《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 2.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能起動(dòng)問(wèn)題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。問(wèn)題原因：起動(dòng)時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子電流定子電流問(wèn)題后果：

①頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過(guò)熱②大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作①起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大②起動(dòng)電流要小③起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作和維護(hù)方便④起動(dòng)過(guò)程中能量損耗盡量小1起動(dòng)要求

起動(dòng)方法一、直接起動(dòng)

二、三十千瓦以下的籠型異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。二、降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)

換接起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）三、轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）定子回路串電阻或電抗器起動(dòng)操作：直接合閘，把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，成本低缺點(diǎn)：起動(dòng)電流倍數(shù)大，對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊大。一、直接啟動(dòng)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)≤適用范圍：

1、異步電動(dòng)機(jī)的功率在7.5kW以下的小型籠形異步電動(dòng)機(jī)，是小型籠形異步電動(dòng)機(jī)主要采用的啟動(dòng)方法。

2、如電動(dòng)機(jī)功率大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求，電動(dòng)機(jī)也可允許直接起動(dòng)。

為什么直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大？

起動(dòng)時(shí)刻，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（n=0,s=1），在等效電路中，由于Zm>>Z2’可視勵(lì)磁支路開路，則Im=0，所以I2’=I1，由起動(dòng)電流公式可知，起動(dòng)時(shí)s=1，起動(dòng)電流大，可達(dá)額定電流的4～7倍，某些籠型異步電動(dòng)機(jī)甚至可達(dá)8～12倍，又因?yàn)槠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩：f2=f1，接近于90o，很小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。一、直接啟動(dòng)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)二、定子回路串電阻或電抗器起動(dòng)操作：起動(dòng)時(shí)Q2投向“起動(dòng)”位置，起動(dòng)電阻Rst或起動(dòng)電抗Xst接入定子電路，閉合主開關(guān)Q1，電機(jī)起動(dòng)；轉(zhuǎn)速接近于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，Q2換接到“運(yùn)行”位置，電源電壓直接加到定子繞組上，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：Tst和電壓的二次方成正比減小，起動(dòng)時(shí)能量損耗較多，實(shí)際應(yīng)用少。適用范圍：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，只適用于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓減少到1/k時(shí)，由電網(wǎng)所供給的起動(dòng)電流也減少到1/k。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少到1/k2。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。二、定子回路串電阻或電抗器起動(dòng)三、Y-△轉(zhuǎn)換降壓起動(dòng)操作：三角形連接的定子繞組，起動(dòng)時(shí)Y接線，運(yùn)行時(shí)Δ接線。優(yōu)點(diǎn)：操作、設(shè)備簡(jiǎn)單，可有效降低起動(dòng)電流倍數(shù)。缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)同時(shí)減小，只適合輕載起動(dòng)。適用范圍：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為Δ接線的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩:Y-△降壓起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低很多，多用于空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備上，適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接線的電動(dòng)機(jī)。Y系列容量在4kW以上的小型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)都設(shè)計(jì)成三角形聯(lián)結(jié)，以便采用星/三角降壓起動(dòng)。起動(dòng)電流:三、Y-△轉(zhuǎn)換降壓起動(dòng)操作：異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，在起動(dòng)時(shí)通過(guò)自耦變壓器與電源相連。優(yōu)點(diǎn)：降壓靈活，不受繞組連接方式的限制。缺點(diǎn)：需專用自耦變壓器，體積大，設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高。適用范圍：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。四、自耦變壓器降壓起動(dòng)通過(guò)自耦變壓器，起動(dòng)電流降低為：電壓Ux降低為：

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

自耦變壓器起動(dòng)可以降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，減小起動(dòng)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流降低同樣的倍數(shù)。這種起動(dòng)方式不受電動(dòng)機(jī)繞組連接的影響，可以根據(jù)需要選擇分接頭，手動(dòng)、自動(dòng)均可控制，應(yīng)用廣泛。四、自耦變壓器降壓起動(dòng)起動(dòng)方法直接起動(dòng)定子串電抗起動(dòng)Y－△起動(dòng)自耦變壓器起動(dòng)起動(dòng)電壓比值起動(dòng)電流比值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值起動(dòng)設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合111最簡(jiǎn)單一般簡(jiǎn)單較復(fù)雜電動(dòng)機(jī)容量小于7.5KW任意容量，輕載起動(dòng)正常運(yùn)行為△，可頻繁起動(dòng)較大容量電動(dòng)機(jī)，較大負(fù)載，不能頻繁起動(dòng)降壓?jiǎn)?dòng)性能比較三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)五、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)操作：在轉(zhuǎn)子回路中串入多級(jí)對(duì)稱電阻，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，逐漸切除起動(dòng)電阻。優(yōu)點(diǎn)：可限制起動(dòng)時(shí)的定、轉(zhuǎn)子電流，可得到最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，提高功率因數(shù)缺點(diǎn)：起動(dòng)設(shè)備復(fù)雜，操作維修不便，特別是大容量電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子電流大，切除電阻時(shí)，轉(zhuǎn)矩變化大，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沖擊大；同時(shí)，需要較多的電阻器、開關(guān)元件等，設(shè)備的投資大。適用范圍：三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)，大、中容量異步電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)。

起動(dòng)過(guò)程：電動(dòng)機(jī)由a點(diǎn)始，經(jīng)b→c→d→e→f→g→h，完成起動(dòng)過(guò)程。

為了有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、使起動(dòng)過(guò)程平滑，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路串入多級(jí)對(duì)稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸切除起動(dòng)電阻。五、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)六、轉(zhuǎn)子回路串敏頻電阻器起動(dòng)操作：（1）起動(dòng)時(shí)，調(diào)在最大電阻位置（2）隨著轉(zhuǎn)速的上升，均勻地減小電阻，直到完全切除（3）轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時(shí)舉起電刷優(yōu)點(diǎn)：減小起動(dòng)電流、增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；等效起動(dòng)電阻隨轉(zhuǎn)速升高自動(dòng)連續(xù)減?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便,目前被大量地推廣與應(yīng)用。缺點(diǎn)：電感存在，cosφ較低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很大，適于繞線式電動(dòng)機(jī)輕載啟動(dòng)。適用范圍：三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)，繞線式電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)。

頻敏變阻器類似只有一次繞組的三相三柱式變壓器，其鐵芯是有幾片或幾十片厚鋼板疊成，是一個(gè)鐵損耗很大的三相電抗器，其電阻值隨著頻率的降低而減小。如果參數(shù)選擇適當(dāng)，可以在起動(dòng)中保持轉(zhuǎn)矩近似不變，使起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)明顯，因此目前獲得了十分廣泛的應(yīng)用。六、轉(zhuǎn)子回路串敏頻電阻器起動(dòng)1、某三相異步電動(dòng)機(jī)Tst＝1.4TN，采用Ｙ－△起動(dòng)，問(wèn)在下述情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？(1)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.5ＴN，(2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.25ＴN。

答:

(1)Ｙ－△起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ｔst'=Ｔst/3=1.4ＴN/3=0.47ＴN，故0.25ＴN<Ｔst'<0.5ＴN。所以當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.5ＴN時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.25ＴN時(shí)，電動(dòng)機(jī)能起動(dòng)。2、一臺(tái)Y132-52-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)如下：nN=1450r/min，PN=10kW，△聯(lián)接，UN=380V，ηN=87.5％，cosφN=0.87，Tst/TN＝1.4，Tmax/TN

＝2.0。試求:(1)接380V電壓直接起動(dòng)時(shí)的Tst；(2)采用Ｙ－△降壓起動(dòng)時(shí)的Tst’。答：(1)直接起動(dòng)時(shí)TN

＝9.550·PN/nN＝65.86?！っ祝饎?dòng)轉(zhuǎn)矩Tst＝1.4TN

＝92.21?！っ?2)Ｙ－△降壓起動(dòng)時(shí)Tst‘＝Tst/3＝30.74牛·米思考與練習(xí)3、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下起動(dòng)時(shí)，為什么起動(dòng)電流很大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大？答：起動(dòng)時(shí)n=0，s=1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步速度切割轉(zhuǎn)子，在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)很大的電動(dòng)勢(shì)和電流，引起與它平衡的定子電流的負(fù)載分量急劇增加，以致定子電流很大，可以達(dá)到額定電流的4-7倍。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式T=CTΦmI2cosφ2，當(dāng)s=1、f2=f1時(shí)，轉(zhuǎn)子漏抗X2σ很大，X2σ>>R2，使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角接近900，cosφ2很小，導(dǎo)致I2cosφ2并不大；另外，因起動(dòng)電流很大，定子繞組漏抗壓降大，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1減小，與之成正比的Φm也減小，使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。思考與練習(xí)4、某三相異步電機(jī)，三角形連接，以200KV.A的三相變壓器供電。已知：試分析能否：直接起動(dòng)？星-三角起動(dòng)？選用變比為0.73的自耦變壓器起動(dòng)？20答：1)2)思考與練習(xí)3)5、繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)時(shí)，為什么既能降低起動(dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？所串電阻是否越大越好？答：從等效電路可以看出，增加轉(zhuǎn)子電阻使總的阻抗增加了，所以起動(dòng)電流減小。轉(zhuǎn)子電阻增加，使得cosφ2提高；起動(dòng)電流減小使得定子漏抗電壓降低；電勢(shì)E1增加，使氣隙磁通增加。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通、起動(dòng)電流、cosφ2成正比，雖然起動(dòng)電流減小了，但氣隙磁通和cosφ2增加，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加了。如果所串電阻太大，使起動(dòng)電流太小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將減小。思考與練習(xí)練習(xí)1、某三相異步電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)能力為1.3，當(dāng)電源電壓下降30％時(shí)（即電源電壓只有額定電壓的70％）時(shí)