三相异步电动机启动ppt课件.ppt

2022年11月17日星期四,1,异步电动机,2022年11月17日星期四,2,三相异步电动机的使用,三相异步电动机的起动,三相异步电动机的调速,三相异步电动机的制动,2022年11月17日星期四,3,三相异步电动机的启动,1.启动电动机工作时，转子从静止状态到稳定运行的过程称为启动过程或简称启动。2.启动要求（1）电动机具有足够大的启动转矩。使拖动系统尽快达到正常运行状态。（2）启动电流不要太大。防止电网产生过大电压降，影响在同一电网上其他用电设备的正常运行。（3）启动设备安全可靠，尽量简单、经济、便于操作和维护。 (4)要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。(5)启动过程中的功率损耗越小越好。,2022年11月17日星期四,4,3.不同的启动情况（1）生产机械启动时的负载转矩与正常运行时相同，如电梯、起重机等。（2）启动过程接近空载，待转速接近稳定时在加负载，如机床电动机。（3）在启动时只有很小的静摩擦转矩，当转速升高时，负载转矩很快增大，如鼓风机、风机、泵等。（4）生产机械需频繁启动、停止等。以上情况都对电动机的启动转矩 提出了不同的要求。,2022年11月17日星期四,5,三相异步机的起动,2022年11月17日星期四,6,其中，（1）和（2）两条要求是衡量电动机启动性能的主要技术指标。,异步电动机本身的启动特性为：,a. 定子电流大，Ist=(57)IN,异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流,b.启动转矩较小,启动时 ，转子功率因数 很低，因而启动转矩 却不大。,2022年11月17日星期四,7,4.电动机的起动指标 (1) 起动转矩足够大 Tst TL Tst (1.1 1.2) TL(2) 起动电流不超过允许范围。 异步电动机的实际起动情况 起动电流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小：Tst = stTN = (1.62.2) TN,2022年11月17日星期四,8,异步电动机的固有启动特性如图所示：,显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。,2022年11月17日星期四,9,一、 鼠笼式异步电动机的启动方法,因三相笼型异步电动机无法在转子回路中串接电阻，鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，采用什么启动方法，要根据实际情况而定。,1直接启动（全压启动）,直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。, 特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。, 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。,2022年11月17日星期四,10,一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下： 1：若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；,2：若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。,2022年11月17日星期四,11,例：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且有照明负载，问可否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？,解：根据经验公式算出,满足上述关系，故允许直接启动。,可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。,2022年11月17日星期四,12,2.减压启动减压启动不是降低电源电压，而是降低加在电动机定子绕组上的电压。目的：减小启动电流。,2022年11月17日星期四,13,由于电动机的电磁转矩与定子相电压的平方成正比，在减压启动同时减小了电动机的启动转矩。意义：减压启动对电网有利，但对被拖负载的启动不利，适用于对启动转矩要求不高的场合。 方法：1）定子串电阻或电抗减压启动2）自耦变压器减压启动3）星形三角形减压启动,2022年11月17日星期四,14,笼型异步电动机的减压起动,(1) 定子串联电阻或电抗减压起动,M 3,起动,运行,三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,15,这种方法的电动机启动，使加在电动机定子绕组上的相电压低于电源相电压（即全压启动时的定子额定电压），启动电流小于全压启动时的启动电流。设k为启动电流所需降低的倍数，则减压启动时的启动电流为 串电阻后定子绕组相电压与电源电压的关系应为从而减压时的启动转矩与全压启动时的启动转矩关系将为,2022年11月17日星期四,16,启动时，接触器1KM断开，KM闭合，将启动电阻串入定子电路，使启动电流减小； 待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，Rst被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。笼型异步电动机定子串电阻减压启动的优点启动平稳 运行可靠 设备简单缺点：启动转矩随电压的平方降低，只适合空载或轻载启动，同时启动时电能损耗较大，对于小容量电动机往往采用串电抗减压启动。,2022年11月17日星期四,17,(2) 自耦变压器减压起动,11-1 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,18,(2) 自耦变压器减压起动,起动,4.3 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,19,(2) 自耦变压器减压起动,运行,11-1 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,20,自耦变压器用作电动机减压启动时，称为启动补偿器。启动时，自耦变压器的高压侧接电网，低压侧（有抽头，供选择）接电动机定子绕组。启动结束后，切除自耦变压器，电动机定子绕组直接接至额定电压运行。自耦变压器的工作原理若自耦变压器一次电压与二次电压之比为k，则,2022年11月17日星期四,21,由于电动机接在自耦变压器的二次侧，自耦变压器的一次侧接电网，故电网供给电动机的一相启动电流（自耦变压器的一次电流）其中， 为自耦变压器的一次电流 为自耦变压器的二次电流 为电动机全压启动时的启动电流 又因启动转矩为,2022年11月17日星期四,22,自耦变压器的优点1）在限制启动电流相同时，采用自耦变压器减压启动可获得比串电阻或电抗减压启动更大的启动转矩。2）启动补偿器的二次绕组一般有三个抽头，用户可根据电网允许的启动电流和机械负载所需的启动转矩来选择。缺点采用自耦变压器启动线路较复杂，设备价格较高，且不允许频繁启动。,2022年11月17日星期四,23,3Y-降压启动,Y-降压启动的接线图如图所示:,启动时，定子绕组接成星形；待转速上升到一定程度后再将定子绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。,设U1为电源线电压，IstY及Ist为定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流（线电流），Z为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。则有,所以,2022年11月17日星期四,24,适用于：正常运行为联结的电动机。,(3) 星形三角形减压起动（Y 起动）,11-1 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,25,适用于：正常运行为联结的电动机。,(2) 星形三角形减压起动（Y 起动）,Y 起动,4.3 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,26,Y 型起动的起动电流,起动转矩比,Y型起动的起动转矩,11-1 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,27,适用于：正常运行为联结的电动机。,(2) 星形三角形减压起动（Y 起动）, 运行,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,4.3 三相异步电动机的起动,2022年11月17日星期四,28,Y-降压启动方法的特点：, 设备简单、经济、启动电流小；, 启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合；, 只适用于正常运行时定子绕组接线为的异步电动机。,2022年11月17日星期四,29,二、线绕式异步电动机的启动方法,鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。,线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。,在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级切除启动电阻法和频敏变阻器启动法。,1逐级切除启动电阻法,采用逐极切除启动电阻的方法，其目的主要是为了使整个启动过程中电动机能保持较大的加速转矩。启动过程如下如图(a)所示：,2022年11月17日星期四,30,(a)原理接线图,(b)启动特性,2022年11月17日星期四,31,(1) 起动过程,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,串联 Rst1 和 Rst2 起动（特性 a） 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2,n0,a (R22),T2,a1,a2,T1,切除 Rst2,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,32,(1) 起动过程,b (R21),b1,b2, 合上 S2 ，切除 Rst2（特性 b） 总电阻 R21 = R2+ Rst1,绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,切除 Rst1,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,33, 合上 S1 ，切除 Rst1（特性 c） 总电阻: R2,绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,c (R2),c1,c2,(1) 起动过程,p,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,34,(2) 起动级数未定时起动电阻的计算, 选择 T1 和 T2 起动转矩： T1 = (0.8 0.9) TM 切换转矩： T2 = (1.1 1.2) TL 起切转矩比 , 求出起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,35,同理可得：,因为 sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM R2,所以,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,36,对于 m 级起动，则有,在固有特性 c 上，有关系,因此可得, 重新计算 ，校验是否在规定范围内。,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,37, 求转子每相绕组的电阻 R2, 计算各级总电阻和各级起动电阻 R21 =R2 R22 =R21 R2m = R2(m1),=2R2 =m R2,Rst1 = R21R2 Rst2 = R22R21 Rstm = R2mR2(m1),11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,38,因此有下面的关系,R21 =R2 R22 =R21 =2R2 对于 m 级起动，有 R2m = mR2 式中 R2m = R2Rst1Rst2 Rstm 于是得到下式：,因为,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,39,(3) 起动级数已定时起动电阻的计算 T1 = (0.8 0.9) TM ,，验算： T2 = (1.1 1.2) TL ， 若不满足，重新调整，直到满足要求。 计算各级总电阻和各级起动电阻。,11-3 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,2022年11月17日星期四,40,启动开始时，触点1KM，2KM，3KM 均断开，启动电阻全部接入，KM 闭合，将电动机接入电网。电动机的机械特性如图4.31(b)中曲线所示，初始启动转矩为TA，加速转矩Ta1 = TA TL，这里TL为负载转矩。在加速转矩的作用下，转速沿曲线上升，轴上输出转矩相应下降. 当转矩下降至TB时，加速转矩下降到 Ta2 = TB TL，这时，为了使系统保持较大的加速度，让3KM 闭合，使各相电阻中的Rst3被短接（或切除），启动电阻由R3减为R2，电动机的机械特性曲线由曲线变化到曲线，只要R2的大小选择合适，并掌握好切除时间，就能保证在电阻刚被切除的瞬间电动机轴上输出转矩重新回升到TA，即使电动机重新获得最大的加速转矩。,2022年11月17日星期四,41,以后各段电阻的切除过程与上述相似，直到转子电阻全部被切除，电动机稳定运行在固有机械特性曲线上，即图中曲线上相应于负载转矩TL的点9，启动过程结束。,2022年11月17日星期四,42,频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时 f2 高，电阻大， Tst 大， Ist 小。 转子电路正常运行时 f2 低，电阻小， 自动切除变阻器。,2. 绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动,频敏变阻器,11-1 三相异步电动机的起动,