三相异步电动机的起动、调速和制动

李小鹏副教授天津工程师范学院三相异步电动机的起动、调速和制动三相异步电动机的起动、调速和制动起动电流倍数Ist/IN;起动转矩倍数Mst/MN;起动时间;起动时消耗的能量;起动设备的简单和可靠；起动的过渡时间。起动性能包括鼠笼异步电动机的起动7.1鼠笼异步电动机的起动三相异步电动机在实际运行过程中，由于生产上的需要而起动和停止。在选用电动机时，必须要求电动机能带动生产机械并很快地转到额定转速。要求电动机起动时满足（1）能产生足够大的起动转矩Tst，使电动机很快地转动起来。（2）起动电流Ist不要太大，避免起动时大电流在电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它电气设备和电动机的正常运行。一般普通鼠笼式异步电动机，所以要研究异步机的起动特性和异步机的各种起动方法。NstII7~4ststTT3.1~9.0nn10I0TstIst1T,I1n=f(I1)n=f(T)三相异步电动机直接起动时的机械特性和电流特性鼠笼异步电动机的起动三相异步电动机的起动、调速和制动stI起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。0n定子电流原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。2212211122)()(cosXXSRRUIICTmMem起动时，S＝1，等效阻抗小，起动电流大；f2＝f1，2接近900，cos2很小，转子电流用功分量小。鼠笼异步电动机的起动不仅取决于电机本身的大小，还与供电电网容量和供电线路长短有关。（要求母线降落不大于10％）•电动机容量与供电变压器的比值；•起动是否频繁；•供电线路距离；•同一台变压器其它用户的要求；一般7.5KW以下电机允许直接起动。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动电流造成影响对电源和其他负载的影响对电动机本身的影响电动机起动瞬间对负载会造成一定的机械冲击起动电流大，在电网的变压器容量与异步电动机起动容量相比不足够大时，直接起动会使变压器输出电压下降，当电压降ΔU10%时，将使接在变压器上的其他电器及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转矩并不大，而起动时必须满足Tst1.1TL条件电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述要求。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动7.1.1在额定电压下直接起动将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称直接起动。一般7.5kW以下的小容量鼠笼异步电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的容量还可相应增大，一般按经验公式核定：式中kI为起动电流倍数；Ist为电动机的起动电流（A）；IN为电动机的额定电流（A）；SN为电源变压器总容量；PN为电动机的额定功率。)(4)(43kWPkVASIIkNNNstI鼠笼异步电动机的起动起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般7.5千瓦以下容量电动机可以直接起动。注意：容量大小不是绝对的，如果电网容量大，就可以允许容量再大些的电机直接起动。只要直接起动时起动电流在电网中引起电压降不超过电网额定电压的（10~15）%就允许直接起动。鼠笼异步电动机的起动起动的主要矛盾时电流。降低电流的方法，主要靠降低电压。2212211)()(XXRRUIQ起动电流：降压起动时，起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值，恢复全电压。注意：起动转矩与U2成正比，降压起动后，比起动电流降低得更厉害。鼠笼异步电动机的起动常用的降压起动方法定子串电阻或电抗降压起动用自耦变压器降压起动Y－起动延边三角形起动鼠笼异步电动机的起动7.1.2星—三角起动降压起动正常运行时，接成Δ形的鼠笼电动机，在起动时接成星形，起动完毕后再接成Δ，称星-三角起动。AAIstXCCBBI1st'U1IYAYCZUNI(a)直接起动(b)Y-降压起动XYZY-降压起动电流示意图鼠笼异步电动机的起动Y－起动：正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUlYI鼠笼异步电动机的起动Y-Δ起动电流和起动转矩直接起动(Δ接)降压起动(Y接)起动电流起动转矩起动电流及起动转矩降低同样的倍数，即都为直接起动时的三分之一。kNstZUII1133kNkYstZUZUII3''1113'3311st11kNkNZUZUstII3'11ststII3'ststTT星—三角起动适用条件条件：1.只适用于空载或轻载起动。2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。3.限于在500V以下的低压电机(因高压电机定子出6个端头有困难)。星—三角起动的优点：设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。鼠笼异步电动机的起动7.1.3自耦变压器降压起动起动电流和起动转矩I1st——全压直接起动时的起动电流；I1st´——降压时电源提供的起动电流(即TA的原边电流)；I2——电动机的起动电流(TA的副边电流)'U'''11N21121221211211UIIIIIIUUNNUUUUststN，，，设，鼠笼异步电动机的起动电动机定子绕组内的电流：直接起动时为I1st，降压起动时为I2，这时电网供给TA的电流为I1st´，从电网输入的电流为I1st´=I2/α=I1st/α2，即I1st´=I1Q/α2,说明串入TA起动后电网供给的电流减小了α2倍。注：电动机的起动电流仍减小α倍，I1st´=I2/α而I1st´=I1st/α2，对电网冲击电流减小，只有I1st/α2倍,起动转矩Tst∝U2，Tst´=Tst/α2。鼠笼异步电动机的起动起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载起动。国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动设备体积较大，价格高。鼠笼异步电动机的起动自耦变压器的选择常用QJ3、QJ2系列，用于较大容量，Y接的鼠笼式电动机。QJ2的抽头为：55%64%73%QJ3的抽头为：40%60%80%其中，QJ2型自耦变压器允许在4小时内每小时连续起动5次，每次1.5秒。QJ3型为短时工作制，只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能再行起动。选用时一定要注意这些问题。例：55%抽头意思为N2/N1=1/α=0.55，α=1/0.55=1.82适用于有载起动。鼠笼异步电动机的起动7.1.4定子串电阻或电抗的降压起动鼠笼异步电动机的起动定子等值电路从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗起动，电压从U1N降至U1´，即加到定子绕组上的电压在起动时为U1´，这样就减小了起动电流。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动分析起动电流及起动转矩设α为起动电流所需降低的倍数，Ist´为降压时的起动电流，则应有：Ist´=Ist/α，Ist∝U1st，U1st´=U1st/α=U1N/α说明电压降低了α倍。由于T∝U2，则Tst´=Tst/α2，说明转矩降低了α2倍。只要使Tst´≥（1.15~1.25）TL，即满足要求。鼠笼异步电动机的起动说明从I1st´=I1st/α，Tst´=Tst/α2，可见：定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。鼠笼异步电动机的起动3)起动电阻或电抗的计算计算Rst或Xst后，还应校验满足Tst´≥（1.15~1.25）TL,TL为起动时的负载转矩。kkkstkkkstrxrRxrxX2222222211鼠笼异步电动机的起动4)rk和xk的估算rk和xk可通过实验方法测出，也可估算。方法一：短路试验(如已有电机)，测出rk、xk、zk方法二：估算(尚无电机)，根据铭牌数据可知当定子Y接时：当定子Δ接时：设直接起动时的功率因数为cosφ1st=0.25，则有NINstNkNINstekIKUIUzIKUIUz1111111133/33stkstkkstkkzzxzr1211cos1sincos，7.1.5高起动转矩的鼠笼电动机鼠笼异步电动机的起动1、高转差率三相异步电动机（YH系列）YH系列电动机的功率等级、外形与安装尺寸与Y系列电动机同机座的相同。工作方式为断续工作制S3，负载持续率有15、25、40和谐0%等四种。YH系列高转差率三相异步电动机是Y系列电机的派生系列，它具有堵转转矩大、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、反转次数多的工作场合。如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备鼠笼异步电动机的起动特点：槽深h，槽宽b，hb，即h=(10~12)b与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。2.深槽式异步电动机由于气隙和槽导体(非铁磁材料)的磁阻大而转子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图(a)可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且x2σ∝f2。鼠笼异步电动机的起动起动时：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2较高，则sx2较大，sx2r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。槽顶部漏抗sx2小，则电流密度大，槽底部漏抗sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到槽顶部的作用称趋表效应(集肤效应，挤流效应)。图(b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效电阻增加，起动性能得改善。鼠笼异步电动机的起动（b）正常运行时，s很小，f2=sf1很小，x2s=sx2很小，这时转子电流的大小主要由电阻决定。r2sx2，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。(集肤效应不明显)优缺点优点：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电动机的运行效率。缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小，即Mm稍小。鼠笼异步电动机的起动特性曲线深槽式异步电机的机械特性从图中可见深槽式过载能力比普通鼠笼异步电机低。它的起动性能是靠降低了一些工作性能而得到改善的。曲线1为普通鼠笼式曲线2为深槽式鼠笼异步电机鼠笼异步电动机的起动3.双鼠笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。上笼：导体截面小，用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较大。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动7.2绕线式异步机起动转子串频敏电阻起动方法：转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除鼠笼异步电动机的起动7.2.1绕线式电机转子串三相对称电阻起动起动时，要限制起动电流Ist，同时希望有较大的起动转矩Tst。现以三级起动为例，即m=3。1.分级起动过程起动前，K