三相異步發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)

1、三相異步發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)第1頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日目錄何謂啟動(dòng)啟動(dòng)電流及其影響啟動(dòng)方法討論第2頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日何謂啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從n=0到n=nN的過(guò)程叫啟動(dòng)，實(shí)際是一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，即 式中為電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)。第3頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日 所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程是指三相異步電動(dòng)機(jī)從接入電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)起，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速為止這一段過(guò)程。 三相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 并不大，但轉(zhuǎn)子繞組中的電流很大，通?？蛇_(dá)額定電流的47倍，從而使得定子繞組中的電流相應(yīng)增大為額定電流的47倍。何謂啟動(dòng) 第4頁(yè)，共

2、42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日 這么大的啟動(dòng)電流將帶來(lái)下述不良后果。 （1）啟動(dòng)電流過(guò)大使電壓損失過(guò)大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠使電動(dòng)機(jī)根本無(wú)法啟動(dòng)。 （2）使電動(dòng)機(jī)繞組發(fā)熱，絕緣老化，從而縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。 （3）造成過(guò)流保護(hù)裝置誤動(dòng)作、跳閘。 （4）使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而形成影響連接在電網(wǎng)上的其他設(shè)備的正常運(yùn)行。 因此，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在保證一定大小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下，還要求限制啟動(dòng)電流在允許的范圍內(nèi)。 啟動(dòng)電流及其影響： 第5頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)電流及其影響： 大的啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)的影響：對(duì)電機(jī)本身的影響-發(fā)熱；對(duì)線路的影響：線路電壓降

3、低，影響別的電機(jī)的工作，甚至影響自身啟動(dòng)。第6頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：由于啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)cos2低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，若電壓又降低，很難負(fù)載啟動(dòng)。對(duì)啟動(dòng)的要求：理想的啟動(dòng)是啟動(dòng)電流小,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，這只有繞線式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔@線式轉(zhuǎn)子的R2可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)增大R2，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，同時(shí)I2st減小，導(dǎo)致啟動(dòng)電流Ist減小。第7頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)方法目錄籠形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1、三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)2、三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)（1）定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng) （2）Y/D降壓?jiǎn)?dòng) （3）定子串自耦變

4、壓器降壓?jiǎn)?dòng)繞線形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1、轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)2、轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng)第8頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)方法籠形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有兩種方式: 第一種是直接啟動(dòng)，即將額定電壓直接加在電動(dòng)機(jī)定子繞組端。 第二種是降壓?jiǎn)?dòng)，即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)降低定子繞組上的外加電壓，從而降低啟動(dòng)電流。啟動(dòng)結(jié)束后，將外加電壓升高為額定電壓，進(jìn)入額定運(yùn)行。第9頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日 兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)視具體情況具體確定。從電動(dòng)機(jī)容量的角度講，通常認(rèn)為滿足下列條件之一的即可直接啟動(dòng)，否則應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)的方法。 （1）容量在

5、10kW以下 （2）符合下列經(jīng)驗(yàn)公式1三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng) 第10頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日1三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng) 直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單，成本低，是小型籠形異步電動(dòng)機(jī)主要采用的啟動(dòng)方法，如圖所示。 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)第11頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日2三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng) 降壓?jiǎn)?dòng)方式是指在啟動(dòng)過(guò)程中降低其定子繞組端的外施電壓，啟動(dòng)結(jié)束后，再將定子繞組的兩端電壓恢復(fù)到額定值。這種方法雖然能達(dá)到降低啟動(dòng)電流的目的，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小很多，故此法一般只適用于電動(dòng)機(jī)的空載或輕載啟動(dòng)，具體方法

6、包括： 第12頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日（1）定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng) 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)定子電路串入電阻或電抗器，使加到電動(dòng)機(jī)定子繞組端電壓降低，減少了電動(dòng)機(jī)上的啟動(dòng)電流。圖5.6是三相籠形電動(dòng)機(jī)定子繞組串電阻降壓?jiǎn)?dòng)的原理圖，其工作情況為：合上刀開(kāi)關(guān)Q，在開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，KM1主觸點(diǎn)閉合，KM2主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)電阻接入電源，電動(dòng)機(jī)在低壓狀態(tài)下開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，使KM1斷開(kāi)、KM2接通，切除了電阻，電源電壓直接加在電動(dòng)機(jī)上，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 圖5.6 三相異步電動(dòng)機(jī)定子方串電阻降壓?jiǎn)?dòng) 第13頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20

7、日，0點(diǎn)13分，星期日（1）定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng) 這種啟動(dòng)方法不受電動(dòng)機(jī)定子繞組接法形式的限制，但由于啟動(dòng)電阻的存在，將使設(shè)備體積增大，電能損耗大，目前已較少采用。 圖5.6 三相異步電動(dòng)機(jī)定子方串電阻降壓?jiǎn)?dòng) 第14頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日星形-三角形代換啟動(dòng)：適用于原來(lái)三角形運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)線路：線路如下圖（2）Y/D降壓?jiǎn)?dòng) 第15頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日（2）Y/D降壓?jiǎn)?dòng) 對(duì)于正常運(yùn)行為D形接法的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，若在啟動(dòng)時(shí)將其定子繞組接為Y形，則啟動(dòng)時(shí)其定子繞組上所加的電壓僅為正常運(yùn)行的 ， 降低了啟動(dòng)電壓。

8、定子繞組的接法為D形接法的電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)，可以對(duì)其采用Y/D降壓?jiǎn)?dòng)方法，即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，將定子繞組接成Y形接法，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，再接成D形接法。圖5.7是Y/D降壓?jiǎn)?dòng)的原理圖，其工作情況如下。 圖5.7 Y/D降壓?jiǎn)?dòng)原理圖 第16頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日Y/D降壓?jiǎn)?dòng) 合上開(kāi)關(guān)QF后，若要啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，則交流接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)同時(shí)閉合，KM1將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成Y形，KM2將電源引到電動(dòng)機(jī)定子繞組端，電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于穩(wěn)定值時(shí)，KM1先斷開(kāi)而后KM3立即閉合，將電動(dòng)機(jī)定子繞組的Y形接法解除而接成D形，進(jìn)入額定運(yùn)行狀態(tài)。

9、第17頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日Y/D降壓?jiǎn)?dòng) 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的Y/D降壓?jiǎn)?dòng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，應(yīng)用較廣泛。但它只適用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組為D接的電動(dòng)機(jī)。 第18頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)電流：星形電流三角形電流：第19頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日顯然啟動(dòng)電流降低；所以兩種方法的電流之比為第20頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩適用于輕載啟動(dòng)。第21頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日（3）定子串自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 這種方法是利用自耦變壓器將電源電壓降

10、低后再加到電動(dòng)機(jī)定子繞組端，達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的，如圖5.8所示。 圖5.8 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 第22頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日 控制原理是合上Q后，令 KM1觸點(diǎn)先將自耦變壓器做星形連接，再由KM2接通電源，電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)自耦變壓器實(shí)現(xiàn)減壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，令KM1、KM2斷開(kāi)而KM3閉合直接將全電壓加在電動(dòng)機(jī)上，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入全壓運(yùn)行狀態(tài)。 第23頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)電流：降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)變壓器副邊的電機(jī)線電流 第24頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)變壓器原邊的電

11、流 第25頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日直接啟動(dòng)的電流第26頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日故降壓?jiǎn)?dòng)與直接啟動(dòng)的線電流之比為 第27頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 第28頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴，但可多個(gè)抽頭進(jìn)行調(diào)節(jié)不同的變比。自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)性能好，但線路相對(duì)較復(fù)雜，設(shè)備體積大，目前是三相籠形異步電動(dòng)機(jī)常用的一種降壓?jiǎn)?dòng)方法。 第29頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中有三

12、相繞組，可以通過(guò)滑環(huán)和電刷串接外加電阻。在上一節(jié)分析轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性時(shí)已知：適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子串接電阻，可以減小啟動(dòng)電流并提高電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，繞線形異步電動(dòng)機(jī)正是利用了這一特性。 第30頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 操作方法：?jiǎn)?dòng)時(shí)增大R2，啟動(dòng)結(jié)束后復(fù)原R2（手動(dòng)或自動(dòng)），一般為分級(jí)啟動(dòng)。 啟動(dòng)電流減?。涸龃驲2，I2減小，I1減小；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大：增大R2，根據(jù)機(jī)械特性可知轉(zhuǎn)矩增大。 所以繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法比較理想。 第31頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 按照繞線形異步電動(dòng)機(jī)啟

13、動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子串接裝置的不同，有串電阻啟動(dòng)和串頻敏電阻器啟動(dòng)兩種方法。 第32頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日1轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng) 在這種啟動(dòng)方式中，由于電阻是常數(shù)，所以為了獲取較平滑的啟動(dòng)過(guò)程，將啟動(dòng)電阻分為幾級(jí)，在啟動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)切除。圖5.9是繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)的原理圖，圖5.10是機(jī)械特性曲線。 圖5.9 繞線形異步電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)原理圖 第33頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)（續(xù)1） 其工作情況為：合上刀開(kāi)關(guān)Q后，交流接觸器KM1，KM2，KM3的主觸點(diǎn)全部斷開(kāi)，全部電阻均接入電路，對(duì)應(yīng)工作的機(jī)械特性曲線為圖5.10中

14、曲線1，從a點(diǎn)開(kāi)始啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸升高。圖5.10 繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)機(jī)械特性第34頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)（續(xù)1） 當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到b點(diǎn)時(shí)，令KM1閉合，R1被短接，R2, R3仍串入電路，由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過(guò)渡到曲線2上的c點(diǎn)并沿曲線2繼續(xù)加速。當(dāng)加速到d點(diǎn)時(shí)，令KM2閉合，R1, R2被短接，R3仍串入電路，由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過(guò)渡到曲線3上的e點(diǎn)并沿曲線3繼續(xù)加速。圖5.10 繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)機(jī)械特性第35頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)（續(xù)

15、1） 當(dāng)加速到f點(diǎn)時(shí)，令KM3閉合，R 1, R 2, R3被短接，由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過(guò)渡到固有機(jī)械特性曲線上的g點(diǎn)并沿固有機(jī)械特性曲線繼續(xù)加速，直到穩(wěn)定運(yùn)行，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 圖5.10 繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)機(jī)械特性第36頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日2轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng) 根據(jù)上述分析知：要想獲得更加平穩(wěn)的啟動(dòng)特性，必須增加啟動(dòng)級(jí)數(shù)，這就會(huì)使設(shè)備復(fù)雜化。為此采用了在轉(zhuǎn)子上串頻敏變阻器的啟動(dòng)方法。所謂頻敏變阻器，是由厚鋼板疊成鐵心并在鐵心柱上繞有線圈的電抗器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.11所示。它是一個(gè)鐵損耗很大的三相電抗器，如果忽略繞組

16、的電阻和漏抗時(shí)，其一相的等效電路如圖5.12所示。 圖5.11 頻敏變阻器結(jié)構(gòu)示意圖 圖5.12 頻敏變阻器一相等效電路 第37頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng)（續(xù)1） 頻敏變阻器啟動(dòng)原理如圖5.13所示。合上開(kāi)關(guān)Q，KM1閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組接通電源電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很低，故轉(zhuǎn)子頻率較高，f2f1，頻敏變阻器的鐵損很大，Rm和Xm均很大，且RmXm，因此限制了啟動(dòng)電流，增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖5.13 三相繞線形異步電動(dòng)機(jī)串頻敏電阻器啟動(dòng)原理圖 第38頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng)（續(xù)1

17、） 隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子電流頻率下降，于是Rm、Xm隨n減小，這就相當(dāng)于啟動(dòng)過(guò)程中電阻的無(wú)級(jí)切除。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近于穩(wěn)定值時(shí)，KM2閉合將頻敏電阻器短接，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 圖5.13 三相繞線形異步電動(dòng)機(jī)串頻敏電阻器啟動(dòng)原理圖 第39頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日1、求額定電流、啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩等；2、若電壓降低到額定電壓的x%，求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩；3、若采用星形-三角形代換啟動(dòng)，求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的y%，是否能啟動(dòng)？若采用抽頭為z%自耦降壓?jiǎn)?dòng)器，是否能啟動(dòng)？ 討論第40頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)13分，星期日討論三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN10KW，nN =960r/Min, Y聯(lián)結(jié)，380/220V =0.868，COS=0.85，Tst/TN=1.