中国矿业大学北京电机与拖动课件

8.1三相异步电动机直接起动8.4绕线式三相异步电动机的起动第8章三相异步电动机的起动与制动8.2三相鼠笼式异步电动机降压起动8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机8.5三相异步电动机的各种运行状态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。8.1三相异步电动机直接起动一、异步电动机起动要求(1)能产生足够大的起动转矩Ts，使电动机很快地转动起来。(2)起动电流Is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。此外，起动时间要满足生产机械要求，起动设备要简单、经济、可靠。从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数低。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。4~7sNII0.9~1.3sNTTnn10I0TsIsT,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二、固有起动特性1.特点*起动电流大的原因起动时,,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大。1,0sn*起动转矩不大的原因从下述公式分析122'sTTTCIcos起动时,,远大于运行时的,转子漏抗很大,很低,尽管很大,但并不大。1ss22sXXs2cos2I22cosI由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小。由上述两个原因使得起动转矩不大。(1)起动电流大的影响对电动机本身的影响；对电源和其他负载的影响；电动机起动瞬间对负载会造成一定的机械冲击2.直接起动存在的问题(2)起动转矩不大的影响起动时必须满足Ts1.1TL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。三、小容量电机的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；Is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。()344()sNINNISkVAkIPkWQSFR~M3~KM2KM11FUL1L2L3N2FUSB1SB2KM1KM2SB3KM2KM1FRKM1KM2鼠笼式三相异步电动机正反转直接起动接线图说明: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。当电网容量不够大而不能采用直接起动时，根据起动电流与端电压成正比的关系，可以采用降低电压的办法来减小起动电流，简称降压起动。降压起动只适用于对起动转矩要求不高的场合。常用的降压起动方法主要有定子串接电抗器起动、Y-Δ起动、自耦变压器起动和延边三角形起动等。8.2三相鼠笼式异步电动机降压起动一、定子串电抗降压起动笼型异步电动机串电抗降压起动原理图1.线路2.降压原理(a)直接起动(b)定子串电抗起动XZZuUUkk111111skskIZUuIUZX22211skskTZUuTUZX3.电抗X的计算kZuuX1/333/3NNksINNNkINsUUZIKIUUZKII（Y连接）（Δ连接）一、定子串电抗降压起动优点：价格便宜，结构简单缺点：定子串电抗器起动降低了起动电流，但起动转矩降低的更多。因此，定子串电抗器起动只能用于空载和轻载起动。4.优、缺点一、定子串电抗降压起动定子回路串接的电抗器换成电阻，即定子回路串电阻起动，也属于降压起动，能够降低起动电流。但由于外串电阻上有较大的有功功率损耗，特别对中大型异步电动机很不经济。二、Y-Δ起动笼型异步电动机Y-Δ起动的原理线路图1.线路2.降压原理(a)直接起动(b)Y-Δ起动ABCZYXYIsINUABZXIsINUYABC电动机直接起动时，定子绕组Δ接313/1ΔYNNNUUUUIIABCZYXYIsINU（b）Y-Δ起动31331ΔΔIIIIssY接和Δ接时起动线电流比值为上式说明，Y-Δ起动时，尽管相电压和相电流与直接起动时相比降低到原来的，但是，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1/3。3/1二、Y-Δ起动ABCZYXsIsINU（b）Y-Δ起动二、Y-Δ起动若直接起动时起动转矩为，Y-Δ起动时起动转矩为，则sTsT31211UUTTss起动转矩与起动电流降低的倍数一样，都是直接起动的1/3。优点：方法简单（只需一个Y-Δ转换开关），价格便宜，在轻载起动条件下应该优先采用；起动转矩和起动电流都降为三分之一。缺点：只有三分之一档；只适用于工作时三角型接法的异步电动机。3.优、缺点二、Y-Δ起动三、自耦变压器降压起动异步电动机自耦变压器降压起动的原理线路图1.线路2.工作原理NU1N2NsIsIU212NNIIss降压起动与直接起动相比，供电变压器提供起动电流的关系为2.工作原理NU1N2NsIsIU自耦变压器降压起动时电机的起动转矩与直接起动时起动转矩之间的关系为sTsT2122NNUUTTNss2221ssNTNUTUN采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低到原来的，起动电流与起动转矩降低到原来的。12NN212NN实际上，起动用的自耦变压器备有几个抽头供选用。例如QJ2型有三个抽头，分别为55%（即55%）、64%、73%（出厂时接在73%抽头上）；QJ3型也有三个抽头，分别为40%、60%、80%（出厂时接在60%抽头上）。自耦变压器降压起动与定子串电抗起动相比，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失的较少；与Y-Δ起动相比，有几种抽头供选用，比较灵活，并且较大时，可以拖动较大的负载起动。但是自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上被广泛应用。3.特点三、自耦变压器降压起动三相笼型异步电动机起动方法的比较起动方法起动电压相对值（电动机相电压）起动电流相对值（供电变压器线电流）起动转矩相对值起动设备直接起动111最简单串电抗起动uuu2一般Y-Δ起动1/31/3简单，只用于Δ接380V电机自耦变压器N2/N1(N2/N1)2(N2/N1)2较复杂，有三种抽头可选3/13.特点三、自耦变压器降压起动四、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对于重载起动的笼型异步电动机来说，前面介绍的几种方法已经不能满足起动的需要，必须采取其他的措施来提高起动转矩。高起动转矩的笼型异步电动机包括高转差率异步电动机、深槽式异步电动机和双笼异步电动机等几种类型，其中后两种都是从转子槽形入手，利用“集肤效应”（也称趋肤效应）来达到起动时转子电阻较大而正常运行时转子电阻自动变小的要求。8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机一、高转差率笼型异步电动机oT1nn12341－普通鼠笼；2－高转差率；3－起重冶金；4－力矩式8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机为了增大转子电阻，转子导条不是采用纯铝，而是改用电阻率较高的铝合金浇注，由于其正常运行时的转差率比一般鼠笼式异步电动机高，故又称为高转差率鼠笼异步电动机。二、深槽式笼型异步电动机o电流密度沿槽高各点高度8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机1.构造(a)槽漏磁通分布(b)电流密度深槽式异步电动机的转子采用深而窄的槽形利用集肤效应，使得起动时转子感应电流的频率较高（），电流主要集中在槽口处，导致转子电阻加大，从而限制了起动电流，并且增大了起动转矩的目的。而正常运行时，由于转子频率较低（），集肤效应基本消失，则转子电阻恢复，从而确保了正常运行时异步电动机的效率。12ffHzf)3~1(2二、深槽式笼型异步电动机2.工作原理二、深槽式笼型异步电动机2.工作原理集肤效应在普通异步电动机中也存在，只是因为槽形不那样窄和深，影响不显著而已。与普通异步电动机相比较，深槽式异步电动机转子槽漏抗较大，它的功率因数稍低，最大转矩倍数稍小。3.深槽式异步电动机机械特性12Ton1n8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机二、深槽式笼型异步电动机三、双鼠笼异步电动机外笼内笼8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机1.构造转子槽与槽漏磁通分布三、双鼠笼异步电动机8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机1.构造异步电动机的转子上有两套导条，外笼（起动笼、上笼））与内笼（运行笼、下笼），两笼间由狭长的缝隙隔开。外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；内龙笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小。三、双鼠笼异步电动机8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机2.工作原理利用集肤效应，确保起动时，因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的外笼（或起动笼）；正常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的内笼（或运行笼）。三、双鼠笼异步电动机12Ton1n38.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机3.机械特性双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏电抗大，功率因数稍低，但效率却差不多。双鼠笼异步电动机不像深槽式异步电动机转子槽很深，因此具有较好的机械强度，适用于高转速大容量的电机。8.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机三、双鼠笼异步电动机同容量笼型异步电动机的主要技术数据型式特点PN/kWKIKTλmcosφη普通鼠笼107.01.42.00.870.88双鼠笼高起动转矩107.02.02.00.860.87高转差率105.52.62.7－0.79起重冶金专用105.233.383.710.780.838.3高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机三、双鼠笼异步电动机由于大型电动机容量大，起动电流对电网冲击较大，又因带重载，负载要求电机提供较大的起动转矩，显然前述笼型异步电动机起动方法很难同时满足这两个要求，而绕线式异步电动机就显示出明显的优势。只要转子回路串的电阻合适，就可降低起动电流，同时增大起动转矩，因而绕线式三相异步电动机可以应用在重载和频繁起动的生产机械上。8.4绕线式三相异步电动机的起动一、转子串电阻分级起动8.4绕线式三相异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的转子绕组可以通过电刷和滑环外串三相对称电阻，达到降低起动电流并同时提高起动转矩的目的。起动结束后，通过集电环将外串电阻短路，以确保电机的运行效率不受影响。1.线路绕线式异步电动机转子串电阻的起动接线图一、转子串电阻分级起动8.4绕线式三相异步电动机的起动为了确保起动过程尽可能平稳，传统的绕线式异步电动机多采用逐级切除外串转子电阻的方法进行起动。1.线路绕线式异步电动机转子串电阻分级起动接线图一、转子串电阻分级起动8.4绕线式三相异步电动机的起动2.工作原理(a)接线图(b)机械特性一、转子串电阻分级起动8.4绕线式三相异步电动机的起动2.工作原理(a)接线图起动步骤：①接触器K1、K2、K3断开；②电动机转速升高到b点时，接触器K3闭合；③电动机转速继续升高到d点，电动机的电磁转矩，接触器K2闭合；④电动机转速又继续升高，到达f点时，电动机的电磁转矩，接触器K1闭合；⑤电动机转速又继续升高，经过h点后，最后稳定运行在j点。二、转子串频敏变