随着国民经济的发展，生产设备越来越大型化。工业领域的球磨机、破碎机、风机、水泵、打浆机、轧钢机等设备中的电动机容量越来越大。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，且有较高的起动转矩、起动功率因素和较小的起动电流，故在大容量、大转矩的电机中得到广泛应用。
1 绕线电机常用起动方法和存在的主要问题
绕线电机常用的起动方法有：
A、频敏变阻起动柜：它是将绕线式电机转子回路通过滑环、碳刷引入地面的频敏变阻起动柜内，在电机起动时，串入频敏变阻器，随着电机转速的增加，转子电流频率的降低，频敏变阻阻抗逐步减少，达到连续限制电机起动电流的目的。电机起动结束后、还需通过接触器或短路环将频敏变阻短接（部分中小型电机在转子上装有短路环）。串频敏变阻器起动，由于频敏变阻器实际上是一个电感元件，它降低了电机起动时的功率因数。即如要产生电机额定转矩的起动转矩，电机起动电流须是电机额定电流的2.5倍以上。因此，它一般用在对起动转矩要求不太高的风机、水泵、空压机和球磨机电机上。它的变形产品：无刷无环起动器是将频敏变阻器直接安装在电机转子上，实现电机无刷运行。无刷无环起动器存在：（1）起动电流一经出厂，就无法调整。（2）重量是无刷自控电机软起动器的1.8倍以上，且起动器{zd0}功率无法越过500KW。（3）电机正常运行时，频敏变阻器不短接，会产生一定的功率损耗。
B、绕线式异步电机串电阻多级起动柜，它也是将电机转子电流引入起动柜内，通过时间、电流或凸轮控制器改变电阻的大小，达到增加电机起动转矩、减少起动电流的目的。但复杂的起动控制装置，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流，因此，它只用在对起动转矩要求特高的起重机，轧钢机等设备上。它的变型产品是：绕线式异步电动机液态电阻起动柜，它是将绕线式电机转子回路通过滑环、碳刷引入地面，将液体电阻串入电机的转子回路，通过伺服电机改变液体电阻的大小，达到无级连续调整电机起动转矩和起动电流的目的。它与凸轮控制器改变电阻相比，{zd0}的优点是：无级连续调整电机电流；缺点是：常见的绕线式异步电动机液态电阻起动柜，没有考虑液体电阻对极板及其传动设备的腐蚀作用、没有考虑装置的密封和防爆、没有考虑环境温度对起动装置的影响，造成寿命低，应用范围小，不能安装在有振动的地方（如行车上）和北方的室外和造价高等缺点。
柜式起动设备均需将转子电流通过电刷、滑环、电缆等引到地面控制柜，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。滑环、电刷压力弹簧锈蚀，引起电刷与滑环间打火。因对电机保养提出了更高的要求。同时电机起动过程人为给定，不能适应不同负载；起动装置元器件多、二次回路复杂、故障率高、维护保养技术要求高、拖动系统综合价格高是它们共同的另一个通病。
由于上述起动装置一些无法克服的缺陷，为满足用户的要求，开发了无刷自控电机软启动器。
2 无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点
2.1无刷自控电机软起动器简介
无刷自控电机软起动器是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。它主要由机壳、电解液、极板、弹簧、接线柱、安全排气阀等构成。它的内部原理结构是，当电机起动时，一方面，随着电机转速的升高，动极板在离心力的作用下，逐步靠近机壳，串入电机转子内的电阻逐步减少，并在达到额定转速时，与外壳短接，电阻降为零；另一方面，动极板与机壳间的水电阻，因通过电流而发热，在水电阻负温度特性的作用下，电阻也会逐步减少。在上述两方面的作用下，使电动机以恒定电流、恒定转矩起动。
2.2无刷自控电机软起动器工作原理
无刷自控电机软起动器控制原理。它与绕线式交流异步电动机转子串入可变电阻相当。在电机起动过程中，水电阻大小通过下述方法进行调节：
a） 改变极板的距离：随着电机转速的升高，离心力加大，水电阻极板距离逐步减少，并在电机转速达到电机额定转速经过一段延时后，将水电阻极板距离降为零。
b） 改变水电阻的温度：水电阻通过电流后温度自动升高，在水电阻负温度特性的作用下，电阻逐步减少。
2.3无刷自控电机软起动器结构特点
为保证水电阻能在电机转子上长期免维护运行，无刷自控电机软起动器在整体设计上应用了以下技术：
1、选用具有下述特性的电解液为水电阻：A、对金属（铜和钢）具有防锈作用；B、通过大电流后，不发生电解液变质、极板腐蚀、产生气体的化学反应；C、电解液的冰点为-25℃，沸点为120℃，以满足不同环境下安全工作的要求。2、起动器采用金属全密封结构，尽可能减少密封面数量。3、设置安全排气阀，在电机转速达到额定转速后，自动打开安全排气阀，保证正常运行时的起动器内部的压力与大气压一致；同时，为避免因电机长时间堵转，电解液烧开、起动器内部压力升高，设置安全排气阀，自动泄气，保证电机起动前的安全。
3 达到的效果
无刷自控电机软起动器实现了绕线式异步电动机无刷自控运行，避免了绕线式异步电机因存在滑环、碳刷，造成运行维护工作量大、故障率高的缺点，达到了以下效果：
a) 无刷自控电机软起动器能以额定电流、额定转矩起动电动机，同时启动电流启动转矩可以根据负载性质，通过改变电解液内电解质的浓度，方便无级调整。避免了高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电阻）、磁控电抗器、固态（晶闸管）软起动设备，起动转矩与起动电流的平方成正比，当电流降低50%时，起动转矩降低 75%的影响，起动电流必须大于电机额定电流3倍以上，才能起动轻载电机这一缺点。
b)无刷自控电机软起动器起动过程是电机根据本身的转速自动完成，无需人去干涉。其它起动装置一般靠时间继电器、电流继电器等间接控制；电机起动结束后，还要靠人去将起动装置退出运行（特别是高压电机），如退出时机不对，会威胁电机、机械、供电和起动设备的安全运行。
c)当电网电压较低或负载较重，造成电机输出转矩不足时，水电阻的温度会因通过电流而升高，电阻自动降低，从而逐步提高电机电流，电机起动转矩自动增加，确保电机一次起动成功。
d)无刷自控电机软起动器使电机的起动电流限制在额定电流附近，避免过大的起动电流对电机造成的各种危害。
e)如电机出现堵转现象，电机会自动加热电解液，当电解液烧干后，电机电流会自动降为零，避免电机因长时间堵转而烧坏。
f)电机运行过程中，遇到突加负载（如轧钢机在轧钢过程中出现堵转），随着电机转速的降低，起动电阻会自动串入转子回路，达到增加转矩，减少电流，保护电机安全的目的。
g) 一台1400KW电机无刷自控电机软起动器的市场售价仅2万元。是相同容量的常规软起动装置需12万元以上，一台1400KW电机无刷自控电机软起动器外形仅是一个Φ600×320的圆柱体，并直接安装在电机上。而相同容量的高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电阻）起动装置外形尺寸为(1700+ 1200)×1200×2800，需进行基建投资。
h)电机和起动装置合为一体变成了无刷自控电机。对用户来说，它就是一台具有优良起动性能（不用配置起动控制柜及相应电力电缆、控制电缆，不用考虑起动设备安装调试，就能使电机以额定电流、额定转矩起动）的“鼠笼式异步电动机”。起动设备安装完成后，对起动装置无需进行任何操作和维护。
4 典型应用
上海市供排水公司，有数十台10KV，480KW防洪排涝水泵电机，原均使用频敏变阻器起动柜起动电机，由于它必须使用碳刷、滑环、起动控制柜等装置，故障率高。该公司为提高排水装置的可靠性，决定采用“无刷自控电机软起动器”，使起动电流由电机额定电流的4倍降为额定电流的两倍，满足了该公司对起动装置的要求。
湖南柿竹园有色金属有限责任公司，有两台380V，280KW球磨机电动机，原均使用频敏变阻器起动柜起动电机，电机起动时，起动电流达到电机额定电流的4倍以上，单台电机起动时的电压降达到电源额定电压的10%以上。同时，由于该公司离电源中心较远，电源电压较低，经常出现电机起动失败现象，严重时，出现起动装置损坏。采用“无刷自控电机软起动器”后，电机的起动电流降到电机额定电流的2倍左右，电机起动压降降为额定电压的6%，并且从未出现电机起动失败现象，减少了电机运行维护工作量和故障率，受到了现场运行维护人员的喜爱。
5 结束语
无刷自控电机软起动器将电气控制、机械设计和电化学技术有机地结合在一起，使交流电动机以较简单的结构、较低的成本实现了以额定电流、额定转矩起动的梦想。无刷自控电机软起动器为需要大起动转矩、小起动电流的用户找到了降低电机拖动及控制系统的成本有效方法。无刷自控电机软起动器必将以优良的起动性能、低廉的价格、对电源和负载自适应的能力、微小的体积、节能和运行维护方便等特点，获得更广泛的应用。