交流電機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)方式

1、公司公司徽標(biāo)徽標(biāo)1 主講人：羅勇存2 5.1概述概述 5.1.1交流電動(dòng)機(jī)的各種起動(dòng)方式交流電動(dòng)機(jī)的各種起動(dòng)方式 籠型異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式一般有全壓起動(dòng)、降壓起動(dòng)和變頻起動(dòng)三種。其中降壓起動(dòng)又分為： （1）星形三角形降壓起動(dòng)； （2）延邊三角形降壓起動(dòng)； （3）電阻降壓起動(dòng)； （4）電抗器降壓起動(dòng)； （5）自耦變壓器降壓起動(dòng)； （6）晶閘管降壓軟起動(dòng)。 同步電動(dòng)機(jī)和高壓籠型電動(dòng)機(jī)一般只采用（4）、（5）兩種降壓起動(dòng)方式。 繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式一般有頻敏變阻器起動(dòng)，電阻分級(jí)起動(dòng)和交流電力電子開關(guān)起動(dòng)（交流電力電子開關(guān)只用于交流低壓電動(dòng)機(jī)）。35.1.2降壓起動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足下列條件：

2、（1）降壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的端電壓應(yīng)保證其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩，即 式中 起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓的標(biāo)幺值； 生產(chǎn)機(jī)械靜阻轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值。 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值。 生產(chǎn)機(jī)械所需的靜阻轉(zhuǎn)矩應(yīng)由工藝或設(shè)備專業(yè)提供，在未取得工藝資料，而又要進(jìn)行估算時(shí)，可參照下冊(cè)表24-4，該表所列數(shù)據(jù)僅供參考。 （2）大型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)時(shí)，其端電壓除應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩外，還應(yīng)符合制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)最低端電壓的要求。UqdqdjqdMMU*1*1MjMqd45.1.3制動(dòng)方式除機(jī)械制動(dòng)（包閘）外，電氣制動(dòng)有三種：（1）能耗制動(dòng)，定子繞組通直流，產(chǎn)生制動(dòng)力矩；（2）反接制動(dòng)，定子繞組電源相序反接產(chǎn)

3、生制動(dòng)力矩，沖擊大，因?yàn)橛?倍電壓。（3）再生制動(dòng)，位能負(fù)荷或逆變狀態(tài)，使電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生制動(dòng)力矩。55.2籠型電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)5.2.1全壓起動(dòng) 籠型電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng)，全壓起動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足下列條件：（1）起動(dòng)時(shí)電壓降不得超過(guò)允許值。一般經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其電壓降不得超過(guò)10%；不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其電壓降不得超過(guò)15%；在保證生產(chǎn)機(jī)械所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而又不影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)時(shí)電壓降可允許為20%或更大一些。 由單獨(dú)變壓器供電的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)電壓降的允許值由生產(chǎn)機(jī)械所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩決定。（2）起動(dòng)容量不得超過(guò)電源容量和供電變壓器的過(guò)負(fù)荷能力?；\型電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)

4、的功率與電源容量之間的關(guān)系見(jiàn)表5-1，與供電變壓器容量之間的關(guān)系見(jiàn)表5-2。表5-2中所列的數(shù)據(jù)是根據(jù)以下條件求得的：61）電動(dòng)機(jī)與低壓母線直接相連；2）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)Kiq=7；額定功率因數(shù)cos e=0.85；效率=0.9；3）變壓器的其它負(fù)荷為Sfh=0.5Sb，cos fh=0.7；或Sfh=0.6Sb, cos fh=0.8(由這兩種情況計(jì)算出的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一種情況時(shí)的計(jì)算值)；4）變壓器高壓側(cè)的短路容量Sdl=50Sb,Sb為變壓器額定容量。 7 表5-1 按電源容量允許全壓起動(dòng)的籠型電動(dòng)機(jī)功率電源允許全壓起動(dòng)的籠型電動(dòng)機(jī)功率小容量發(fā)電廠每1kVA發(fā)電機(jī)

5、容量為0.10.12kW6（10）/0.4kV變壓器經(jīng)常起動(dòng)時(shí)，不大于變壓器額定容量的20%不經(jīng)常起動(dòng)時(shí)，不大于變壓器額定容量的30%高壓線路不超過(guò)電動(dòng)機(jī)供電線路上的短路容量的3%變壓器-電動(dòng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)功率不大于變壓器額定容量的80%8 表5-2 6（10）/0.4kV變壓器允許全壓起動(dòng)籠型電動(dòng)機(jī)的最大功率起動(dòng)時(shí)的電壓降U（%）供電變壓器的額定容量Sb(Kva)100125160200250315400500630800 1000 1251600 起動(dòng)籠型電動(dòng)機(jī)的最大功率Pd(Kw)10202530405065801001201501902353001530405065801001301601

6、902403003754809 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，應(yīng)對(duì)變壓器過(guò)負(fù)荷進(jìn)行校驗(yàn)。若每晝夜起動(dòng)6次，每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)15s，變壓器的負(fù)荷率小于90%時(shí)（或每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)30s，變壓器負(fù)荷率小于70%時(shí)），最大起動(dòng)電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若每晝夜起動(dòng)1020次（每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間和變壓器的負(fù)荷率同前），則允許最大起動(dòng)電流相應(yīng)減小為變壓器額定電流的23倍。當(dāng)不符合上述條件時(shí)，應(yīng)加大變壓器的容量，而不應(yīng)采用進(jìn)一步降低起動(dòng)電壓的方法。這樣會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，使變壓器更加過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)變壓器過(guò)負(fù)荷的影響，主要是對(duì)繞阻絕緣有影響。詳見(jiàn)下冊(cè)附錄24.1。10 （3）大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，

7、應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)及其起動(dòng)設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應(yīng)符合制造廠的規(guī)定。例如，電動(dòng)機(jī)的允許起動(dòng)條件（全壓起動(dòng)或降壓起動(dòng)）和連續(xù)起動(dòng)次數(shù)（一般軋鋼電動(dòng)機(jī)連續(xù)起動(dòng)次數(shù)為冷態(tài)3次，熱態(tài)2次）以及起動(dòng)設(shè)備的熱穩(wěn)定等。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)還應(yīng)考慮阻尼籠條的溫度不超過(guò)制造廠的規(guī)定。 （4）全壓起動(dòng)電壓降計(jì)算 低壓籠型電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng)。當(dāng)條件不允許全壓起動(dòng)時(shí)，才考慮采用降壓起動(dòng)。 低壓籠型電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的最大功率和供電設(shè)備容量之間的參考值見(jiàn)表5-1和表5-2。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率接近于表5-1和5-2中最大功率時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況（如變壓器高壓側(cè)實(shí)際的短路容量，接至電動(dòng)機(jī)的電纜截面和長(zhǎng)度，母線已有負(fù)荷及其功率因數(shù)，以及

8、電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)等）進(jìn)行核算，計(jì)算時(shí)采用有名值較為方便。11例例 一臺(tái)Y315M2-4籠形電動(dòng)機(jī)（160Kw，380V，294A，1480r/min, cosed=0.89, =0.93,=7）,由一臺(tái)SL7-500/10（Ud%=4）變壓器供電，接至電動(dòng)機(jī)的線路為兩根長(zhǎng)150m,截面為120mm鋁芯電纜。變壓器一次側(cè)的短路容量為25MVA。母線已有負(fù)荷為250kW功率因數(shù)cosfh=0.7。計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)低壓母線電壓和電動(dòng)機(jī)端電壓。解解 電動(dòng)機(jī)功率已接近表-2中所列最大功率，故需要對(duì)低壓母線和電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行核算。ededededPScos93. 089. 0160. 0X =0.193M

9、VA12SkSediqqd=7X0.193=1.35MVASSUSSbdbd1% 255.004.05.0 =8.33MVA13lSXX)8(012150. 0)120807. 0(=0.01 UXSSmqdq2111382.001.035.111 =1.23MVA14fhfhfhSQ2cos127 . 0125. 0 =0.178Mvar SQSQSUqfhdfhdqm1123. 1178. 033. 8178. 033. 8 =0.87(0.85) 15滿足母線壓降允許值的要求。SSUUqdqqmqd35. 123. 187. 0X =0.79式中 Sed電動(dòng)機(jī)的額定容量，MVA； Ped

10、電動(dòng)機(jī)的額定功率，MW；16 電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)； 電動(dòng)機(jī)額定效率； 電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)容量，MVA；cosededSqdKiqSd 1SbUd%電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)電流倍數(shù)； 母線短路容量，MVA； 變壓器額定容量，MVA； 變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；SSq變壓器一次側(cè)短路容量，MVA； 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)回路的額定輸入容量， MVA；17 母線額定電壓，Kv; 母線其它負(fù)荷的無(wú)功功率，Mvar; 母線其它負(fù)荷，MVA； 母線其它負(fù)荷的功率因數(shù)； 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的母線電壓相對(duì)值； 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的端電壓相對(duì)值 線路電抗，計(jì)入電阻后，鋁線取 ，銅線取 線路單位長(zhǎng)度的電抗，/km,高壓電纜或低壓電線 穿管取0.0

11、8，低壓電纜取0.07，架空線路取0.35； S導(dǎo)線或電纜芯的截面mm2； L線路長(zhǎng)度，km。UmQfhSfhcosfhUqmUqdXllSX）（80lSX）（50X018 5.2.2星形星形-三角形降壓起動(dòng)三角形降壓起動(dòng) 星形-三角形降壓起動(dòng)適用于正常運(yùn)行時(shí)繞組為三角形接線，且具有6個(gè)出線端子的低壓籠型電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)定子繞組接成星形，（此時(shí)繞組電壓為額定線電壓的 ，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流為全壓起動(dòng)時(shí)的 ），隨后將三相繞組轉(zhuǎn)接成三角形（切換時(shí)間繼電器控制，切換時(shí)間0.4s60s之間調(diào)整）。這種起動(dòng)方式的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，一般只適用于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。 星形-三角形起動(dòng)，主回路接線見(jiàn)下圖，起動(dòng)時(shí)KM1

12、、KM3接通，KM2斷開，起動(dòng)后KM1、KM2接通，KM3斷開。31311920 注意：注意： 星形-三角形起動(dòng)，沖擊電流很大，瞬時(shí)可達(dá)電動(dòng)機(jī)額定電流20倍。 某廠，水泵200KW，額定電流364A，采用星形-三角形起動(dòng)，原設(shè)計(jì)選用NS630斷路器，脫扣器MA500A，12.5倍，結(jié)果起動(dòng)時(shí)跳。 因?yàn)椋?00X12.5=62507280A215.2.3自耦變壓器降壓起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng) 自耦變壓器降壓起動(dòng)通常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高而起動(dòng)電流減小的場(chǎng)合。 起動(dòng)用的自耦變壓器的容量可按下式計(jì)算2NSStqqdbz或 2tSSjsqdbzSKUUSediqedqdqd2)(22式中 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)容量，

13、KvA； 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電壓，V； 電動(dòng)機(jī)額定電壓，V； 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)； 電動(dòng)機(jī)額定容量，KvA； N 電動(dòng)機(jī)允許連續(xù)起動(dòng)次數(shù)； 電動(dòng)機(jī)一次起動(dòng)時(shí)間，min； 電動(dòng)機(jī)計(jì)算起動(dòng)時(shí)間，min; 自耦變壓器容量，KvA。 自耦變壓器均具有65%和80%額定電壓的兩組抽頭，相應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為其額定值的42.3%及64%。主回路接線見(jiàn)下圖：SqdUqdUedKiqSedtqtjsSbs23起動(dòng)時(shí)，KM1、KSC1、KSC2接通，KM2，斷開，起動(dòng)后，KM1、KM2接通，KSC1、KSC2斷開。 運(yùn)行轉(zhuǎn)換方式，采用電流、時(shí)間雙重控制切換，當(dāng)電流降到1.5倍時(shí)，由起動(dòng)狀 態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電

14、流切換電路發(fā)生故障時(shí)，時(shí)間轉(zhuǎn)換電路起作用，進(jìn)行切換。245.2.4 晶閘管軟起動(dòng) 晶閘管軟起動(dòng)是一種無(wú)觸點(diǎn)強(qiáng)電電路，雙向控制，保護(hù)功能全，作為籠型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)，電流限制一般在2.53.6倍，優(yōu)于其它降壓起動(dòng)方式。下面以QB3型軟起動(dòng)器為例進(jìn)行說(shuō)明。2526輸出特性輸出特性 TS27 起動(dòng)電壓起動(dòng)電壓Us 在起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加。當(dāng)軟起動(dòng)器的輸出電壓較小時(shí)，電機(jī)力矩小于負(fù)載的靜磨擦力矩，不能使負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著輸出電壓的不斷增大，電機(jī)力矩克服了負(fù)載的靜磨擦力矩，使負(fù)載開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 QB3軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us,可以將Us調(diào)節(jié)到大于負(fù)載的靜摩擦力矩，使負(fù)載能立即開始

15、轉(zhuǎn)動(dòng)。 起動(dòng)力矩由電位器（2070%）28 達(dá)速電壓達(dá)速電壓UR 輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升（斜率由電位器調(diào)節(jié)），電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到UR時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，UR就稱為達(dá)速電壓。 QB3軟起動(dòng)器在起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)監(jiān)測(cè)達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓上升到額定電壓。 對(duì)于不同的電機(jī)和負(fù)載，達(dá)速電壓UR的數(shù)值可能不同。29 起動(dòng)時(shí)間起動(dòng)時(shí)間Ts 起動(dòng)時(shí)間Ts指輸出電壓從0V上升到380V所需的時(shí)間，也即輸出電壓在Us與UR之間的斜率。 電機(jī)的實(shí)際起動(dòng)時(shí)間與負(fù)載大小有關(guān)，一般情況下與Ts不一致。 5.2.5 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng) 將籠型電動(dòng)機(jī)的交流供電電源切除后，立即向定

16、子繞組通以直流電流，此直流電流在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生的恒定磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流相互作用，便產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。隨著轉(zhuǎn)速降低，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩急劇增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到0.10.2同步轉(zhuǎn)速時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值。為了取得較好的制動(dòng)特性，制動(dòng)電流通常取籠型電動(dòng)機(jī)空載電流的3倍（或更大一些）。此時(shí)最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩1.9倍（或更大一些）。原理圖如下所示：30315.3繞線型電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)5.3.1概述 由于繞線型電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻很小，轉(zhuǎn)子不接外電阻時(shí)，起動(dòng)電流達(dá)510倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.51.5倍。起動(dòng)電流大，繞組發(fā)熱增加，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，引起電壓波動(dòng)大，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械要求的

17、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足不了要求。因此，繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路要接電阻或接頻敏變阻器，來(lái)減小起動(dòng)電流和增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(22.5倍)。 特性曲線如下圖所示。3233轉(zhuǎn)差率S與轉(zhuǎn)矩M之關(guān)系，見(jiàn)下式。 （S=S1S2S3）轉(zhuǎn)子電流，見(jiàn)下式。 -轉(zhuǎn)子開路電壓,V. -轉(zhuǎn)子內(nèi)阻,.xSMSMmaxmax2222)(32 XRrnUIrUIn322U2rn串電阻后 )3(22RrUIn R-外接內(nèi)阻,. 上述中沒(méi)有考慮電抗，因?yàn)閱?dòng)瞬間f2=0,因此 x=2f2L=0)(32 2RrUIn 2f轉(zhuǎn)子頻率。HZ L轉(zhuǎn)子繞組電感。H34 5.3.2電阻分級(jí)起動(dòng) 某些大功率傳動(dòng)裝置要求重載起動(dòng)，而某些小功率傳動(dòng)裝置要求頻繁起、

18、制動(dòng)。為減小起動(dòng)損耗和起動(dòng)電流，并滿足某些生產(chǎn)機(jī)械對(duì)加、減速度的特定要求，可采用電阻分級(jí)起動(dòng)，特性曲線見(jiàn)表5-3。35表表5-3電阻分級(jí)起動(dòng)的特性電阻分級(jí)起動(dòng)的特性電阻計(jì)算及選擇，詳見(jiàn)下冊(cè)表24-46。36 5.3.3頻敏變阻器起動(dòng) 頻敏變阻器是一種鐵芯由鑄鐵片或鋼板疊成，外面套有線圈的三相電抗器。其等效阻抗由線圈電抗和鐵芯損耗（主要是渦流損耗）決定。阻抗值隨電流頻率變化而變化。接線方式見(jiàn)（a）、（b）圖。37（a）起動(dòng)后切除頻敏變阻器（RF）（b）轉(zhuǎn)子常接頻敏變阻器（RF）38 繞線型電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子電流頻率隨轉(zhuǎn)差率變化而變化。在轉(zhuǎn)子回路中接入頻敏變阻器，其等效阻抗隨轉(zhuǎn)差率減?。ㄞD(zhuǎn)速增高）而相應(yīng)減小，從而達(dá)到限制起動(dòng)電流，并且獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩近似恒定的起動(dòng)特性，見(jiàn)圖（c）。它具有不需要改變外接阻抗而可以很容易地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的特點(diǎn)。對(duì)要求工作特性軟的機(jī)械（如軋機(jī)的輥道等），也可以將頻敏變阻器常接在轉(zhuǎn)子回路中。39負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值起動(dòng)電流標(biāo)幺值（隨著轉(zhuǎn)子頻率升高而減?。ゝMgMgI40 采用頻敏變阻器起動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是可以省去龐大的起動(dòng)電阻器，線路簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。缺點(diǎn)是功率因數(shù)