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1、第7章 三相异步电动机的起动、调速和制动,7.1 鼠笼式异步电动机的起动 7.2 绕线式异步电动机的起动 7.3 异步电动机的软起动 7.4 异步电动机的调速 7.5 异步电动机的制动 7.6 异步电动机的各种运转状态,7-1,7.1鼠笼式异步电动机的起动,7-2,在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cos 很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。以Y系列三相异步电动机为例：,起动电流,起动转矩,7.1鼠笼式异步电动机的起动,7-3,对于变压器而言，整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压
2、器来讲，容量却是有限的。若变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常规定值，例如 U 10或更严重。这样一来，影响了几个方面：,影响由同一台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转等。,起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多，当负载较重时，可能起动不了。,7.1鼠笼式异步电动机的起动,7-4,降低起动电流的方法有：降低电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反而可能减小。,7.1鼠笼式异步电动机的起动,7-5
3、,不同的负载对起动的要求是不一样的。一般要考虑以下几个情况： 应有足够的的起动转矩（Ts1.1TL）； 起动电流尽可能小； 简单有效；经济可靠； 起动过程的功率损耗尽可能小。,7.1.1 直接起动,7-6,三相异步电动机直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备，三相异步电动机能否直接起动，主要考虑下列情况： 电动机与变压器容量比； 电动机与变压器之间的供电线路的长度； 与电动机共用一变压器的设备对电压稳定性的要求； 起动是否频繁； 拖动系统的转动惯量的大小。,7.1.2 星-三角起动,7-7,定子绕组星 - 三角形切换起动方法适用于 运行时接成三角形，且每相绕组有两个引出端的三相异步电动机。
4、,每相起动电流,每相起动电压,7.1.2星-三角起动,7-8,定子绕组星 - 三角形切换起动方法适用于 运行时接成三角形，且每相绕组有两个引出端的三相异步电动机。,Y一D 起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的13。,7.1.2 星-三角起动,7-9,Y一D 起动可以用于拖动 的轻负载。在轻载起动条件下，应该优先采用。 13。,Y一D 起动时起动转矩为直接起动时起动转矩的1/3,7.1.3自耦变压器降压起动,7-10,自耦变压器起动转矩,经过自耦变压器降压后的起动电流与直接起动的电流比,自耦变压器起动时，一次和二次绕组的电流比,自耦变压器起动时，从电网输入的电流与直接起动的
5、电流比,7.1.3自耦变压器降压起动,7-11,自耦变压器起动时的起动转矩与直接起动时起动转矩之间的关系为：,采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低到KJ倍，起动电流与起动转矩降低到KJ2倍。 实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如QJ 2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出厂时接在73%抽头上）；QJ 3型也有三种抽头，分别为40、 60%、80%（出厂时接在 60抽头上）等。,7.1.4 定子回路串接电抗器降压起动,7-12,三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。显然此时的电抗器起到了分
6、压的作用。,三相异步电动机直接起动时,定子边串入电抗X起动时,可以理解为降低定子电压,7.1.4 定子回路串接电抗器降压起动,7-13,三相异步电动机直接起动时转子功率因数很低，,串电抗起动时，可以近似把zk看成是电抗性质。,7.1.4 定子回路串接电抗器降压起动,7-14,显然，定子串电抗器起动，降低了起动电流，但起动转矩降低得更多。因此，定子串电抗器起动，只能用于空载和轻载。工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小，再计算电抗X的大小。计算公式推导如下：,其中短路阻抗为,若定子回路串电阻起动，也属于降压起动，也可以降低起动电流。但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特别对中型、
7、大型异步电动机更不经济。,7.1.5 延边三角形起动,7-15,延边三角()形起动法是星-三角起动法的一种发展，利用这种起动法的电动机的定子绕组，每相均有一中间抽头，起动时一半绕组接成三角形，另一半则接成星形，可以降低相电压和起动电流；运转正常后，则改接成三角形，可正常工作。这种起动方法既降低了起动电流，又不致使起动转矩过小，是带负载起动电动机的较好起动方法。,7.1.5 延边三角形起动,7-16,三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较,7-17,7.1.6 高起动转矩的异步电动机,7-18,前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动
8、转矩，因此只适合空载或轻载起动。对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，成为高起动转矩的鼠笼式异步电动机,1 高转差率鼠笼式异步电动机,具有堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及正、反转的工作场合。如锤击机、剪刀机、冲,压机和锻冶机等设备。,7.1.6 高起动转矩的异步电动机,7-19,2 深槽式鼠笼异步电动机,深槽异步电动机的槽型窄而深， 处于槽底等效线匝的漏电抗大于处于槽
9、口等效线匝的漏电抗。 起动时，由于异步电动机转子电路频率较高，电流大部分集中在槽口部分的导体（集肤效应），转子的等效电阻大。起动结束以后，异步电动机转子电路频率较低 （1-3 Hz），集肤效应消失，转子导条电阻变为较小的直流电阻。,7.1.6 高起动转矩的异步电动机,7-20,3 双鼠笼式异步电动机,上笼导条细，采用黄铜制作，电阻率大，为起动笼；上笼导条粗，采用紫铜制作，电阻率小，为运行笼。,7.2绕线式异步电动机的起动,7-21,7.2.1转子回路串电阻起动,为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。,7.2.1转子回路串电阻起
10、动,7-22,最大起动转矩T1和切换转矩T2的选择,起动过程分析,1. A点 2. E点 3. F 点 4. G点 5. 经过H点，在K点稳定。,7.2.1转子回路串电阻起动,7-23,起动电阻的计算,7.2.1转子回路串电阻起动,7-24,起动电阻的计算,7.2.1转子回路串电阻起动,7-25,起动电阻的计算,7.2.2 转子串频敏变阻器起动,7-26,转子串频敏变阻器起动的三相绕线式异步电动机接线原理图如图5.起动开始，开关K断开，电动机转子串入频敏变阻器起动。电机转速达到稳定值后，开关K接通，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行。,1接线原理,7.2.2 转子串频敏变阻器起动,7-27,变
11、阻器是一种无触点电磁元件，相当于一个等值阻抗。在电动机过程中，由于等值阻抗便随转子电流频率减小而自动下降（自动变阻），从而只须一级变阻器，就可以把电动机平稳地起动起来。变阻器实质上是一个铁芯损耗特大的三相电抗器。它由数片E型钢板叠合成的铁芯及线圈两个主要部份组成。钢板间来以垫圈，保持片间距离，以利散热。,2 结构,7.2.2 转子串频敏变阻器起动,7-28,频敏变阻器每一相的等值电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成，但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在以下两点：,频率为50Hz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。
12、这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致使起动电流过小而减小起动转矩。 频率为50Hz的电流通过时, rp xp，其原因是：频敏变阻器中磁密取得高，铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此 较大。,3 工作原理,7.2.2 转子串频敏变阻器起动,7-29,绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时，s1，转子回路中的电流的频率为50Hz。转子回路串入zp = rp+ xp ，而 rp xp ，因此转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动
13、电流，又提高了起动转矩。当转速上升， f2下降， rp下降， xp也下降。当参数设计的合适，可以获得恒转矩特性。,3 工作原理,7.3异步电动机的软起动,7-30,笼型电机传统的降压起动方式有Y- 起动、自耦降压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级降压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统降压起动方式的不同之处是：,（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。 （2）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。 （3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级
14、调整至最佳的起动电流。,三种起动过程的电流比较,异步电动机的起动过程与电流冲击,一级降压起动,软起动器,直接起动,7-31,现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图中曲线c），起动时间也短于一级降压起动。主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。,7-32,视起动时所带负载的大小，起动电流可在 (0.54) IsN 之间调整，以获得最佳的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。软起
15、动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。,7.3异步电动机的软起动,7-33,运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动。,什么是电动机的软起动,软起动器适用于哪些场合？ 原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。 软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。 同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻
16、载节能的效果,7.3.1软起动器的主电路,7-34,软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。,7.3.2软起动方式,7-35,1 斜坡电压软起动,这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。,在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。,7.3.2软起动方式,7-36,3 斜坡恒流软起动,是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。,
