船舶电动机起动方式分析比较

1.前言

1.1现代船舶中有大量的电动机负荷，电动机启动瞬间启动电流可达额定电流的5—7倍，会导致机端电压及母线处电压降落，影响船舶电网中的电能质量，严重时造成其他电动机停止工作，影响船舶电网的稳定运行。因此，有必要分析船舶电网中电动机的启动方案，其启动方案有：直接启动；‚降压启动（其中降压起动分别有自耦变压器启动和Y－△启动）；ƒ软启动；„变频器启动。
2.启动方案分析

2.1直接启动
2.1.1直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。理论上来说，所有的电动机都可以直接启动。经常启动的电动机，需要提供电源的变压器的容量大于电动机容量的5倍以上；不经常启动的电动机，需要提供电源的变压器容量大于电动机容量的3倍以上；这一要求对于小容量的电动机容易实现，所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的，不需要降压启动。对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网稳定运行不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。
2.1.2直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关（断路器）等实现电动机的近距离操作、点动控制，速度控制、正反转控制等，也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。

 2.3软启动器
2.3.1软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。运用不同的方法，改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。
2.3.2软启动器的优点是降低电压启动，启动电流小，适合所有的空载、轻载异步电动机使用。缺点是启动转矩小，不适用于重载启动的大型电机。

2.4变频器
2.4.1变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
2.4.2比起其他控制装置，变频器的精妙之处，在于频率与电压是成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，近似于恒功率调速方式，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
2.4.3变频器价格虽贵但性能良好，结构复杂但使用简单，是现代控制电动机启动运行最优秀的设备。

2.4.4交-交变频的工作原理：交流输出的正半周电流由正组整流器提供，负半周电流由负组整流器提供。交-交变频电路由正、负两组相控整流器组成，通过适当的相位控制，使两组整流器轮流导通，正、负组整流器分别流过负载中的正向和反向输出电流。由于每组整流器都可实现相位控制，为了得到低频输出，可以在电源的若干周波内，先封锁负组整流器，使正组整流器的相控角连续地按一定规律逐渐由大变小，再由小变大。然后在电流正半波输出结束后立即封锁正组整流器，再对负组整流器进行同样的控制，又可构成负半周的低频输出。因此只要电源频率相对输出频率高出许多倍，就可以近似认为输出电压是平滑的正负两半周对称的低频正弦波。工作原理图如下：
向左转|向右转

3.各启动方案比较

通过以上的各种启动方式分析得出以下比较结论：变频器起动性能最优，而变频器更重要的作用在于带载调速；‚软起动器根据控制策略的不同，具有不同的起动性能，适用于大容量电动机，且同一汇流排先的电动机可共用同一软起动器；ƒ在自耦变压器启动和Y－△角启动两种降压起动方式中，自耦变压器起动方式性能较优良，但Y－△角启方式成本更高；Y－△起动方式适用于正常运行时绕组三角接线的电动机，可应用于船舶低压系统中容量不大的电动机。