電動機直接啟動與變壓器容量的關(guān)系

1、電動機直接啟動與變壓器容量的關(guān)系交流電動機以其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格便宜、轉(zhuǎn)子慣量小等特點，得到了最廣泛的應用。但其啟動電流高達電機額定電流的510倍，不僅對電動機及所拖動的設備造成電氣和機械損傷，而且引起電網(wǎng)電壓下降，影響同一電網(wǎng)的其他電氣設備的運行。為了保證電動機啟動時對端電壓的要求和避免對同一電網(wǎng)的其他電氣設備的運行的影響，就需要增大電源變壓器的容量，一般來說，需要經(jīng)常直接啟動的電動機其功率不大于變壓器容量的20；不需要經(jīng)常直接啟動的電動機其功率不大于變壓器容量的30。如果采用直接啟動方式，不僅需要增大變壓器的一次投資，而且更重要的是增大了變壓器的基本電費（容量電費）。因此，

2、這種啟動方式，大型電動機已極少采用。需要采用降壓啟動和軟啟動方式。驗證電動機能否直接起動的經(jīng)驗公式 電動機能否直接起動，可有下列經(jīng)驗公式來確定： 式中：C系數(shù)，隨電源總?cè)萘康谋戎刀儎?，見下表?IQ電動機的起動電流，安； In電動機額定電流，安； 電源總?cè)萘侩妱訖C容量11.522.533.544.555.56C10.7500.6250.5500.5000.4650.4380.4170.4000.3810.375例：設電源總?cè)萘繛?000千瓦，電動機的容量為910千瓦。則： 從表中查出C值為0.625 因此 在這種情況下電動機是可以直接起動的。三相異步電動機的啟動控制線路三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)

3、簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優(yōu)點。與同容量的直流電動機相比，異步電動機還具有體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小的特點。因此，在工礦企業(yè)中異步電動機得到了廣泛的應用。三相異步電動機的控制線路大多由接觸器、繼電器、閘刀開關(guān)、按鈕等有觸點電器組合而成。三相異步電動機分為鼠籠式異步電動機和繞線式異步電動機，二者的構(gòu)造不同，啟動方法也不同，其啟動控制線路差別很大。一、鼠籠式異步電動機全壓啟動控制線路在許多工礦企業(yè)中，鼠籠式異步電動機的數(shù)量占電力拖動設備總數(shù)的85%左右。在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機應該盡可能采用全電壓直接起動，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修

4、工作量。電動機單向起動控制線路常用于只需要單方向運轉(zhuǎn)的小功率電動機的控制。例如小型通風機、水泵以及皮帶運輸機等機械設備。圖1是電動機單向起動控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡單的控制線路，能實現(xiàn)對電動機的起動、停止的自動控制、遠距離控制、頻繁操作等。圖1單向運行電氣控制線路在圖1中，主電路由隔離開關(guān)QS、熔斷器FU、接觸器KM的常開主觸點，熱繼電器FR的熱元件和電動機M組成?？刂齐娐酚善饎影粹oSB2、停止按鈕SB1、接觸器KM線圈和常開輔助觸點、熱繼電器FR的常閉觸頭構(gòu)成。控制線路工作原理為：1、起動電動機 合上三相隔離開關(guān)QS，按起動按鈕SB2，按觸 器KM的吸引線圈得電，3對常開主

5、觸點閉合，將電動機M接入電源，電動機開始起動。同時，與SB2并聯(lián)的KM的常開輔助觸點閉合，即使松手斷開SB2，吸引線圈KM通過其輔助觸點可以繼續(xù)保持通電，維持吸合狀態(tài)。凡是接觸器（或繼電器）利用自己的輔助觸點來保持其線圈帶電的，稱之為自鎖（自保）。這個觸點稱為自鎖（自保）觸點。由于KM的自鎖作用，當松開SB2后，電動機M仍能繼續(xù)起動，最后達到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。2、停止電動機 按停止按鈕SB1，接觸器KM的線圈失電，其主觸點和輔助觸點均斷開，電動機脫離電源，停止運轉(zhuǎn)。這時，即使松開停止按鈕，由于自鎖觸點斷開，接觸器KM線圈不會再通電，電動機不會自行起動。只有再次按下起動按鈕SB2時，電動機方能再次起動運

6、轉(zhuǎn)。也可以用下述方式描述： 合上開關(guān)QS 起動KM主觸點閉點電動機M得電起動、運行 按下SB2KM線圈得電KM常開輔助觸點閉合實現(xiàn)自保 停車KM主觸點復位電動機M斷電停車 按下SB1KM線圈失電 KM常開輔助觸點復位自保解除 3、線路保護環(huán)節(jié) （1）短路保護 短路時通過熔斷器FU的熔體熔斷切開主電路。 （2）過載保護 通過熱繼電器FR實現(xiàn)。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件上流過幾倍額定電流的電流，熱繼電器也不會立即動作。因此在電動機起動時間不太長的情況下，熱繼電器經(jīng)得起電動機起動電流的沖擊而不會動作。只有在電動機長期過載下FR才動作，斷開控制電路，接觸器KM失電，切斷電動機主電路，電動機

7、停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護。 （3）欠壓和失壓保護 當電動機正在運行時，如果電源電壓由于某種原因消失，那么在電源電壓恢復時，電動機就將自行起動，這就可能造成生產(chǎn)設備的損壞，甚至造成人身事故。對電網(wǎng)來說，同時有許多電動機及其他用電設備自行起動也會引起不允許的過電流及瞬間網(wǎng)絡電壓下降。為了防止電壓恢復時電動機自行起動的保護叫失壓保護或零壓保護。 當電動機正常運轉(zhuǎn)時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故；電源電壓過分地降低也會引起電動機轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。因此需要在電源電壓降到一定允許值以下時將電源切斷，這就是欠電壓保護。 欠壓和失壓保護是通過接觸器KM的自鎖觸點來實現(xiàn)的

8、。在電動機正常運行中，由于某種原因使電網(wǎng)電壓消失或降低，當電壓低于接觸器線圈的釋放電壓時，接觸器釋放，自鎖觸點斷開，同時主觸點斷開，切斷電動機電源，電動機停轉(zhuǎn)。如果電源電壓恢復正常，由于自鎖解除，電動機不會自行起動，避免了意外事故發(fā)生。只有操作人員再次按下SB2后，電動機才能起動。控制線路具備了欠壓和失壓的保護能力以后，有如下三個方面優(yōu)點： 防止電壓嚴重下降時電動機在重負載情況下的低壓運行； 避免電動機同時起動而造成電壓的嚴重下降； 防止電源電壓恢復時，電動機突然起動運轉(zhuǎn)，造成設備和人身事故。 二、三相鼠籠式異步電動機降壓起動線路鼠籠式異步電動機采用全壓直接起動時，控制線路簡單，維修工作量較少

9、。但是，并不是所有異步電動機在任何情況下都可以采用全壓起動。這是因為異步電動機的全壓起動電流一般可達額定電流的4-7倍。過大的起動電流會降低電動機壽命，致使變壓器二次電壓大幅度下降，減少電動機本身的起動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機根本無法起動，還要影響同一供電網(wǎng)路中其它設備的正常工作。如何判斷一臺電動機能否全壓起動呢？一般規(guī)定，電動機容量在10kW以下者，可直接起動。10kW以上的異步電動機是否允許直接起動，要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量的比值來確定。對于給定容量的電動機，一般用下面的經(jīng)驗公式來估計。Iq/Ie3/4+電源變壓器容量(kVA)/4電動機容量(kVA)式中 Iq電動機全電壓起動電流（A）

10、；Ie電動機額定電流（A）。若計算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗公式，一般可以全壓起動，否則不予全壓起動,應考慮采用降壓起動。有時，為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機械設備的沖擊作用，允許全壓起動的電動機，也多采用降壓起動方式。鼠籠式異步電動機降壓起動的方法有以下幾種：定子電路串電阻（或電抗）降壓起動、自耦變壓器降壓起動、Y-降壓起動、-降壓起動等.使用這些方法都是為了限制起動電流,(一般降低電壓后的起動電流為電動機額定電流的2-3倍)，減小供電干線的電壓降落，保障各個用戶的電氣設備正常運行。1、串電阻（或電抗）降壓起動控制線路在電動機起動過程中，常在三相定子電路中串接電阻（或電抗）來降低定子繞組上的電壓，使電動機

11、在降低了的電壓下起動，以達到限制起動電流的目的。一旦電動機轉(zhuǎn)速接近額定值時，切除串聯(lián)電阻（或電抗），使電動機進入全電壓正常運行。這種線路的設計思想，通常都是采用時間原則按時切除起動時串入的電阻（或電抗）以完成起動過程。在具體線路中可采用人工手動控制或時間繼電器自動控制來加以實現(xiàn)。圖2定子串電阻降壓起動控制線路圖2是定子串電阻降壓起動控制線路。電動機起動時在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞組電壓降低，起動后再將電阻短路，電動機仍然在正常電壓下運行。這種起動方式由于不受電動機接線形式的限制，設備簡單，因而在中小型機床中也有應用。機床中也常用這種串接電阻的方法限制點動調(diào)整時的起動電流。圖2（A

12、）控制線路的工作過程如下：按SB2 KM1得電（電動機串電阻啟動）KT 得電 （延時） KM2得電（短接電阻，電動機正常運行）按SB1，KM2斷電，其主觸點斷開，電動機停車。只要KM2得電就能使電動機正常運行。但線路圖(A)在電動機起動后KM1與KT一直得電動作，這是不必要的。線路圖(B)就解決了這個問題，接觸器KM2得電后，其動斷觸點將KM1及KT斷電，KM2自鎖。這樣，在電動機起動后，只要KM2得電，電動機便能正常運行。串電阻起動的優(yōu)點是控制線路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，動作可靠，提高了功率因數(shù)，有利于保證電網(wǎng)質(zhì)量。但是，由于定子串電阻降壓起動，起動電流隨定子電壓成正比下降，而起動轉(zhuǎn)矩則按電壓下降

13、比例的平方倍下降。同時，每次起動都要消耗大量的電能。因此，三相鼠籠式異步電動機采用電阻降壓的起動方法，僅適用于要求起動平穩(wěn)的中小容量電動機以及起動不頻繁的場合。大容量電動機多采用串電抗降壓起動。2、串自耦變壓器降壓起動控制線路（1）線路設計思想在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器的初級和電源相接，自耦變壓器的次級與電動機相聯(lián)。自耦變壓器的次級一般有3個抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時，可根據(jù)起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動機起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓，一旦起動完畢，自耦變壓器便被切除，電動機直接接至

14、電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機進入全電壓運行。通常稱這種自耦變壓器為起動補償器。這一線路的設計思想和串電阻起動線路基本相同，都是按時間原則來完成電動機起動過程的。圖3定子串自耦變壓器降壓起動控制線路線路工作原理： 閉合開關(guān)QS。 起動 按下按鈕SB2，KM1和時間繼電器KT同時得電，KM1常開主觸點閉合，電動機經(jīng)星形連接的自耦變壓器接至電源降壓起動。 時間繼電器KT經(jīng)一定時間到達延時值，其常開延時觸點閉合，中間繼電器KA得電并自鎖，KA的常閉觸點斷開，使接觸器KM1線圈失電，KM1主觸點斷開，將自耦變壓器從電網(wǎng)切除,KM1常開輔助觸點斷開，KT線圈失電，KM1常閉觸點恢復閉合，在KM

15、1失電后，使接觸器KM2線圈得電，KM2的主觸點閉合，將電動機直接接入電源，使之在全電壓下正常運行。 停止 按下按鈕SB1，KM2線圈失電，電動機停止轉(zhuǎn)動。 在自耦變壓器降壓起動過程中，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低。在獲得同樣起動轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)獲取的電流，比采用電阻降壓起動要小得多，對電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。所以自耦變壓器被稱之為起動補償器。換句話說，若從電網(wǎng)取得同樣大小的起動電流，采用自耦變壓器降壓起動會產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩。這種起動方法常用于容量較大、正常運行為星形接法的電動機。其缺點是自耦變壓器價格較貴，相對電阻結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，且是按照非連續(xù)

16、工作制設計制造的，故不允許頻繁操作。 3、Y降壓起動控制線路（1）線路設計思想Y降壓起動也稱為星形三角形降壓起動，簡稱星三角降壓起動。這一線路的設計思想仍是按時間原則控制起動過程。所不同的是，在起動時將電動機定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓（220V），減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。而在其起動后期則按預先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓（380V），電動機進入正常運行。凡是正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機，均可采用這種線路。（2）典型線路介紹定子繞組接成Y降壓起動的自動控制線路如圖4所示。圖4 Y降壓起動控制線路工作原理： 按下起動按鈕

17、SB2，接觸器KM1線圈得電，電動機M接入電源。同時，時間繼電器KT及接觸器KM2線圈得電。 接觸器KM2線圈得電，其常開主觸點閉合，電動機M定子繞組在星形連接下運行。KM2的常閉輔助觸點斷開，保證了接觸器KM3不得電。 時間繼電器KT的常開觸點延時閉合；常閉觸點延時繼開，切斷KM2線圈電源，其主觸點斷開而常閉輔助觸點閉合。 接觸器KM3線圈得電，其主觸點閉合，使電動機M由星形起動切換為三角形運行。 停車 按SB1 輔助電路斷電 各接觸器釋放 電動機斷電停車 線路在KM2與KM3之間設有輔助觸點聯(lián)鎖，防止它們同時動作造成短路；此外，線路轉(zhuǎn)入三角接運行后，KM3的常閉觸點分斷，切除時間繼電器KT

18、、接觸器KM2,避免KT、KM2線圈長時間運行而空耗電能，并延長其壽命。 三相鼠籠式異步電動機采用Y降壓起動的優(yōu)點在于：定子繞組星形接法時，起動電壓為直接采用三角形接法時的1/3，起動電流為三角形接法時的1/3，因而起動電流特性好，線路較簡單，投資少。其缺點是起動轉(zhuǎn)矩也相應下降為三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差。所以該線路適用于輕載或空載起動的場合。另外應注意，Y聯(lián)接時要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性。 4、降壓起動控制線路（1） 線路設計思想如前所述，Y降壓起動有很多優(yōu)點，但美中不足的是起動轉(zhuǎn)矩太小。能否設計一種新的降壓起動方法，既具有星形接法起動電流小，又不需要專用起動設備，同時又具有三角形接法起動

19、轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點，以期完成更為理想的起動過程呢？降壓起動便能滿足這種要求。在起動時，將電動機定子繞組一部分接成星形，另一部分接成三角形。待起動結(jié)束后，再轉(zhuǎn)換成三角形接法，轉(zhuǎn)換過程仍按照時間原則來控制。從圖5中的繞組接線看，就是一個三角形3條邊的延長，故也稱延邊三角形。圖5為電動機定子繞組抽頭連接方式。其中圖（a）是原始狀態(tài)。圖（b）為起動時接成延邊三角形的狀態(tài)。圖（c）為正常運行時狀態(tài)。這種電動機共有9個抽線頭，改變定子繞組抽頭比（即N1與N2之比），就能改變起動時定子繞組上電壓的大小，從而改變起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。但一般來說，電動機的抽頭比已經(jīng)固定，所以，僅在這些抽頭比的范圍內(nèi)作有限的變動。例如，

20、通過相量計算可知，若線電壓為380V，當N1/N2=1/1時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比71，則相電壓為264V；當N1/N2=1/2時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比78，則相電壓為290V；當N1/N2=2/1時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比66；Y接法，相似于自耦變壓器的抽頭百分比58。（2） 典型線路介紹定子繞組呈接法的線路如圖6所示。線路工作原理：常見電動機起動器比較常見電動機起動器比較如表。傳統(tǒng)起動器現(xiàn)代軟起動器直接起動Y/起動自耦變壓器起動晶閘管起動變頻器起動起動電流58 Ie1.82.6Ie1.74 Ie05 Ie01.5 Ie起動轉(zhuǎn)矩0.51.5 Te0.5 Te0.40.8

21、5 Te01 Te01.5 Te起動方式恒壓起動恒壓分步起動恒壓分步起動恒流軟起動，線性電壓斜坡起動可以恒轉(zhuǎn)矩起動，也可配合負載起動起動特性沖擊力矩很大分步跳躍上升，有二次沖擊轉(zhuǎn)矩分步跳躍上升，有二次沖擊轉(zhuǎn)矩力矩勻速、平滑上升，無二次沖擊力矩恒轉(zhuǎn)矩沖擊電流很大，1次2次2次及以上1次1次 轉(zhuǎn)換方式無開路轉(zhuǎn)換開路轉(zhuǎn)換閉路轉(zhuǎn)換閉路轉(zhuǎn)換起動級數(shù)122，3或4連續(xù)無級連續(xù)無級起動時間不可調(diào)45s可調(diào)45s可調(diào)2200s可調(diào)可調(diào)執(zhí)行單元開關(guān)開關(guān)自耦元件晶閘管變頻器保護和監(jiān)控依控制開關(guān)的保護而定有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機過熱和漏電保護有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機過熱和漏電保護有過載 、堵

22、轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機過熱和漏電保護有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機過熱和漏電保護適用負載低、中等功率，可輕載起動可空載或輕載起動高功率電動機，可空載或輕載起動負載范圍2.2800 kW，可帶不超過50% Te的負載起動負載范圍225 10000 kW，可帶超過50% Te的負載起動 優(yōu)缺點控制設備簡單，起動過程會產(chǎn)生高電流峰值和大壓降，對負載沖擊很大價格便宜，“Y/”切換時會產(chǎn)生電流峰值和轉(zhuǎn)矩波動，控制設備需要維護在電壓變化時會出現(xiàn)大壓降和高電流峰值，瞬間轉(zhuǎn)矩波動，控制設備復雜笨重，需要維護可獨立調(diào)節(jié)加減速方式，積分，有多種制動電動機，保護齊全，設備不需維護 可獨立調(diào)節(jié)加減速方式，積分，有多種制動電動機，保護齊全，設備不需維護 注：Ie為電動機額定電流； Ue為電動機額定電壓； Te為額定轉(zhuǎn)矩。普通降壓起動器的種類為限制電動機的起動電流過大，電動機起動時通入較低的電壓，待電動機運轉(zhuǎn)后，再加至額定電壓，稱為降壓起動。降壓方式有以下幾種：1、星-三角起動器：電動機的定子繞組三相接為Y(星)形，每相繞組的電壓為額定電壓的，此時，電動機的起動電流減少，起動轉(zhuǎn)矩也小，運轉(zhuǎn)正常后，通過起動器自動或手動將電動機定子三相繞組接線變換為D(三角)形，每相繞組的電壓升為額定電壓，電動機可正常工作。星-三角起動器為電動操作時，接線可