相异步电动机的启动.ppt
4.2 三相异步电动机的启动,所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 并不大，但转子绕组中的电流I很大，通常可达额定电流的47倍，从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的47倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。（1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机根本无法启动。（2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。（3）造成过流保护装置误动作、跳闸。（4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下，还要求限制启动电流在允许的范围内。,4.2.1 笼形异步电动机的启动,三相笼形异步电动机的启动有两种方式，第一种是直接启动，即将额定电压直接加在电动机定子绕组端。第二种是降压启动，即在电动机启动时降低定子绕组上的外加电压，从而降低启动电流。启动结束后，将外加电压升高为额定电压，进入额定运行。两种方法各有优点，应视具体情况具体确定。从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。（1）容量在10kW以下（2）符合下列经验公式,1三相笼形异步电动机的直接启动,直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低，是小型笼形异步电动机主要采用的启动方法，如图4.5所示。,图4.5 三相笼形异步电动机的直接启动,2三相笼形异步电动机的降压启动,降压启动方式是指在启动过程中降低其定子绕组端的外施电压，启动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。这种方法虽然能达到降低启动电流的目的，但启动转矩也减小很多，故此法一般只适用于电动机的空载或轻载启动，具体方法包括：,（1）定子串电阻或电抗器降压启动,三相笼形异步电动机启动时，在电动机定子电路串入电阻或电抗器，使加到电动机定子绕组端电压降低，减少了电动机上的启动电流。图4.6是三相笼形电动机定子绕组串电阻降压启动的原理图，其工作情况为：合上刀开关Q，在开始起动时，KM1主触点闭合，KM2主触点断开，电动机经电阻接入电源，电动机在低压状态下开始启动。当电动机的转速接近额定值时，使KM1断开、KM2接通，切除了电阻，电源电压直接加在电动机上，启动过程结束。,这种启动方法不受电动机定子绕组接法形式的限制，但由于启动电阻的存在，将使设备体积增大，电能损耗大，目前已较少采用。,图4.6 三相异步电动机定子方串电阻降压启动,（2）Y/降压启动,对于正常运行为形接法的三相交流异步电动机，若在启动时将其定子绕组接为Y形，则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的，降低了启动电压。目前生产的Y系列功率在4kV以上的中小型三相异步电动机，其定子绕组的规定接法一般为形接法，所以在启动时，可以对其采用Y/降压启动方法，即在电动机启动过程中，将定子绕组接成Y形接法，启动过程结束后，再接成形接法。图4.7是Y/降压启动的原理图，其工作情况如下。,合上开关QF后，若要启动电动机，则交流接触器KM1和KM2的主触点同时闭合，KM1将电动机的定子绕组接成Y形，KM2将电源引到电动机定子绕组端，电动机降压启动。当电动机的转速接近于稳定值时，KM1先断开而后KM3立即闭合，将电动机定子绕组的Y形接法解除而接成形，进入额定运行状态。三相笼形异步电动机的Y/降压启动简单，运行可靠，应用较广泛。但它只适用于正常运转时定子绕组为接的电动机。,图4.7 Y/降压启动原理图,（3）定子串自耦变压器降压启动,这种方法是利用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机定子绕组端，达到减小启动电流的目的，如图4.8所示。,设自耦变压器的一次侧电压U1（即电源电压），电流为I1，二次侧电压为U2，电流为I2，变压比为k，则;,图4.8 自耦变压器降压启动,启动时，经自耦变压器后，加在三相笼形异步电动机定子绕组端的线电压为U1/k，此时电动机定子绕组上的启动电压为全压启动时的1/k，即 式中 电动机电压为U1/k时的启动电流，即自耦变压器二次侧电流。电动机全压启动时的电流。电动机电压为U1/k时电网上流经的电流，即自耦变压器一次侧电流，所以电动机从电网吸取的电流。由于自耦变压器一次侧的电流小于二次侧的电流，故在相同的启动电压下，自耦变压器降压启动比Y/降压启动向电源吸取的电流要小。图5.8的控制原理是合上Q后，令 KM1触点先将自耦变压器做星形连接，再由KM2接通电源，电动机定子绕组经自耦变压器实现减压启动。当电动机的转速接近于额定转速时，令KM1、KM2断开而KM3闭合直接将全电压加在电动机上，启动过程结束，进入全压运行状态。自耦变压器降压启动的启动性能好，但线路相对较复杂，设备体积大，目前是三相笼形异步电动机常用的一种降压启动方法。,4.2.2 绕线形异步电动机的启动,三相绕线形异步电动机转子中有三相绕组，可以通过滑环和电刷串接外加电阻。在上一节分析转子串电阻的人为机械特性时已知：适当增加转子串接电阻，可以减小启动电流并提高电动机的启动转矩，绕线形异步电动机正是利用了这一特性。按照绕线形异步电动机启动过程中转子串接装置的不同，有串电阻启动和串频敏电阻器启动两种方法。,1转子串电阻启动,在这种启动方式中，由于电阻是常数，所以为了获取较平滑的启动过程，将启动电阻分为几级，在启动过程中逐级切除。图4.9是绕线形异步电动机转子串电阻启动的原理图，图4.10是机械特性曲线。,图4.9 绕线形异步电动机串电阻启动原理图,其工作情况为：合上刀开关Q后，交流接触器KM1，KM2，KM3的主触点全部断开，全部电阻均接入电路，对应工作的机械特性曲线为图5.10中曲线1，从a点开始启动，转速逐渐升高。当转速升高到b点时，令KM1闭合，R1被短接，R2,R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线2上的c点并沿曲线2继续加速。当加速到d点时，令KM2闭合，R1,R2被短接，R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线3上的e点并沿曲线3继续加速。当加速到f点时，令KM3闭合，R 1,R 2,R3被短接，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到固有机械特性曲线上的g点并沿固有机械特性曲线继续加速，直到稳定运行，启动过程结束。,图4.10 绕线形异步电动机转子串电阻启动机械特性,2转子绕组串频敏变阻器启动,根据上述分析知：要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。为此采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法。所谓频敏变阻器，是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器，其结构示意图如图4.11所示。它是一个铁损耗很大的三相电抗器，如果忽略绕组的电阻和漏抗时，其一相的等效电路如图4.12所示。,图4.11 频敏变阻器结构示意图 图4.12 频敏变阻器一相等效电路,频敏变阻器启动原理如图4.13所示。合上开关Q，KM1闭合，电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时，电动机转子转速很低，故转子频率较高，f2f1，频敏变阻器的铁损很大，Rm和Xm均很大，且RmXm，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。随着电动机转速的升高，转子电流频率下降，于是Rm、Xm随n减小，这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，KM2闭合将频敏电阻器短接，启动过程结束。,图4.13 三相绕线形异步电动机串频敏电阻器启动原理图,
