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1、电机与拖动基础 三相异步电动机的起动及起动设备 的计算 三相异步电动机的起动及起动设备的计算 异步电动机定子绕组接入电网后，转子从静止状态到稳定 运行状态的过程，称为异步电动机的起动。 在电力拖动系统中，通常要求电动机应具有足够大的起动 转矩，以拖动负载较快地达到稳定运行状态 起动电流不要太大，以免引起电网电压波动过大，而影响 电网上其它负载的正常工作。 因此，衡量异步电动机起动 性能的主要指标是起动转矩倍数KT=Tst/TN和起动电流倍数 KI=Ist/IN 普通的异步电动机 如果不采取任何措施 而直接接入电网 起动时，往往起动电流Ist 很大，而起动转矩Tst 不足。 三相异步电动机的起动
2、及起动设备的计算 电动机机械特性物理表达式 而 在起动初始，异步电动机转速为n = 0，转差率s = 1，转 子电流的频率f2=sf1，转子绕组的电动势sE2，比正常运行 时（s=0.010.05）的电动势值大20倍以上，此时转子电 流I2很大，定子电流的负载分量也随之急剧增大，使得定 子电流（即起动电流）很大；其次，由于转子频率很高（ f2=sf150Hz），转子漏磁sX2R2，使得转子内的功率因 数cos2很小，所以尽管起动时转子电流I2很大，但其有功 分量I2cos2并不大，而且，由于起动电流很大，定子绕组 的漏阻抗压降增大，使得感应电势E2和与之成正比的主磁 通m减小，因此起动转矩Ts
3、t并不大 三相异步电动机的起动方法 一、三相笼式异步电动机的起动方法 三相笼式异步电动机有直接起动、减压起动和软起动三种 （一）直接起动 起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全 压）直接加到电动机的定子绕组，显然，这时起动电流较 大，可达额定电流的47倍，根据对国产电动机实际测量 ，某些笼型异步电动机甚至可达812倍 一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动 。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式 要求者，电动机也可允许直接起动 三相异步电动机的起动方法 如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法 （二）减压起动减压起动可以有四种方式 1电阻减压或电抗
4、减压起动 串电阻或电抗起动，即起动时，在电动机定子电路中串接 电阻或电抗，待电动机转速基本稳定时再将其从定子电路 中切除。由于起动时，在串接电阻或电抗上降掉了一部分 电压，所以加在电动机定子绕组上的电压就降低了，相应 地起动电流也减小了 该起动方法的优点是起动电流冲击小，运行可靠，起动设 备构造简单；缺点是起动时电能损耗较多 笼式异步电动机定子串接电阻（抗）降压起动时，串接电 阻的大小应根据电动机的参数及起动要求来选择计算 三相异步电动机的起动方法 笼型异步电动机电阻 减压起动的原理图 笼型异步电动机电抗 减压起动的原理图 电阻减压或电抗减压起动，Tst与电压的平方成正比减小， 因此这些方法一
5、般用于轻载起动的场合 三相异步电动机的起动方法 2、自耦补偿起动 自耦补偿起动方法 就是利用三相自耦 变压器降低加到电 动机定子绕组的电 压，以减小起动电 流的起动方法 自耦变压器的 减压原理图 异步电动机自耦补偿 起动的原理线路图 三相异步电动机的起动方法 采用自耦变压器降压起动时，自耦变压器的一次侧（高 压边）接电网，二次侧（低压边）接到电动机的定子绕 组上，待其转速基本稳定时，再把电动机直接接到电网 上，同时将自耦变压器从电网上切除 由变压器原理，有： 起动电流关系： 通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为 自耦变压器补偿起动适用容量较大的低压电动机减压起 动 三相异步电动机的起动方法
6、3、星型三角（Y）起动 在起动时，先将三相定子绕 组联结成星形，待转速接近 稳定时再改联结成三角形。 这样，起动时联结成星形的 定子绕组电压与电流都只有 三角形联结时的 ，由于 三角形联结时绕组内的电流 是线路电流的 ，而星 形联结时两者则是相等的。 因此，联结成星形起动时的 线路电流只有联结成三角形 直接起动时线路电流的1/3 笼型异步电动机星形三角 形起动的原理线路图 三相异步电动机的起动方法 三相异步电动机的起动方法 4、延边三角形起动 笼型异步电动机定子三相 绕组连接成延边三角形 引出9个出线端的 定子三相绕组 三相异步电动机的起动方法 图示为正常运行时为三角形联结的电动机（380/6
7、60V）的定 子三相绕组，每相绕组的中间引出一个出线端，故定子三相 绕组共有9个出线端。如起动时将绕组的1、2、3三个出线端 接电源；4、5、6三个出线端分别与三个中间出线端8、9、7 相连，如图所示，即成了所谓的延边三角形联结法 三相绕组联结成延边三角形时，绕组的相电压低于电源电压 ，且降低值与绕组的中间引出端的抽头比例有关。因此在起 动过程中，将定子绕组联结成延边三角形，可使定子绕组的 电压降低，也能减小起动电流 延边三角形起动具有体积小、质量轻、允许经常起动等优点 ，而且采用不同的抽头比例，可以得到延边三角形联结法的 不同相电压，其值比星形-三角形换接起动时星形联结法的电 压值高，因此其
8、起动转矩比星形-三角形换接起动时大，它能 用于重载起动。 三相异步电动机的起动方法 （三）软起动方法应用自动控制线路组成的软启动器实现笼 式异步电动机的无级平滑调速 1限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限制电动 机起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动 2斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电压 由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动 3转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起动转矩 由小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电 网的冲击，是较好的重载软起动方法 4转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似 ，其差别在于：起动瞬间加脉冲
9、突跳转矩以克服电动机的负 载转矩，然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动 5电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起 动时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法 三相异步电动机的起动方法 二、三相绕线式转子异步电动机的起动方法 方法有：转子串电阻和转子串频敏变阻器二种方案 （一）转子串联电阻起动 电动机起动时，变阻器应调 在最大电阻位置，然后将定 子接通电源，电动机开始转 动。随着电动机转速的增加 ，均匀地减小电阻，直到将 电阻完全切除。待转速稳定 后，将集电环短接，同时举 起电刷 三相异步电动机的起动方法 （二）转子串联频敏变阻器起动 当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻
10、器内的与频率 平方成正比的涡流损耗较大，Rm值也因之较大，起限制起 动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频 率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及Rm值跟着下降 ，使电动机起动平滑 频敏变阻器的结构 三相异步电动机的起动方法 三相异步电动机的起动方法 笼式异步电动机起动转矩小，起动电流大。为了改善电动 机的起动性能，通过改进其内部的结构，可以获得有较好 起动性能的特殊型式的笼型异步电动机，主要有高转差率 笼型异步电动机、深槽式异步电动机、双笼型异步电动机 等。这些特殊形式的笼型异步电动机的共同特点是起动转 矩较大 一、深槽异步电动机 这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机
11、起 动过程中转子导条内的“集肤效应”，以达到既改善起动性 能又不降低正常运行效率的目的 三相异步电动机的起动方法 结构上，电动机的槽形窄而深。槽深与槽宽比值为1012 使用中转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动 完毕，频率f2仅为13Hz，集肤效应基本消失，转子导条内 的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻 三相异步电动机的起动方法 二、双笼型异步电动机 这种异步电动机的转子上有两套导条，如图示的上笼与下 笼，两笼间由狭长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大 的黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下 笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻 较小 双笼型转子的 结
12、构与漏磁通 三相异步电动机的起动方法 起动时，转子电流频率较高，下笼漏抗大，电流小，转子 电流大部流过上笼，集肤作用显著。 上笼电阻大，流过电流又大，则产生较大的起动转矩 上笼称为起动笼 对应机械特性曲线T1 起动结束，电动机进入正常运行 转子频率很小，二笼的漏抗很小， 电流在二笼间的分配主要决定于 电阻。又机械特性曲线T2 合成特性曲线为T 双笼异步电动 机的机械特性 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算 定子串联电阻可以在电动机起动时，减少起动电流。 串入的电阻为Rst 在电源电压全部加到电动机上，电动机的起动电流为 I1st,起动转矩为Tst 电动机串入电阻Rst，起动电流变为I1s
13、t，起动转矩变 为Tst 则有： 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算 起动时s=1,忽略I0，有I1=I2。得到 有关系式： 设： 得到 或 按一般电动机的平均数，可令 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算 定子绕组为星型联结 定子绕组为三角型联结 而 定子串入对称电阻，电动机减少了起动电流，同时更多减 少了起动转矩 为使电动机能够起动起来，电动机降低的起动转矩必须大 于负载转矩TstTz 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算 例：一笼型异步电动机， 试就下列二种情况，求定子串接电阻Rst (1)起动电流减小到直接起动时的一半 (2)起动转矩减小到直接起动时的一半 解：定子星型接
14、法时： 三相笼型电动机起动自耦变压器的计算 笼型异步电动机采用自耦变压器起动，要选择与电动机的 额定电压和功率相当功率的自耦变压器 自耦变压器容量PTA(KVA)的计算式: 式中 Pd电动机额定容量(KVA) KI电动机起动电流的倍数 UTA%自耦变压器的抽头电压，以额定电压百分数表示 n起动次数 t起动一次的时间 电动机起动时，自耦变压器的起动功率为电动机起动时，自耦变压器的起动功率为P PTAstTAst 三相笼型电动机起动自耦变压器的计算 例：电动机容量500KVA，若KI=5，按生产机械要求，电动 机起动容许最小电压为额定电压的60。设起动次数n=3， 每次起动时间t=30s=0.5m
15、in 试计算并选择自耦变压器（最大起动时间 =2min） 解：选择UTA%=65%，将全部已知数据带入计算式，有 可以选择电压抽头65时容量大于792KVA的自耦变压器， 其最大起动时间为2min 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 三相绕线式异步电动机起动可以通过串入转子电阻的 方法，具体电阻值的计算可以采用图解法和解析法 1.图解法：为简化计算，异步电动机的机械特性可视为 直线。方程为 转子电路串入电阻，最大转矩Tm不变，而临界转差率sm 则与转子电路的总电阻R成正比 当转矩T一定时（Tm不变），有 当一定时，有 说明在转矩为恒值条件下，转差率与转子电路的总电 阻成正比 三相绕
16、线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 起动过程图示 一般取T10.85Tmax 取T2(1.1-1.2)Tz 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 为转子每相绕组电阻 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 2.解析法：由机械特性直线段方程，有 说明T与转子电路的电阻成正比。根据上述机械特性图 ，有 在多级（m级）电阻起动时，有 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 令：则有 将带入得到 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 若求每极的各段电阻值，则可由相邻二级总电阻值相减 ，有 三相绕线转子异步电动机转子对称起动 电阻的计算 例：某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为 ： 试用空载起动时的三级起动电阻 解：电动机转子每相电阻 为 取T1=1.7TN，则 三相绕线转子异步电
