1、 三相異步電機起動 12背景介紹以交流電動機為動力源的電力拖動系統(tǒng)為交流電力拖動系統(tǒng)。交流電動機有異步電動機和同步電動機，目前交流電力拖動系統(tǒng)中的電動機多數(shù)是三相異步電動機。和直流電動機一樣，異步電動機也存在起動、調(diào)速和制動問題；當三相異步電動機拖動各種類型的負載運行時，工作點也會分布在四個象限之內(nèi)，三相異步電動機各種運行狀態(tài)的定義方法與直流電動機是一致的。3本章主要內(nèi)容1.1 小容量異步電動機的直接起動 1.2 三相籠型異步電動機的降壓起動 1.3 高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機1.4 繞線式三相異步電動機的起動1.5 三相異步電機的四象限運行 4第八章1.1 小容量異步電動機的直接起動 5

2、小容量異步電動機的直接起動對異步電動機起動的基本要求主要有：有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，起動電流限制在允許范圍內(nèi)。此外，起動時間要滿足生產(chǎn)機械要求，起動設(shè)備要簡單、經(jīng)濟、可靠。異步電動機的起動性能主要用起動電流倍數(shù) 和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 等幾項指標來描述。IKTKNstIIIKNstTTTK6小容量異步電動機的直接起動要滿足起動要求，一般情況下 。 在選擇電機的起動方法時，必須校核起動電流和起動轉(zhuǎn)矩是否同時滿足起動要求。異步電動機在起動時，電網(wǎng)對異步電動機的要求與負載對它的要求往往是矛盾的。直接起動的優(yōu)點是操作和起動設(shè)備都很簡單，缺點是起動電流很大。1 . 1TK7小容量異步電動機的直接起動直接起動電流特性

3、與固有機械特性 0IsTsIIT,n1no三相異步電動機起動時，起動電流很大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。三相異步電動機起動時，起動電流很大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。 8小容量異步電動機的直接起動異步電動機起動時，較大的起動電流會造成一些不良影響，主要有以下三個方面。1.對電源和其他負載的影響；2.對電動機本身的影響3.電動機起動瞬間對負載會造成一定的機械沖擊9小容量異步電動機的直接起動在供電變壓器容量較大、電動機容量較小時，三相異步電動機可以直接起動。通常，7.5 kW以下的小容量異步電動機都可以直接起動。10第八章1.2 三相籠型異步電動機的降壓起動 11三相籠型異步電動機的降壓起動當電網(wǎng)容量不夠大而不能

4、采用直接起動時，根據(jù)起動電流與端電壓成正比的關(guān)系，可以采用降低電壓的辦法來減小起動電流，簡稱降壓起動。降壓起動只適用于對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。常用的降壓起動方法主要有定子串接電抗器起動、Y-起動、自耦變壓器起動和延邊三角形起動等。12三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動 ABCC1C1C1C2C2C2M電動機起動時，接觸器電動機起動時，接觸器C2閉合、閉合、C1斷開，電抗器斷開，電抗器X串入定子回路；起動完畢后，觸點串入定子回路；起動完畢后，觸點C1閉合，把閉合，把電抗器電抗器X切除，電動機進入正常運行狀態(tài)。切除，電動機進入正常運行狀態(tài)。 13三相籠型異步電動機的降壓起動1.定

5、子串接電抗器起動1UsI1kRkXj1UsI1kRkXjXj1U （a）直接起動）直接起動 （b）定子串電抗起動）定子串電抗起動14三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動XZZuUUkk11XZZuUUIIkkstst111122211XZZuUUTTkkstst15三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動三相異步電動機定子串電抗降壓起動時，電動機線電壓從 降到 ，起動線電流從 降到 。NUUstIstI22XZZuTTXZZuIIXZZuUUkkststkkststkkN16三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動顯然，定子串電抗器起動降低了起動電流，但起動轉(zhuǎn)

6、矩降低的更多。因此，定子串電抗器起動只能用于空載和輕載起動。17三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動電抗X的計算kZuuX1NINstNkNINstNkIKUIUZIKUIUZ33/33/（Y連接）連接）（連接）連接）18三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動確定了串接電抗器的數(shù)值之后，就需要設(shè)計電抗器的匝數(shù)并選擇導(dǎo)線的線徑。電抗器的匝數(shù)可以根據(jù)如下兩式確定：LXmNL219三相籠型異步電動機的降壓起動1.定子串接電抗器起動若定子回路串接的電抗器換成電阻，即定子回路串電阻起動，也屬于降壓起動，能夠降低起動電流。但由于外串電阻上有較大的有功功率損耗，特別對中大型異步電動

7、機很不經(jīng)濟。20三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動對于運行時定子繞組接成形的三相籠型異步電動機，為了減小起動電流，可以采用Y-降壓起動方法。21三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動C3C3C3C1C1C1ABCC2C2C2起動開始時，接觸器觸點起動開始時，接觸器觸點C1C1和和C2C2閉合，電動機定閉合，電動機定子繞組接成子繞組接成Y Y接，待轉(zhuǎn)速升高到一定程度后，接接，待轉(zhuǎn)速升高到一定程度后，接觸器觸點觸器觸點C2C2斷開，觸點斷開，觸點C3C3閉合，定子繞組改成閉合，定子繞組改成接，電動機進入正常運行狀態(tài)。接，電動機進入正常運行狀態(tài)。 22三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動

8、ABCZXIsINUYABC（a）直接起動直接起動電動機直接起動時，定子繞組電動機直接起動時，定子繞組接接 313/1YNNNUUUUII23三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動ABCZYXsIsINU（b）Y-起動起動31331IIIIssY接和接和接時起動線電流比值為接時起動線電流比值為 上式說明，上式說明，Y-Y-起動時，盡管相電壓和相電流起動時，盡管相電壓和相電流與直接起動時相比降低到原來的與直接起動時相比降低到原來的 ，但是，但是，對供電變壓器造成沖擊的起動電流則降低到直對供電變壓器造成沖擊的起動電流則降低到直接起動時的接起動時的1 / 3。 3/124若直接起動時起動轉(zhuǎn)矩為若直

9、接起動時起動轉(zhuǎn)矩為 ，Y-起動時起動轉(zhuǎn)矩為起動時起動轉(zhuǎn)矩為 ，則，則三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動ABCZYXsIsINU（b）Y-起動起動sTsT31211UUTTss起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低的倍數(shù)一樣，都是起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低的倍數(shù)一樣，都是直接起動的直接起動的1 / 3。 25三相籠型異步電動機的降壓起動2.Y-起動Y-起動方法簡單，只需一個Y-轉(zhuǎn)換開關(guān)（做成Y-起動器），價格便宜，在輕載起動條件下應(yīng)該優(yōu)先采用。為了實現(xiàn)Y-起動，電動機定子繞組三相共六個出線端都要引出來。26三相籠型異步電動機的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 C1C1C1ABCC2C2C2C1C1M起動時，觸點

10、起動時，觸點C1閉合，定子繞組通過自耦變壓閉合，定子繞組通過自耦變壓器接到三相電源上，待電動機的轉(zhuǎn)速升高到一器接到三相電源上，待電動機的轉(zhuǎn)速升高到一定程度后，觸點定程度后，觸點C1斷開而觸點斷開而觸點C2閉合，自耦變閉合，自耦變壓器切除，電動機定子繞組直接接到三相電源壓器切除，電動機定子繞組直接接到三相電源上，電動機進入正常運行狀態(tài)。上，電動機進入正常運行狀態(tài)。 27三相籠型異步電動機的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 NU1N2NsIsI U 212NNIIss 降壓起動與直接起動相比，供電變壓降壓起動與直接起動相比，供電變壓器提供起動電流的關(guān)系為器提供起動電流的關(guān)系為28三相籠型異步電動機的

11、降壓起動3.自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動時電機的起動轉(zhuǎn)矩 與直接起動時起動轉(zhuǎn)矩 之間的關(guān)系為sTsT2122NNUUTTNss29三相籠型異步電動機的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 采用自耦變壓器降壓起動時，與直接起動相比較，電壓降低到原來的 ，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩降低到原來的 。12NN212NN30三相籠型異步電動機的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 實際上，起動用的自耦變壓器備有幾個抽頭供選用。例如QJ2型有三個抽頭，分別為55%（即55%）、64%、73%（出廠時接在73%抽頭上）；QJ3型也有三個抽頭，分別為40%、60%、80%（出廠時接在60%抽頭上）。31三相籠型異步電動機

12、的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 自耦變壓器降壓起動與定子串電抗起動相比，當限定的起動電流相同時，起動轉(zhuǎn)矩損失的較少；與Y-起動相比，有幾種抽頭供選用，比較靈活，并且較大時，可以拖動較大的負載起動。但是自耦變壓器體積大，價格高，也不能帶重負載起動。自耦變壓器降壓起動在較大容量鼠籠異步電動機上被廣泛應(yīng)用。32三相籠型異步電動機的降壓起動3.自耦變壓器降壓起動 三相籠型異步電動機起動方法的比較 起動方法起動電壓相對值（電動機相電壓）起動電流相對值（供電變壓器線電流）起動轉(zhuǎn)矩相對值起動設(shè)備直接起動111最簡單串電抗起動uuu 2一般Y-起動1/31/3簡單，只用于接380V電機自耦變壓器uu 2u

13、2較復(fù)雜，有三種抽頭可選3/133三相籠型異步電動機的降壓起動4.延邊三角形起動延邊三角形起動是在Y-起動方法基礎(chǔ)上加以改進的一種新的起動方法。它要求電動機每相有三個出線端，三相共有九個出線端。電動機起動時，定子繞組的一部分接成三角形，一部分接成星形；當起動結(jié)束后，電動機繞組改接成三角形接法。34三相籠型異步電動機的降壓起動4.延邊三角形起動 NUID1D7D4D2D8D5D6D9D3D2D4NUID1D7D8D6D9D3D535三相籠型異步電動機的降壓起動4.延邊三角形起動 匝數(shù)比k不同時繞組電壓、起動電流與起動轉(zhuǎn)矩情況 k繞組電壓比起動電流比起動轉(zhuǎn)矩比2:10.66 UN0.43 I s0

14、.43 T s1:10.71 UN0.50 I s0.50 T s1:20.78 UN0.60 I s0.60 T s36三相籠型異步電動機的降壓起動4.延邊三角形起動延邊三角形起動時的起動轉(zhuǎn)矩比Y-起動時大。延邊三角形起動還可以選定適當?shù)睦@組抽頭比，以滿足起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求，但是電動機繞組制成后抽頭比便不能隨意變動。另外，繞組要引出抽頭，制造工藝麻煩。37三相籠型異步電動機的降壓起動本節(jié)所介紹的幾種籠型異步電動機降壓起動方法，主要目的都是減小起動電流，但同時又都程度不同地降低了起動轉(zhuǎn)矩，因此它們只適合空載或輕載起動。對于重載起動，尤其要求起動過程很快的情況下，則經(jīng)常需要起動轉(zhuǎn)矩較大的異

15、步電動機。加大起動轉(zhuǎn)矩的方法是增大轉(zhuǎn)子電阻。對于繞線式異步電動機，可在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串電阻；對于籠型異步電動機，只有設(shè)法加大鼠籠本身的電阻值。38第八章1.3 高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機 39高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機對于重載起動的籠型異步電動機來說，前面介紹的幾種方法已經(jīng)不能滿足起動的需要，必須采取其他的措施來提高起動轉(zhuǎn)矩。高起動轉(zhuǎn)矩的籠型異步電動機包括高轉(zhuǎn)差率異步電動機、深槽式異步電動機和雙籠異步電動機等幾種類型，其中后兩種都是從轉(zhuǎn)子槽形入手，利用“集膚效應(yīng)”（也稱趨膚效應(yīng)，或擠流效應(yīng)）來達到起動時轉(zhuǎn)子電阻較大而正常運行時轉(zhuǎn)子電阻自動變小的要求。40高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機1.深

16、槽式籠型異步電動機 o電流密度電流密度沿沿槽槽高高各各點點高高度度41高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機1.深槽式籠型異步電動機應(yīng)當說明的是，集膚效應(yīng)在普通異步電動機中也存在，只是因為槽形不那樣窄和深，影響不顯著而已。與普通異步電動機相比較，深槽式異步電動機轉(zhuǎn)子槽漏抗較大，它的功率因數(shù)稍低，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)稍小。42高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機1.深槽式籠型異步電動機深槽式異步電動機機械特性 12Ton1n43高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機2.雙籠異步電動機 外籠外籠內(nèi)籠內(nèi)籠12Ton1n344高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機2.雙籠異步電動機雙鼠籠異步電動機比普通異步電動機轉(zhuǎn)子漏電抗大，功率因數(shù)稍低

17、，但效率卻差不多。雙鼠籠異步電動機不像深槽式異步電動機轉(zhuǎn)子槽很深，因此具有較好的機械強度，適用于高轉(zhuǎn)速大容量的電機。45高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機3.高轉(zhuǎn)差率籠型異步電動機 1普通鼠籠；普通鼠籠；2深槽及雙籠；深槽及雙籠；3高轉(zhuǎn)差率；高轉(zhuǎn)差率；4力矩式力矩式46高起動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機同容量籠型異步電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型式特點P N / kWK IK T mcos 普通鼠籠107.01.42.00.870.88雙鼠籠高起動轉(zhuǎn)矩107.02.02.00.860.87高轉(zhuǎn)差率105.52.62.70.79起重冶金專用105.233.383.710.780.8347第八章1.4 繞線式三

18、相異步電動機的起動 48繞線式三相異步電動機的起動由于大型電動機容量大，起動電流對電網(wǎng)沖擊較大，又因帶重載，負載要求電機提供較大的起動轉(zhuǎn)矩，顯然前述籠型異步電動機起動方法很難同時滿足這兩個要求，而繞線式異步電動機就顯示出明顯的優(yōu)勢。只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就可降低起動電流，同時增大起動轉(zhuǎn)矩，因而繞線式三相異步電動機可以應(yīng)用在重載和頻繁起動的生產(chǎn)機械上。49繞線式三相異步電動機的起動1.轉(zhuǎn)子串電阻分級起動2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 50繞線式三相異步電動機的起動1.轉(zhuǎn)子串電阻分級起動 R2 C2C2C1C1C3C31sR2sR3sR起動步驟：起動步驟： 接觸器接觸器C2、C3斷開，斷開，C1閉合

19、；閉合； 電動機轉(zhuǎn)速升高到電動機轉(zhuǎn)速升高到b點時點時 ，接觸器，接觸器C3閉合；閉合； 電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到d點，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，點，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，接觸器接觸器C2閉合；閉合； 電動機轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，到達電動機轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，到達f點時，電動機的點時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，接觸器電磁轉(zhuǎn)矩，接觸器C1閉合；閉合； 電動機轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，經(jīng)過電動機轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，經(jīng)過h點后，最后穩(wěn)定點后，最后穩(wěn)定運行在運行在j點。點。 5152繞線式三相異步電動機的起動1.轉(zhuǎn)子串電阻分級起動C2C2C1C1C3C32r1sR2sR3sR如果起動級數(shù)為如果起動級數(shù)為m，起動轉(zhuǎn)矩比的一般形式為，

20、起動轉(zhuǎn)矩比的一般形式為mNNsTT153繞線式三相異步電動機的起動2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 繞線式三相異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻起動，需在起動過程中逐級切換電阻，控制設(shè)備復(fù)雜。要想獲得良好的起動特性，需要較多的起動級數(shù)，特別是大容量電動機，所需起動設(shè)備投資多，維修不太方便，而且在每次切除一段電阻時，切除瞬間電動機的電流和轉(zhuǎn)矩突然變大，造成機械沖擊，為了克服上述缺點，可以采用轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器的起動方法。54繞線式三相異步電動機的起動2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 KKABCmeTsTo1nn55繞線式三相異步電動機的起動利用電力電子技術(shù)，將軟起動器（或稱固態(tài)軟起動器）應(yīng)用于電動機起動，可以使電動機起動

21、平穩(wěn)，對電網(wǎng)沖擊小，還可以實現(xiàn)電動機軟停車、軟制動、電機的過載和缺相保護、輕載節(jié)能運行等。軟起動的方式主要有四種，即斜坡電壓軟起動、恒流軟起動、斜坡恒流軟起動和脈沖恒流軟起動。與傳統(tǒng)起動設(shè)備相比，軟起動器具有更好的起動控制性能和保護性能，隨著它的推廣和應(yīng)用，軟起動器將很快成為替代傳統(tǒng)起動設(shè)備的產(chǎn)品。56第八章1.5 三相異步電機的四象限運行 57三相異步電機的四象限運行交流電力拖動系統(tǒng)運行時，在拖動各種不同負載的條件下，若改變異步電動機電源電壓的大小、相序及頻率，或者改變繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路所串電阻等參數(shù)，三相異步電動機就會運行在四個象限的各種不同狀態(tài)。和直流電動機類似，異步電動機的各種運

22、行狀態(tài)也有其各自的實現(xiàn)條件，包括電源條件和負載條件。58三相異步電機的四象限運行弄清楚功率關(guān)系是理解異步電動機各種運行狀態(tài)下電磁關(guān)系的重要一步。59三相異步電機的四象限運行電動運行 能耗制動 反接制動過程 倒拉反轉(zhuǎn)運行 回饋制動運行 60三相異步電機的四象限運行電動運行1.正向電動運行2.反向電動運行61三相異步電機的四象限運行1.正向電動運行實現(xiàn)條件 電源條件:電源電壓為正序 負載條件:拖動反抗性負載62三相異步電機的四象限運行2.反向電動運行實現(xiàn)條件 電源條件:電源電壓為負序 負載條件:拖動反抗性負載63三相異步電機的四象限運行電動運行meTLTLTo1n1n1nABCn123正向電動運行

23、正向電動運行反向電動運行反向電動運行1固有機械特性；固有機械特性；2降低電源頻率的人為機械特性；降低電源頻率的人為機械特性；3電源相序為負序電源相序為負序（ABC）時的固有機械特性時的固有機械特性64三相異步電機的四象限運行能耗制動K1ABCRIK2+RRRnNSnT65三相異步電機的四象限運行能耗制動 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，可以判斷，在上述能耗制動過程中，電磁轉(zhuǎn)矩始終為制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。從而將轉(zhuǎn)子動能轉(zhuǎn)變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，當轉(zhuǎn)子動能消耗完，轉(zhuǎn)子就停止轉(zhuǎn)動，這一過程稱為能耗制動過程。66三相異步電機的四象限運行能耗制動過程實現(xiàn)條件 電源條件:電源突然切除，電樞回路串電阻

24、 負載條件:拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載67三相異步電機的四象限運行能耗制動 分析能耗制動可以用三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢等效代替直流磁動勢，等效的條件如下：1.保持磁動勢幅值不變，即 ；2.保持磁動勢與轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為 。FF FFnn068三相異步電機的四象限運行能耗制動ABCIII+ABCAFBFFIpkNFFNBA11214IpkNFN11214311122423IpkNFNII32169三相異步電機的四象限運行能耗制動+I31ABCI31I32III32170三相異步電機的四象限運行能耗制動機械特性T1LTo1nABCn12能耗制動過程能耗制動過程能耗制動運行能耗制動運行2LT1LT1

25、固有機械特性；固有機械特性；2能耗制動機械特性能耗制動機械特性71三相異步電機的四象限運行反接制動過程 T1LT1LTo1n1nABCn12反接反接制動制動過程過程2LTD反向起反向起動過程動過程EK1ABCRK2Mn1nTNS72三相異步電機的四象限運行反接制動過程實現(xiàn)條件 電源條件:改變電源相序，電樞回路串電阻 負載條件:拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載73三相異步電機的四象限運行反接制動過程+ nmeTLT正向電動運行正向電動運行+ nmeTLT反接制動過程反接制動過程74三相異步電機的四象限運行與他勵直流電動機制動停車一樣，三相異步電動機反接制動停車比能耗制動停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，經(jīng)常采用反接制動停車，接著反向起動，這就是為了迅速改變轉(zhuǎn)向，提高生產(chǎn)率。反接制動過程中在轉(zhuǎn)子電路串入較大的制動電阻一方面可以限制制動電流，同時可以增大制動轉(zhuǎn)矩。停車的制動電阻計算，根據(jù)所要求的最大制動轉(zhuǎn)矩進行。75三相