加了电机转子漏抗和转子电阻，电机的最大启动转矩、正常运行的功率因素和效率（效率降低3—7%）均有所降低。深槽或双鼠笼电机是靠牺牲电机的运行性能来换取电机的启动性能，正因如此，它一般只用在对电气可靠性要求较高、工作环境较恶劣、单机容量较少的场合，如油田的抽油机等。
2． 双绕组电机
《中小型电机》杂志2001年第四期64页上公开了一种“无刷双绕组三相异步电动机”（简称：双绕组电机）。它是利用两套定子绕组和两套转子绕组的方法实现无刷运行。两套转子绕组并联后与装在转子上的旋转电阻相联接，通过改变两套定子绕组输入电源的相位，来改变转子电阻的端电压，达到增加电机启动转矩、减少启动电流；根除绕线电机碳粉、电火花引起的绕组匝间短路、击穿和集电环烧损等故障的目的。但该电机存在以下不足之处：
A、有两套定子绕组和两套转子绕组，增加了电机的体积、材料消耗和人工成本；
B、控制电路复杂，增加了电机用户的成本和维护工作量；
C、开发该电机需重新设计、制造电机外壳和转轴，增加了电机的开发成本；
D、对外接线有9根，可以组成几十种接线方式，如有一种不按规定接线，就会造成电机不能正常工作，甚至短路等损坏电机事故；
E、人工通过控制开关改变启动过程中的电机输入电源的相位，达到减少启动电流、增加启动转矩的目的。由于电机启动时间很短（约3-10秒），在这个很短的时间内，由人工通过控制开关切换电机的六个档位，很难保证控制状态处于最佳：即很难保证在启动过程中，电机电流处于最小、转矩处于最大的目的。
3． 无刷电机
申请号为99115551.3、名为“无刷绕线式三相异步电动机电机”（简称：无刷电机）的发明专利；专利号为：ZL98224515.7，名为“无刷无环启动器”的实用新型专利，均采用在电机转子上安装一个频敏变阻器的方法，改善电动机的启动性能。它虽能增加电机启动转矩，减少启动电流；根除绕线电机碳粉、电火花引起的绕组匝间短路、击穿和集电环烧损等故障。但由于电机正常运转时，转子电流要通过频敏电阻，从而降低了电机的效率和增加了转子频敏电阻的发热量。频敏变阻器是一个电感，起动比较小，同时，为减少这个发热量，和照顾电机的起动力矩，电机的起动电流一般均大于额定电流的4倍以上，因它的主要性能同深槽或双鼠笼电机相当，所不同的只是一个利用“集肤效应”且在转子内部减少启动电流，另一个是增加一套频敏变阻器且放在电机的转轴上，且均以牺牲电机的效率为前提，不能在实际生产中广泛地应用。
4． 无刷自控绕线式异步电动机
2001年，作者成功地发明发一种无刷自控绕线式异步电动机。并获得专利权（专利号：ZL01277402.2）。它的任务是克服上述几种方法的不足，设计出一种高启动转矩、高效率和低启动电流的交流异步电动机。
无刷自控电机的主要技术方案是：电机组成如图1所示，它的基本结构与普通绕线电机相同；不同之处，只是在原电机装滑环的主轴输出端，去掉滑环、电刷及刷架，更换成可旋转的三相电阻（3）和离心开关（2）。
无刷自控电机控制原理如图2所示，即：转子电阻（3）由装在转轴上的离 |
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