交流電機的起動和制動方式

交流電機的起動和制動方式第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.1概述

5.1.1交流電動機的各種起動方式籠型異步電動機和同步電動機的起動方式一般有全壓起動、降壓起動和變頻起動三種。其中降壓起動又分為：（1）星形——三角形降壓起動；（2）延邊三角形降壓起動；（3）電阻降壓起動；（4）電抗器降壓起動；（5）自耦變壓器降壓起動；（6）晶閘管降壓軟起動。同步電動機和高壓籠型電動機一般只采用（4）、（5）兩種降壓起動方式。繞線型異步電動機的起動方式一般有頻敏變阻器起動，電阻分級起動和交流電力電子開關起動（交流電力電子開關只用于交流低壓電動機）。2第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.1.2降壓起動時應滿足下列條件：（1）降壓起動時電動機的端電壓應保證其起動轉矩大于生產(chǎn)機械的靜阻轉矩，即

式中——起動時電動機端電壓的標幺值；

——生產(chǎn)機械靜阻轉矩的標幺值。

——電動機起動轉矩的標幺值。生產(chǎn)機械所需的靜阻轉矩應由工藝或設備專業(yè)提供，在未取得工藝資料，而又要進行估算時，可參照下冊表24-4，該表所列數(shù)據(jù)僅供參考。（2）大型電動機降壓起動時，其端電壓除應保證電動機的起動轉矩大于生產(chǎn)機械的靜阻轉矩外，還應符合制造廠對電動機最低端電壓的要求。3第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.1.3制動方式除機械制動（包閘）外，電氣制動有三種：（1）能耗制動，定子繞組通直流，產(chǎn)生制動力矩；（2）反接制動，定子繞組電源相序反接產(chǎn)生制動力矩，沖擊大，因為有2倍電壓。（3）再生制動，位能負荷或逆變狀態(tài)，使電機在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生制動力矩。4第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.2籠型電動機起制動5.2.1全壓起動籠型電動機和同步電動機應優(yōu)先采用全壓起動，全壓起動時應滿足下列條件：（1）起動時電壓降不得超過允許值。一般經(jīng)常起動的電動機其電壓降不得超過10%；不經(jīng)常起動的電動機其電壓降不得超過15%；在保證生產(chǎn)機械所要求的起動轉矩，而又不影響其它用電設備的正常運行時，起動時電壓降可允許為20%或更大一些。由單獨變壓器供電的電動機，起動時電壓降的允許值由生產(chǎn)機械所要求的起動轉矩決定。（2）起動容量不得超過電源容量和供電變壓器的過負荷能力?；\型電動機允許全壓起動的功率與電源容量之間的關系見表5-1，與供電變壓器容量之間的關系見表5-2。表5-2中所列的數(shù)據(jù)是根據(jù)以下條件求得的：5第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六1）電動機與低壓母線直接相連；2）電動機起動電流倍數(shù)Kiq=7；額定功率因數(shù)cose=0.85；效率=0.9；3）變壓器的其它負荷為Sfh=0.5Sb，cosfh=0.7；或Sfh=0.6Sb,cosfh=0.8(由這兩種情況計算出的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一種情況時的計算值)；4）變壓器高壓側的短路容量Sdl=50Sb,Sb為變壓器額定容量。

6第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

表5-1按電源容量允許全壓起動的籠型電動機功率電源允許全壓起動的籠型電動機功率小容量發(fā)電廠每1kVA發(fā)電機容量為0.1~0.12kW6（10）/0.4kV變壓器經(jīng)常起動時，不大于變壓器額定容量的20%不經(jīng)常起動時，不大于變壓器額定容量的30%高壓線路不超過電動機供電線路上的短路容量的3%變壓器-電動機組電動機功率不大于變壓器額定容量的80%7第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

表5-26（10）/0.4kV變壓器允許全壓起動籠型電動機的最大功率起動時的電壓降△U（%）供電變壓器的額定容量Sb(Kva)10012516020025031540050063080010001251600

起動籠型電動機的最大功率Pd(Kw)10202530405065801001201501902353001530405065801001301601902403003754808第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

電動機起動時，應對變壓器過負荷進行校驗。若每晝夜起動6次，每次起動持續(xù)時間不超過15s，變壓器的負荷率小于90%時（或每次起動持續(xù)時間不超過30s，變壓器負荷率小于70%時），最大起動電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若每晝夜起動10~20次（每次起動持續(xù)時間和變壓器的負荷率同前），則允許最大起動電流相應減小為變壓器額定電流的2~3倍。當不符合上述條件時，應加大變壓器的容量，而不應采用進一步降低起動電壓的方法。這樣會延長電動機的起動時間，使變壓器更加過熱。電動機起動電流對變壓器過負荷的影響，主要是對繞阻絕緣有影響。詳見下冊附錄24.1。9第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

（3）大型電動機起動時，應保證電動機及其起動設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應符合制造廠的規(guī)定。例如，電動機的允許起動條件（全壓起動或降壓起動）和連續(xù)起動次數(shù)（一般軋鋼電動機連續(xù)起動次數(shù)為冷態(tài)3次，熱態(tài)2次）以及起動設備的熱穩(wěn)定等。對于同步電動機還應考慮阻尼籠條的溫度不超過制造廠的規(guī)定。

（4）全壓起動電壓降計算低壓籠型電動機應優(yōu)先采用全壓起動。當條件不允許全壓起動時，才考慮采用降壓起動。低壓籠型電動機允許全壓起動的最大功率和供電設備容量之間的參考值見表5-1和表5-2。當電動機功率接近于表5-1和5-2中最大功率時，應根據(jù)實際情況（如變壓器高壓側實際的短路容量，接至電動機的電纜截面和長度，母線已有負荷及其功率因數(shù)，以及電動機的技術數(shù)據(jù)等）進行核算，計算時采用有名值較為方便。10第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六例一臺Y315M2-4籠形電動機（160Kw，380V，294A，1480r/min,cos

ed=0.89,=0.93,=7）,由一臺SL7-500/10（Ud%=4）變壓器供電，接至電動機的線路為兩根長150m,截面為120mm鋁芯電纜。變壓器一次側的短路容量為25MVA。母線已有負荷為250kW功率因數(shù)cosφfh=0.7。計算電動機起動時低壓母線電壓和電動機端電壓。解電動機功率已接近表-2中所列最大功率，故需要對低壓母線和電動機端電壓進行核算。=0.193MVA11第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六=7X0.193=1.35MVA=8.33MVA12第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六=0.01Ω=1.23MVA13第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六=0.178Mvar=0.87(>0.85)14第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六滿足母線壓降允許值的要求。=0.79式中——電動機的額定容量，MVA；

——電動機的額定功率，MW；15第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六——電動機額定功率因數(shù)；

——電動機額定效率；

——電動機額定起動容量，MVA；——電動機額定起動電流倍數(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數(shù)；——變壓器一次側短路容量，MVA；

——電動機起動時，起動回路的額定輸入容量，MVA；16第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

——母線額定電壓，Kv;——母線其它負荷的無功功率，Mvar;——母線其它負荷，MVA；

——母線其它負荷的功率因數(shù)；

——電動機起動時的母線電壓相對值；

——電動機起動時的端電壓相對值

——線路電抗，Ω，計入電阻后，鋁線取，銅線取

——線路單位長度的電抗，Ω/km,高壓電纜或低壓電線穿管取0.08，低壓電纜取0.07，架空線路取0.35；

S——導線或電纜芯的截面mm2；

L——線路長度，km。17第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.2.2星形-三角形降壓起動

星形-三角形降壓起動適用于正常運行時繞組為三角形接線，且具有6個出線端子的低壓籠型電動機。起動時電動機定子繞組接成星形，（此時繞組電壓為額定線電壓的，起動轉矩和起動電流為全壓起動時的），隨后將三相繞組轉接成三角形（切換時間繼電器控制，切換時間0.4s~60s之間調(diào)整）。這種起動方式的起動轉矩小，一般只適用于輕載起動的場合。星形-三角形起動，主回路接線見下圖，起動時KM1、KM3接通，KM2斷開，起動后KM1、KM2接通，KM3斷開。18第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六19第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

注意：星形-三角形起動，沖擊電流很大，瞬時可達電動機額定電流20倍。某廠，水泵200KW，額定電流364A，采用星形-三角形起動，原設計選用NS630斷路器，脫扣器MA500A，12.5倍，結果起動時跳。因為：500X12.5=6250<364X20=7280A。后改為：800A的斷路器，80012.5=10000A>7280A20第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.2.3自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動通常用于要求起動轉矩較高而起動電流減小的場合。起動用的自耦變壓器的容量可按下式計算或

21第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六式中——電動機起動容量，KvA；

——電動機起動電壓，V；

——電動機額定電壓，V；

——電動機起動電流倍數(shù)；

——電動機額定容量，KvA；

N——電動機允許連續(xù)起動次數(shù)；

——電動機一次起動時間，min；

——電動機計算起動時間，，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，相應的起動轉矩和起動電流分別為其額定值的42.3%及64%。主回路接線見下圖：22第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六起動時，KM1、KSC1、KSC2接通，KM2，斷開，起動后，KM1、KM2接通，KSC1、KSC2斷開。

運行轉換方式，采用電流、時間雙重控制切換，當電流降到1.5倍時，由起動狀態(tài)切換到運行狀態(tài)。當電流切換電路發(fā)生故障時，時間轉換電路起作用，進行切換。23第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.2.4晶閘管軟起動晶閘管軟起動是一種無觸點強電電路，雙向控制，保護功能全，作為籠型電動機降壓起動，電流限制一般在2.5~3.6倍，優(yōu)于其它降壓起動方式。下面以QB3型軟起動器為例進行說明。24第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六25第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六輸出特性

TS26第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

起動電壓Us

在起動過程中，電機的輸出力矩隨電壓增加。當軟起動器的輸出電壓較小時，電機力矩小于負載的靜磨擦力矩，不能使負載轉動。隨著輸出電壓的不斷增大，電機力矩克服了負載的靜磨擦力矩，使負載開始轉動。

QB3軟起動器在起動時提供一個初始的起動電壓Us,可以將Us調(diào)節(jié)到大于負載的靜摩擦力矩，使負載能立即開始轉動。

起動力矩由電位器（20~70%）27第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

達速電壓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)），電機不斷加速。當輸出電壓達到UR時，電機也基本達到額定轉速，UR就稱為達速電壓。

QB3軟起動器在起動過程中自動監(jiān)測達速電壓，當電機達到額定轉速時，使輸出電壓上升到額定電壓。

對于不同的電機和負載，達速電壓UR的數(shù)值可能不同。28第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

起動時間Ts

起動時間Ts指輸出電壓從0V上升到380V所需的時間，也即輸出電壓在Us與UR之間的斜率。電機的實際起動時間與負載大小有關，一般情況下與Ts不一致。

5.2.5

能耗制動將籠型電動機的交流供電電源切除后，立即向定子繞組通以直流電流，此直流電流在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生的恒定磁通與轉子內(nèi)感應電流相互作用，便產(chǎn)生制動轉矩。制動轉矩的大小與直流電流的大小及電動機的轉速有關。隨著轉速降低，制動轉矩急劇增加，當轉速降到0.1~0.2同步轉速時，制動轉矩達最大值。為了取得較好的制動特性，制動電流通常取籠型電動機空載電流的3倍（或更大一些）。此時最大制動轉矩可達額定轉矩1.9倍（或更大一些）。原理圖如下所示：29第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六30第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.3繞線型電動機起制動5.3.1概述由于繞線型電動機內(nèi)阻很小，轉子不接外電阻時，起動電流達5~10倍，起動轉矩只有額定轉矩的0.5~1.5倍。起動電流大，繞組發(fā)熱增加，對電網(wǎng)沖擊大，引起電壓波動大，對生產(chǎn)機械要求的起動轉矩滿足不了要求。因此，繞線型電動機轉子回路要接電阻或接頻敏變阻器，來減小起動電流和增大起動轉矩(2~2.5倍)。特性曲線如下圖所示。31第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六32第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六轉差率S與轉矩M之關系，見下式。（S=S1＜S2＜S3）轉子電流，見下式。

-----------轉子開路電壓,V.

-----------轉子內(nèi)阻,Ω.串電阻后

------------外接內(nèi)阻,Ω.上述中沒有考慮電抗，因為啟動瞬間f2=0,因此x=2πf2L=0轉子頻率。HZ轉子繞組電感。H33第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

5.3.2電阻分級起動

某些大功率傳動裝置要求重載起動，而某些小功率傳動裝置要求頻繁起、制動。為減小起動損耗和起動電流，并滿足某些生產(chǎn)機械對加、減速度的特定要求，可采用電阻分級起動，特性曲線見表5-3。34第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六表5-3電阻分級起動的特性電阻計算及選擇，詳見下冊表24-46。35第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六5.3.3頻敏變阻器起動

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（a）、（b）圖。36第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六（a）起動后切除頻敏變阻器（RF）（b）轉子常接頻