ch10-1異步電動機起動教學課件

第十章三相異步電動機的

起動和調(diào)速

1.

異步電動機的起動性能(難點)

2.

異步電動機的起動方法(重點)

3.

異步電動機的調(diào)速性能及方法7/22/20231第一節(jié)異步電動機的起動性能

一、起動性能指標及其分析

二、改善起動性能的方法7/22/20232一、起動性能指標及其分析

1.描述起動性能的指標(Ist

Mst)

2.起動要求及危害

3.起動性能分析7/22/202331.起動電流較大的原因據(jù)等效電路可求得定子起動電流為：7/22/20234起動電流約為額定電流的4~7倍。

起動時，旋轉(zhuǎn)磁場以較大的相對速度切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組上感應有較大的電勢，產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)子電流，據(jù)磁勢平衡方程式，從而定子繞組也有較大電流。7/22/20235轉(zhuǎn)矩物理表達式：轉(zhuǎn)子電流：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角：定子電壓方程：感應電勢表達式：2.起動轉(zhuǎn)矩不大的原因

7/22/20236起動時因起動電流大，約（4~7）I1N，漏阻抗壓降大，電勢E1減小，主磁通φm相應減小；起動時功率因數(shù)很低，大約0.2左右。故起動轉(zhuǎn)矩不大，約1~2倍的額定轉(zhuǎn)矩。

分析及結(jié)論：

7/22/20237小結(jié)：

鼠籠式電機的起動電流較大，達（4~7）倍額定電流；起動轉(zhuǎn)矩不大，僅為（1~2）倍額定轉(zhuǎn)矩。故起動性能較差。7/22/20238二、改善起動性能的方法鼠籠式電機：采用特殊結(jié)構的轉(zhuǎn)子，如深槽式、雙鼠籠；繞線式電機：轉(zhuǎn)子串接附加電阻。7/22/20239

一、起動方法綜述

第二節(jié)鼠籠式電機的起動方法

二、鼠籠式電機的全壓起動三、鼠籠式電機的降壓起動（重點）7/22/202310一、異步電機起動方法綜述影響異步電機起動方法的因素：供電系統(tǒng)容量；負載性質(zhì)；起動頻繁程度。負載性質(zhì)（三種）

全壓直接起動條件（供電容量及起動頻繁程度）7/22/202311負載性質(zhì)三種：

3.起動時僅有很小的阻力轉(zhuǎn)矩，起動過程中負載與轉(zhuǎn)速的平方成正比，如水泵、風機。變阻力矩。

2.起動時僅有很小的阻力轉(zhuǎn)矩，起動過程中基本不變，額定轉(zhuǎn)速時加負載，如機床；小阻力矩。

1.起動時有較大的阻力轉(zhuǎn)矩，起動過程中負載不變，如起重機；大阻力矩。7/22/202312電機特性與典型負載曲線7/22/202313

1.使用獨立變壓器：①不頻繁起動—電機容量小于30%變壓器容量；②頻繁起動—電機容量小于20%變壓器容量。采用全壓直接起動。

2.使用共同電源：起動壓降△U＜5%Ue，可采用全壓直接起動，用開關或接觸器把異步電動機直接投入電網(wǎng)。直接起動特點：不需任何起動設備，起動簡單。當變壓器容量與系統(tǒng)計算容量相差不大，則用降壓起動。

全壓直接起動條件（供電容量及起動頻繁程度）7/22/202314二、鼠籠式電機的降壓起動(重點)

定義：起動時以低于額定電壓的電壓接至定子繞組，當轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速時，再切換到額定電壓運行。

注：降壓起動主要用于起動時負載轉(zhuǎn)矩不大的場合。

1．用自耦變壓器降壓起動2．用Y—△轉(zhuǎn)換開關降壓起動7/22/2023151.自耦變壓器降壓起動線路圖7/22/202316

當采用變比為Ka>1的自耦變壓器進行降壓起動時：電動機繞組中的起動電流（即自耦變壓器次級繞組電流I2st）：起動轉(zhuǎn)矩：初級繞組電流(電網(wǎng)母線)：分析及結(jié)論：7/22/2023172.Y—△起動線路圖及其分析7/22/202318分析及結(jié)論：小結(jié)（方案比較）：自耦變壓器：需有專用起動設備,可選方案多,有3個抽頭(1:0.55，1:0.64，1:0.73)即3個變壓方案可選；Y—△：起動設備結(jié)構簡單（定子需角形接法）,但只有一種方案。

7/22/202319[例12-1]：一臺三相異步電動機，額定功率3kW，額定電壓380V，額定電流6.81A，額定轉(zhuǎn)矩30.6N·m，定子繞組Y連接，在額定電壓下直接起動時，起動電流為Ist=34.3A；起動轉(zhuǎn)矩Mst=58.5N·m；當用變比Ka=2的自耦變壓器降壓起動時：（1）求此時起動電流與額定電流的比值，起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值？（2）問該機能否用Y—△轉(zhuǎn)換開關起動？7/22/202320[解]：（1）在額定電壓時起動電流倍數(shù)；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=1.91。當用Ka=2的自耦變壓器降壓起動時自耦變壓器副方電流：

自耦變壓器原方電流：（A）（A）7/22/202321降壓后起動電流倍數(shù)：

降壓后起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):起動轉(zhuǎn)矩：（N·m）7/22/202322（2）由題意知，該機正常運行時為Y連接，故不能采用Y—△轉(zhuǎn)換開關起動。

7/22/202323本課總結(jié)：

2.

鼠龍式電機的起動方法(降壓起動兩種方法)

1.

異步電動機的起動性能(指標及其分析)作業(yè)：P180：12—27/22/202324第三節(jié)繞線式異步電動機起動

一、轉(zhuǎn)子加起動變阻器起動

二、轉(zhuǎn)子接頻敏變阻器起動

7/22/202325轉(zhuǎn)子接頻敏變阻器起動7/22/202326異步電動機的調(diào)速

由式知：有三種調(diào)速方式變極調(diào)速變頻調(diào)速變轉(zhuǎn)送率調(diào)速

7/22/202327第一節(jié)變極調(diào)速

改變定子的極對數(shù)，使同步轉(zhuǎn)速改變，電動機轉(zhuǎn)速改變。

改變極對數(shù)的方法：改變定子繞組聯(lián)結(jié)法的方法。如圖7/22/202328三相繞組兩種常用聯(lián)結(jié)方法：Y/YY；D/YY轉(zhuǎn)向：P對極時：A、B、C相位為0，120，240度2P對極時：A、B、C相位為0，240，480（=120）度所以：應改變相序7/22/202329輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）在變速前后的關系輸出功率為式中——電動機效率；——電動機定子相電壓；——電動機定子相電流；——定子輸入功率；——定子功率因數(shù)。7/22/202330忽略定子損耗，PT≈P1，轉(zhuǎn)矩T為（11-3）式中p——極對數(shù)。當Y→YY時，極對數(shù)：2P→P，n0→2n0為使調(diào)速時電動機得到充分利用，在高、低速運行時，電動機繞組內(nèi)均流過額定電流，這樣在兩種聯(lián)結(jié)法下的轉(zhuǎn)矩之比為（11-4）7/22/202331可見這種變極調(diào)速方法是近似恒轉(zhuǎn)矩的，圖11-3a。7/22/202332D→YY：極對數(shù)：2P→P，n0→2n0圖11-2b，兩種聯(lián)結(jié)法的功率比為（近似恒功率（差13.4%））改變定子極對數(shù)，還可以在定子上裝上兩組獨立的繞組，各聯(lián)結(jié)成不同的極對數(shù)。如將兩種方法配合，則可得更多的調(diào)速級數(shù)。7/22/202333第二節(jié)變頻調(diào)速顯然，頻率可平滑調(diào)節(jié),可平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由定子電路的電動勢方程式可見，在忽略定子漏阻抗的情況下，得（11-6）為使在f1變化時保持不變，則由式（11-6）可見必7/22/202334恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，如果能保持，則可保證調(diào)速過程中電動機的過載能力基本不變，同時可滿足磁通基本不變的要求。

恒功率調(diào)速時:若滿足，調(diào)速過程中電動機的過載能力也能保持不變，但此時磁通將發(fā)生變化了。若此時按恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速滿足的條件，則磁通將基本不變，但電動機的過載能力將在調(diào)速過程中改變。圖11-4上繪出了變頻時異步電動機的機械特性，其中f11>f12>f13>f14>f15>f16。7/22/202335變頻調(diào)速的優(yōu)點：調(diào)速范圍大，平滑性較高，變頻時Ux按不同規(guī)律變化可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，低速時特性的靜差率較高。變頻調(diào)速的缺點：專用的變頻電源；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動負載。7/22/202336一.轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速

如圖11-5中，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)子電流I2’減小，轉(zhuǎn)矩T減小電動機減速轉(zhuǎn)差率增加到s1I2及T增加到T=TZ電動機達新平衡狀態(tài)。

第三節(jié)能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速7/22/202337轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻時的人為機械特性電阻的數(shù)值越大，人為機械特性越軟。由于，在額定電壓時，（11-18）（11-21）所以（11-22）此方法優(yōu)點：方法簡單，初期投資不高。7/22/202338改變定子電壓調(diào)速

人為機械特性。控制電路價格較低。調(diào)速范圍很小。

對于恒轉(zhuǎn)距調(diào)速，如能增加轉(zhuǎn)子電阻，則改變定子電壓可得較寬的調(diào)速范圍，此時特性太軟，其靜差率常不能滿足生產(chǎn)機械的要求，而且低壓時的過載能力較低。

7/22/202339改變定子電壓調(diào)速

如采用圖11-9所示的閉環(huán)系統(tǒng)：負載TZ轉(zhuǎn)矩變化，自動調(diào)節(jié)電源電壓，則既能提高低速時的機械特性硬度，又能保證一定的過載能力。

7/22/202340缺點：調(diào)速時的效率較低，功率因數(shù)比轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻時更低。適用于：高轉(zhuǎn)差籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。變極變壓相結(jié)合的調(diào)速方法為了改善改變定子電壓調(diào)速低速運行時的性能，進一步擴大調(diào)速范圍，在改變定子電壓調(diào)速方法的基礎上，發(fā)展成一種變極變壓相結(jié)合的調(diào)速方法。應用于：單繞組多速籠型異步電動機，為了使減壓降速時電流不至太大，轉(zhuǎn)子采用高電阻的導條。當電動機極數(shù)一定時，改變定子電壓轉(zhuǎn)速也隨之改變。7/22/202341

7/22/202342滑差電動機由籠型異步電動機.滑差離合器和控制裝置三者構成?；铍x合器又名轉(zhuǎn)差率離合器，基本作用原理基于電磁感應現(xiàn)象。圖為一個實心電樞離合器示意圖。1電樞，2感應子

三.滑差電機7/22/202343當繞組內(nèi)通往直流電流通過時，在電樞與感應子之間便有磁通相鏈，當異步電動機帶動電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞便以相應的轉(zhuǎn)速在感應子所建立的磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)，電樞上將出現(xiàn)感應電動勢：電樞內(nèi)出現(xiàn)渦流，渦流與感應子磁場相互作用力為（11-28）轉(zhuǎn)矩為（11-29）

7/22/202344※（二）電磁滑差離合器的幾種結(jié)構類型1.雙電樞無極電環(huán)滑差離合器如圖11-14所示。這種結(jié)構類型加工工藝比較簡單，但尺寸較大，機械特性較軟，廣泛應用于小功率大范圍調(diào)速。環(huán)型電樞滑差離合器如圖11-15所示。這種結(jié)構適用于小功率。7/22/202345※爪式無集電環(huán)滑差離合器如圖11-16所示。這種結(jié)構適用于較大功率。（三）電磁滑差離合器的調(diào)速性能這種調(diào)速系統(tǒng)的機械特性可近似地用下列經(jīng)驗公式表示，即（11-30）圖11-17是無集電環(huán)滑差離合器在不同勵磁電流下的機械特性，可見勵磁電流愈小，特性愈軟。7/22/202346

※滑差離合器調(diào)速時，可按保持相同的轉(zhuǎn)差功率的條件來確定。轉(zhuǎn)差功率為（11-31）式中（11-32）（11-33）將式（11-32）（11-33）代入（11-31）得則（11-34）調(diào)速時離和效率為（11-35）滑差電動機的總效率為（11-36）7/22/202347滑差電動機的優(yōu)點：結(jié)構簡單，維護方便，加工容易，能平滑調(diào)速，用閉環(huán)系統(tǒng)可擴大籠型異步電動機的調(diào)速范圍?；铍妱訖C的缺點：必須增加滑差離合器設備；調(diào)速時效率低；在負載轉(zhuǎn)矩時，可能失控。7/22/202348

四.串級調(diào)速（一）串極調(diào)速的一般原理中等以上功率的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與其他電動機或電子設備串極聯(lián)接以實現(xiàn)平滑調(diào)速，稱為串級調(diào)速。7/22/202349與同相（相位差）當未引入時，轉(zhuǎn)子電流為（11-37）當引入時，轉(zhuǎn)子電流為（11-38）

2．與反相（相位差）未引入時，變?yōu)椋?