第8章三相異步電動機的啟動與制動

異步電動機的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的分析；

籠型異步電動機的啟動方法；

繞線式異步電動機的啟動方法；

三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第8章三相異步電動機的啟動與制動

主要內(nèi)容2/6/20231§8.1三相異步電動機的直接啟動§8.1.1異步電動機的啟動過程分析

異步電動機的啟動：是指電機從靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的整個過程。包括最初的啟動狀態(tài)和加速過程。要求：根據(jù)轉(zhuǎn)矩的物理公式學(xué)會分析異步電動機啟動時各物理量的變化情況。1、啟動電流分析

等效電路如右圖所示。2/6/202322、啟動轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)分析最初的啟動轉(zhuǎn)矩為：可見，啟動電流要比額定電流大很多，約為額定電流的5~7倍，啟動時功率因數(shù)很低，大約為0.2左右，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的物理公式：雖然啟動電流和轉(zhuǎn)子側(cè)電流較大，但啟動轉(zhuǎn)矩并不大，一般只有額定轉(zhuǎn)矩的1~2倍。2/6/20233§8.1.2三相異步電動機的啟動要求電動機啟動的一般要求是：足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，較小的啟動電流，啟動設(shè)備盡可能簡單，易于操作，并有良好的經(jīng)濟性。電動機只有在轉(zhuǎn)矩Tst大于等于1.1TL時，才能帶動負載快速啟動達到正常值，過大的啟動電流會造成較大的線路電壓降，影響接在同一臺配電變壓器上的其他負載的正常運行。對于頻繁啟動的異步電動機，大的啟動電流也會造成電機內(nèi)部發(fā)熱過多而損壞電機。直接啟動最為簡單，當電網(wǎng)有足夠的容量，應(yīng)盡可能采取此法。存在的主要問題：啟動電流很大，造成的電壓降會影響同一電網(wǎng)變壓器下的其他電氣設(shè)備的正常工作，電源容量越大，這種不良影響越小。2/6/202341、用電單位有獨立的變壓器，對不經(jīng)常啟動的異步電動機，其容量小于變壓器容量的30%可允許直接啟動；2、對于需要頻繁啟動的電動機，容量應(yīng)小于變壓器容量的20%，才能允許啟動。3、如果動力負載與照明負載共用一個電源，允許直接啟動的異步電動機的容量，應(yīng)按啟動時所引起的電壓降不超過5%為原則。4、電網(wǎng)容量越大，允許直接啟動異步電動機的容量也隨之增大。5、（1）異步電動機的功率小于7.5KW（2）異步電動機的功率大于7.5KW時KI=I1st/I1N<0.25*[3+(電源總?cè)萘?啟動電動機容量）]多大容量電動機可以直接啟動？2/6/20235Xst§8.2.1定子串接電抗器啟動

§8.2三相鼠籠型異步電機的啟動要求：掌握降壓啟動中常用的四種啟動方法掌握兩種特殊的籠型異步電動機啟動方法掌握與籠型異步電動機有關(guān)的一些概念設(shè)串電抗時電動機定子電壓與直接啟動時電壓比值為u，則只能用于空載和輕載2/6/20236電抗X大小的計算若定子回路串電阻啟動，也屬于降壓啟動，也可以降低啟動電流。但由于外串的電阻上有較大的有功功率損耗，特別對中型、大型異步電動機更不經(jīng)濟。定子串電阻或電抗啟動的特點為：啟動平穩(wěn)、運行可靠、方法簡單,降壓后，啟動轉(zhuǎn)矩Tst與電壓的平方成正比例降低，啟動電流Ist與電壓成正比例降低。2/6/20237§8.2.2定子繞組星-三角形接法切換啟動

△接時每相電壓等于線電壓U1=UN,每相啟動電流為,線上的啟動電流為。而當啟動時定子繞組Y接，每相啟動電壓為每相啟動電流為2/6/20238若直接啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為，星三角啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為則：的輕負載?？捎糜谕蟿诱f明，星三角啟動時，盡管相電壓和相電流與直接啟動時相比降低到原來的1／，但是對供電變壓器造成沖擊的啟動電流則降低到直接啟動時的1／3。啟動轉(zhuǎn)矩降低到直接啟動時的1／32/6/20239運行啟動由變壓器原理知：

U’/UN=N2/N1設(shè)啟動時：電壓電流UNIsU’Is’’I’’/Is=(U’/UN=)N2/N1IS’/IS’’=N2/N1§8.2.3自耦變壓器啟動NI’SU’IS’’IS’/Is=(N2/N1)2自耦變壓器啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為TS’，與直接啟動時啟動轉(zhuǎn)矩TS之間的關(guān)系為：2/6/202310采用自耦變壓器降壓啟動時，與直接啟動相比較，電壓降低到N2/N1倍，啟動電流與啟動轉(zhuǎn)矩降低到(N2/N1)2倍。實際上啟動用的自耦變壓器，備有幾個抽頭供選用。例如QJ2型有三種抽頭，分別為55%（即=55%）、64%、73%（出廠時接在73%抽頭上）；QJ3型也有三種抽頭，分別為40％、60%、80%（出廠時接在60％抽頭上）等。但是，自耦變壓器體積大，價格高，也不能帶重負載啟動。自耦變壓器降壓起動在較大容量鼠籠異步電動機上廣泛應(yīng)用。表8-12/6/202311§8.3高啟動轉(zhuǎn)矩的三相鼠籠式異步電動機這種電動機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是采用普通的鋁條，而是采用電阻率較高的鋁合金，通過適當?shù)丶哟筠D(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻來改善啟動性能，這樣既可限制啟動電流，又可增大啟動轉(zhuǎn)矩。但這種電動機在穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)差率比普通的鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)差率高，故稱之為高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動機。使用場合主要是起重運輸機械和冶金企業(yè)的輔助機械的電力拖動等，因此也稱之為起重-冶金型電動機?！?.3.1轉(zhuǎn)子電阻值較大的鼠籠式異步電動機nn11234T01—普鼠籠;2—高轉(zhuǎn)差率;3—起重冶金;4—力矩式電動機轉(zhuǎn)子電阻大，會使電機正常運行時的效率降低，且價格較貴。2/6/202312§8.3.2深槽式鼠籠異步電動機深槽異步電動機的槽型窄而深，一般槽深與槽寬之比在10：1以上，當轉(zhuǎn)子導(dǎo)條流過電流時，深槽中的漏磁通的分布如圖。nn11T021—普通鼠籠式;2—深槽式鼠籠集膚效應(yīng)的強弱與轉(zhuǎn)子電流的頻率有關(guān)，頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯。啟動結(jié)束以后，正常運行時，異步電動機轉(zhuǎn)子電路頻率較低（1-3Hz），導(dǎo)體的漏抗很小，集膚效應(yīng)消失，導(dǎo)體中電流均勻分布，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小的電阻，因此對于運行特性來說，效率并不降低，但由于漏抗比普通籠型轉(zhuǎn)子漏抗大，以致功率因數(shù)和過載能力有所降低。2/6/202313§8.3.3雙鼠籠異步電動機這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠，如圖所示。兩個籠間由狹長的縫隙隔開，顯然里面的籠相連的漏磁通比外面的籠的大得多。外面的籠導(dǎo)條較細，采用電阻率較大的黃銅或鋁青銅等材料制成，故電阻較大，稱為啟動籠；里面的籠截面較大，采用電阻率較小的紫銅等材料制成，故電阻較小，稱為運行籠。工作原理與深槽異步電動機基本一致,機械特性如圖所示T1—外籠特性;T2—內(nèi)籠特性;T—雙鼠籠合成曲線2/6/202314§8.4繞線式三相異步電動機的啟動§8.4.1轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動

頻敏變阻器：是一種無觸點的變阻器，每一相的等效電路與變壓器空載運行時的等值電路是一致的，忽略繞組漏阻抗時，其勵磁阻抗為勵磁電阻與勵磁電抗串聯(lián)組成，

⑴頻率為5OHz的電流通過時，阻抗比一般變壓器勵磁阻抗小得多。（2）頻率為5OHz的電流通過時，等效電阻rm較大。nn11T021—固有特性;2—人為特性但是與一般變壓器勵磁阻抗不完全相同，主要表現(xiàn)在以下兩點：2/6/202315§8.4.2轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動1、轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動曲線3

對應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為Rz3=Rr+Rst3+Rst2+Rst1

的人為特性曲線2

對應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為Rz2=Rr+Rst2+Rst1的人為特性曲線1

對于應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為

Rz1=Rr+Rst1的人為特性曲線0

則為固有機械特性。2/6/202316

2、啟動電阻的計算啟動電阻計算可以采用圖解法或解析法機械特性的實用表達式:即在同一條機械特性曲線上（R2=定值時）有T∝s一般情況當啟動級數(shù)為m時2/6/2023172、由求出Tst2，判斷能否滿足起動要求，否則需作調(diào)整。計算步驟1、根據(jù)電動機的額定數(shù)據(jù)和啟動級數(shù)，選定Tst1值，求出β若起動級數(shù)未定，則可選定Tst1和Tst2求出β值3、用式

計算啟動電阻

啟動電阻每段的電阻值可由相鄰兩級的總電阻相減求得2/6/202318§8.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)要求：掌握異步電動機的兩種運行狀態(tài)了解能耗制動、反接制動、倒拉反轉(zhuǎn)運行和回饋制動運行的條件。T與n方向一致，n<n1，0<s<1，T為拖動轉(zhuǎn)矩，特性在第Ⅰ、Ⅲ象限。分為正向電動和反向電動如右圖所示§8.5.1電動運行2/6/202319§8.5.2能耗制動1、能耗制動的原理實現(xiàn)：制動時，S1斷開,電機脫離電網(wǎng)，同時S2閉合,在定子繞組中通入直流勵磁電流。即能耗制動結(jié)束時，n=0，T=0，可使反抗性負載準確停機。當轉(zhuǎn)速為零時，感應(yīng)電動勢和電流為零，制動過程結(jié)束。將轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在轉(zhuǎn)子回路中。

2/6/2023202、能耗制動的機械特性nTemA0n1C1B23

對籠型異步電動機,可以增大直流勵磁電流來增大初始制動轉(zhuǎn)矩。

對繞線型異步電動機,可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來增大初始制動轉(zhuǎn)矩。制動電阻大?。浩渲?，曲線1、2是轉(zhuǎn)子電阻相同，曲線2的直流勵磁大于曲線1。曲線1、3是直流勵磁相同，曲線3的轉(zhuǎn)子電阻大于曲線1。對鼠籠式異步電動機取I==（4~5）I0；對繞線式異步電動機取I==（2~3）I0。2/6/202321§8.5.3反接制動

異步電動機定子兩相反接(改變?nèi)嚯娫吹南嘈?制動也稱為電壓反接制動，其接線原理圖和機械特性曲線如圖所示。這種反接制動中，電動機的轉(zhuǎn)差率都大于1，其機械功率和電磁功率分別為轉(zhuǎn)子回路銅損耗為：2/6/202322§8.5.4倒拉反轉(zhuǎn)運行實現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當大電阻RB。倒拉反轉(zhuǎn)運行和電源兩相反接的反接制動，雖然實現(xiàn)制動的方法不同，但在能量傳遞關(guān)系上是相同的。一方面從電網(wǎng)吸收電能，另一方面從旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)獲得動能（電源兩相反接的反接制動）或勢能（倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動）轉(zhuǎn)化為電能，這些能量都消耗在轉(zhuǎn)子回路中。這兩種制動，電動機的轉(zhuǎn)差率都大于1。2/6/202323§8.5.5回饋制動實現(xiàn)：電動機轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1.

回饋制動狀態(tài)實際上就是將軸上的機械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機狀態(tài)。1、下放重物時的回饋制動首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點由A到B。經(jīng)過反接制動過程（由B到C）、反向加速過程（C到-n1變化），最后在位能負載作用下反向加速并超過同步速，直到D點保持穩(wěn)定運行。電機機械特性曲線1，運行于A點。2/6/2023242、變極或變頻調(diào)速過程中的回饋制動電機機械特性曲線1，運行于A點。電機工作點由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負，，電機處于回饋制動狀態(tài)。當電機采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進行調(diào)速時，機械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。無論哪種回饋制動，轉(zhuǎn)差率異步電動機的回饋制動還可用于正向回饋制動運行（例如電車下坡）或反向回饋制動運行（位能性負載）的拖動系統(tǒng)中，以獲