第11章三相異步電動機的起動及起動設(shè)備的計算

1、 起動的定義起動的定義 三相異步電動機的起動就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零開始到穩(wěn)定運行為三相異步電動機的起動就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零開始到穩(wěn)定運行為止的這一過程。止的這一過程。 起動的要求起動的要求v電動機應(yīng)有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。電動機應(yīng)有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。v在保證一定大小的起動轉(zhuǎn)矩的前提下，起動電流越小越好。在保證一定大小的起動轉(zhuǎn)矩的前提下，起動電流越小越好。 鼠籠式異步電動機的起動鼠籠式異步電動機的起動v直接起動直接起動 降壓起動降壓起動 軟起動軟起動 繞線式異步電動機的起動繞線式異步電動機的起動v轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動 轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動 第十一章第十一章 三相異步電動機的

2、起動及起動三相異步電動機的起動及起動設(shè)備的計算設(shè)備的計算第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機的起動方法三相異步電動機的起動方法一、三相籠型異步電動機的起動方法一、三相籠型異步電動機的起動方法（一）直接起動（一）直接起動 起動時，通過一些直接起動設(shè)備，把全部電源電壓（即全壓）起動時，通過一些直接起動設(shè)備，把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動機的定子繞組，顯然，這時起動電流較大，可達額定直接加到電動機的定子繞組，顯然，這時起動電流較大，可達額定電流的電流的47倍，根據(jù)對國產(chǎn)電動機實際測量，某些籠型異步電動機倍，根據(jù)對國產(chǎn)電動機實際測量，某些籠型異步電動機甚至可達甚至可達812倍。倍。 一般規(guī)定，異步電動機

3、的功率低于一般規(guī)定，異步電動機的功率低于7.5kW時允許直接起動。如時允許直接起動。如果功率大于果功率大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求者，電動，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求者，電動機也可允許直接起動。機也可允許直接起動。AkVAkVIIKNst起動電動機容量電源總?cè)萘?41111如果不能滿足要求，則必須采用減壓起動的方法如果不能滿足要求，則必須采用減壓起動的方法 。（二）減壓起動（二）減壓起動 1電阻減壓或電抗減壓起動電阻減壓或電抗減壓起動 21111111111)(XZZTTXZZIIXZZUUNNN2自耦補償起動自耦補償起動 2自耦補償起動自耦補償起動 121NNUUx

4、1UUIIxstx12NNIIstx121NNIIx所以所以2121NNIIst通過自耦變壓器，從電網(wǎng)吸通過自耦變壓器，從電網(wǎng)吸取的電流降低為取的電流降低為stxINNINNI2121212UT stTNNT212xI3星形一三角形（星形一三角形（Y）起動）起動 3星形一三角形（星形一三角形（Y）起動）起動 在起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成在起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結(jié)成三角形。這樣，起動時聯(lián)結(jié)成星形的三角形。這樣，起動時聯(lián)結(jié)成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)結(jié)時的結(jié)時的 ，由于三角形聯(lián)結(jié)時繞

5、組，由于三角形聯(lián)結(jié)時繞組內(nèi)的電流是線路電流的內(nèi)的電流是線路電流的 ，而星形，而星形聯(lián)結(jié)時兩者則是相等的。因此，聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)時兩者則是相等的。因此，聯(lián)結(jié)成星形起動時的線路電流只有聯(lián)結(jié)成成星形起動時的線路電流只有聯(lián)結(jié)成三角形直接起動時線路電流的三角形直接起動時線路電流的1/3 。 3/13/1111111333/ZUIIZUIINNYYststYYTTII313111*4延邊三角形起動延邊三角形起動 籠型異步電動機定子三相繞組連接成延邊三角形引出9個出線端的定子三相繞組（三）軟起動方法（三）軟起動方法 軟起動器是用來控制交流鼠籠型異步電動機啟動、軟起動器是用來控制交流鼠籠型異步電動機啟動、停止的設(shè)備，

6、屬于降壓啟動的方式。與傳統(tǒng)的停止的設(shè)備，屬于降壓啟動的方式。與傳統(tǒng)的Y-起動、起動、自耦降壓啟動方式不同的是無級降壓啟動。自耦降壓啟動方式不同的是無級降壓啟動。 軟啟動器同時能夠改善電機的效率，達到節(jié)能的效軟啟動器同時能夠改善電機的效率，達到節(jié)能的效果。軟啟動器是集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多果。軟啟動器是集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。 它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制反

7、并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機的輸入電壓按不三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。軟起動器實際同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。軟起動器實際上是個調(diào)壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒上是個調(diào)壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。有改變頻率。 斜坡升壓起動方式1限流或恒流起動方法限流或恒流起動方法。用電子軟起動器實現(xiàn)起動時限制電動機。用電子軟起動器實現(xiàn)起動時限制電動機起動電流或保持恒定的起動電流，主要用于輕載軟起動；起動電流或保持恒定的起動電流，主要用于輕載軟起動；2斜坡電壓起動

8、法斜坡電壓起動法。用電子軟起動實現(xiàn)電動機起動時定子電壓由。用電子軟起動實現(xiàn)電動機起動時定子電壓由小到大斜坡線性上升，主要用于重載軟起動；小到大斜坡線性上升，主要用于重載軟起動；轉(zhuǎn)矩控制及起動電流限制起動方式 3轉(zhuǎn)矩控制起動法。轉(zhuǎn)矩控制起動法。用電子軟起動實現(xiàn)電動機起動時起動轉(zhuǎn)矩由用電子軟起動實現(xiàn)電動機起動時起動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，起動的平滑性好，能夠降低起動時對電網(wǎng)的沖擊，小到大線性上升，起動的平滑性好，能夠降低起動時對電網(wǎng)的沖擊，是較好的重載軟起動方法；是較好的重載軟起動方法； 電壓提升脈沖起動方式4轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動法。轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動法。此方法與轉(zhuǎn)矩控制起動法類似，此方法與轉(zhuǎn)

9、矩控制起動法類似，其差別在于：起動瞬間加脈沖突跳轉(zhuǎn)矩以克服電動機的負載轉(zhuǎn)矩，其差別在于：起動瞬間加脈沖突跳轉(zhuǎn)矩以克服電動機的負載轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升。此法也適用于重載軟起動；然后轉(zhuǎn)矩平滑上升。此法也適用于重載軟起動； 5電壓控制起動法。電壓控制起動法。用電子軟起動器控制電壓以保證電動機起動用電子軟起動器控制電壓以保證電動機起動時產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，是較好的輕載軟起動方法。時產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，是較好的輕載軟起動方法。6. 轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式 當(dāng)電動機需要停車時，立即切斷電動機電源，屬自由停當(dāng)電動機需要停車時，立即切斷電動機電源，屬自由停車。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。但

10、許多應(yīng)用場合，車。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。但許多應(yīng)用場合，不允許電動機瞬間停機。如高層建筑、樓宇的水泵系統(tǒng)，要不允許電動機瞬間停機。如高層建筑、樓宇的水泵系統(tǒng)，要求電動機逐漸停機，采用軟起動器可滿足這一要求。求電動機逐漸停機，采用軟起動器可滿足這一要求。 如圖所示為轉(zhuǎn)矩控制軟停車特性曲線。減速時間如圖所示為轉(zhuǎn)矩控制軟停車特性曲線。減速時間t1一般一般是可設(shè)定的。是可設(shè)定的。轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式7. 制動停車方式制動停車方式 當(dāng)電動機需要快速停機時，軟起動器具有能耗制動功能。當(dāng)電動機需要快速停機時，軟起動器具有能耗制動功能。在實施能耗制動時，軟起動器向電動機定子繞組通人直流電，在實施能耗制

11、動時，軟起動器向電動機定子繞組通人直流電，由于軟起動器是通過晶閘管對電動機供電，因此很容易通過由于軟起動器是通過晶閘管對電動機供電，因此很容易通過改變晶閘管的控制方式而得到直流電。如圖改變晶閘管的控制方式而得到直流電。如圖3-11所示為制動所示為制動停車方式特性曲線。停車方式特性曲線。 制動停車方式二、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法二、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法（一）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動（一）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動 電動機起動時，變阻器應(yīng)電動機起動時，變阻器應(yīng)調(diào)在最大電阻位置，然后將定調(diào)在最大電阻位置，然后將定子接通電源，電動機開始轉(zhuǎn)動。子接通電源，電動機開始轉(zhuǎn)動。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，均勻隨著

12、電動機轉(zhuǎn)速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時舉起電刷環(huán)短接，同時舉起電刷 。22121)(XRRUII（二）轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動（二）轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動 mR 當(dāng)電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方當(dāng)電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大，成正比的渦流損耗較大， 值也因之較大，起限制起動電流及增值也因之較大，起限制起動電流及增大起動轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變大起動轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵

13、心的渦流損耗及阻器鐵心的渦流損耗及 值跟著下降，使電動機起動平滑。值跟著下降，使電動機起動平滑。 mR頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)頻敏變阻器的等效電路mmLfXsff2122帶感應(yīng)圈的頻敏變阻器結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 改善起動性能的三相異步電動機改善起動性能的三相異步電動機一、深槽異步電動機一、深槽異步電動機轉(zhuǎn)子頻率愈高，槽高愈大，集膚效應(yīng)愈強。當(dāng)起動完畢，頻率轉(zhuǎn)子頻率愈高，槽高愈大，集膚效應(yīng)愈強。當(dāng)起動完畢，頻率 僅為僅為13Hz，集膚效應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的電流均勻分布，導(dǎo)，集膚效應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的電流均勻分布，導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻 2f二、雙籠型異步電動機二、雙籠型異

14、步電動機雙籠異步電動機的機械特性雙籠型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與漏磁通這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上有兩套導(dǎo)條，如圖這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上有兩套導(dǎo)條，如圖11-13a所示的上籠所示的上籠1與下籠與下籠2，兩籠間由狹，兩籠間由狹長的縫隙隔開。上籠通常用電阻系數(shù)較大的長的縫隙隔開。上籠通常用電阻系數(shù)較大的黃銅或鋁青銅制成，且導(dǎo)條截面較小，故電黃銅或鋁青銅制成，且導(dǎo)條截面較小，故電阻較大；下籠截面較大，用紫銅等電阻系數(shù)阻較大；下籠截面較大，用紫銅等電阻系數(shù)較小的材料制成，故電阻較小。較小的材料制成，故電阻較小。 第三節(jié)第三節(jié) 三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算stR定子串聯(lián)對

15、稱電阻定子串聯(lián)對稱電阻 起動，在此介紹起動，在此介紹 的計算方法的計算方法 stR設(shè)全壓直接起動時，電動機的起動電流設(shè)全壓直接起動時，電動機的起動電流 和起動轉(zhuǎn)矩分別為和起動轉(zhuǎn)矩分別為 、stI1stT定子串電阻起動時，電動機的起動電流定子串電阻起動時，電動機的起動電流 和起動轉(zhuǎn)矩分別為和起動轉(zhuǎn)矩分別為 、stI1stTNIstIKI11NststTKTNIstIaI11NTstTaT aaKIIIIstst11baKTTTststst21ststIT ba 222ststststkIkITT當(dāng)定子繞組為星形聯(lián)結(jié)時當(dāng)定子繞組為星形聯(lián)結(jié)時 NINstNIKUIUZ111133當(dāng)定子繞組為三角形聯(lián)

16、結(jié)時當(dāng)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)時 NINstNIKUIUZ111133ZRZX97. 091. 022RRaXaRst22221或或RbRXbRst221按一般電動機的平均數(shù)值可令按一般電動機的平均數(shù)值可令 ZR4 . 025. 0aaKIIIIstst11221221221221)()()()(XXRRRUaXXRRUstXX 例例11-111-1一籠型異步電動機的電壓為一籠型異步電動機的電壓為380V；電流為；電流為13.6A；起動電流倍數(shù)；起動電流倍數(shù) ；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ，試就下列兩種情況，求定子串，試就下列兩種情況，求定子串接電阻接電阻 ； 4 . 4IK3stKstR（1）起

17、動電流減小到直接起動時的一半；）起動電流減小到直接起動時的一半； （2）起動轉(zhuǎn)矩減小到直接起動時的一半。）起動轉(zhuǎn)矩減小到直接起動時的一半。解解 定子星形接法時定子星形接法時68. 36 .134 . 43380311NINIKUZ47. 168. 34 . 04 . 0 ZR35. 368. 391. 091. 0ZX（1）2aRRaXaRst222215)47. 147. 1235. 312(2222（2）2bRbRXbRst22146. 2)47. 147. 1235. 312(22第四節(jié)第四節(jié) 三相籠型電動機起動自耦變壓器的計算三相籠型電動機起動自耦變壓器的計算自耦變壓器容量自耦變壓器容

18、量 （kVA）的計算公式如下）的計算公式如下 TAPstTAIdTAtntUKPP2%式中，式中， 電動機額定容量（電動機額定容量（kVA）；）； 電動機起動電流的倍數(shù)；電動機起動電流的倍數(shù)； 自耦變壓器的抽頭電壓，以額定電壓百分數(shù)表示；自耦變壓器的抽頭電壓，以額定電壓百分數(shù)表示； n 起動次數(shù)；起動次數(shù)； t 起動一次的時間（起動一次的時間（min）；）； T 最大起動時間最大起動時間 。dPIK%TAU電動機起動時，自耦變壓器的起動功率為電動機起動時，自耦變壓器的起動功率為2%TAIdTAstUKPP 例例11-211-2 電動機容量為電動機容量為 ；如直接起動時起動電流的倍；如直接起動時

19、起動電流的倍數(shù)數(shù) ；按生產(chǎn)機械的要求，電動機起動時容許的最小電壓；按生產(chǎn)機械的要求，電動機起動時容許的最小電壓為額定電壓的為額定電壓的60%；設(shè)起動器起動次數(shù)；設(shè)起動器起動次數(shù)n=3，每次起動的時間，每次起動的時間t=30sec=0.5min。試計算并選擇自耦變壓器（選擇最大起動時間。試計算并選擇自耦變壓器（選擇最大起動時間T=2min的類型）。的類型）。 AkV5005IK解：解：選擇選擇%65% TAUTntUKPPTAIdTA2%AkVAkV79225 . 03100/6555002可選擇電壓抽頭可選擇電壓抽頭65%時容量略大于時容量略大于 的自耦變壓器，其最的自耦變壓器，其最大起動時間

20、為大起動時間為 2 min。 AkV792第五節(jié)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算第五節(jié)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算 （一）圖解解析法（一）圖解解析法為簡化計算，異步電動機的機械特性可視為直線為簡化計算，異步電動機的機械特性可視為直線 ssTTmm2mTT85. 01一般取一般取zTT2 . 11 . 12dbkdkbkdkbssnnnnnnRr0012TRs 不變mTTmRs 所以所以 為轉(zhuǎn)子每相繞組電阻為轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 2rNNNIEsr2223121RrR122Rrrkdkb212rRrkbbdkb232221rkbfhRrkbdfRrkbbdR（二）解析法（

21、二）解析法 TRT1msT1TmRs 所以所以212112211TTrRRRRRRRmmmm21TT令令222221rRrRrRmm12212121RRTTrRTTmmmrRssTTmm22211122122222121)1(12111rrRRRrRRRRrRRRRrRRRmmmmmmmmmmmmlglglglg12TsTrRmNNm21122222233TsTTsTIsIIEsIErRNNmNNmSTNNmmNNNstNmmm 例例11-311-3 某生產(chǎn)機械用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動，其技術(shù)數(shù)據(jù)某生產(chǎn)機械用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：為： kWPN28AIN5 .55/96187.

22、 0cosN%87NVEN2502AIN712min/1420rnNVUN380/22012TK過載能力過載能力 ，試求空載起動時三級起動電阻（用解析法）。，試求空載起動時三級起動電阻（用解析法）。 解：解：NNNIEsr2223108. 07132500533. 00533. 015001420150000nnnsNN取取 NTT7 . 111TsTNNm22. 27 . 10533. 013轉(zhuǎn)子每相各段起動電阻為轉(zhuǎn)子每相各段起動電阻為 132. 0) 122. 2(108. 0) 1(21rR293. 0132. 022. 212RR65. 0293. 022. 223RR轉(zhuǎn)子每相串接總的

23、電阻為轉(zhuǎn)子每相串接總的電阻為075. 1321RRRNNTTTT766. 022. 27 . 112第六節(jié)第六節(jié) 三相異步電動機的起動過程三相異步電動機的起動過程一、圖解法一、圖解法dtdnGDTTZ3752tnGDTad3752tnGDTadtnGDT/375/22ntTGD2其他三個比例尺系數(shù)根據(jù)圖形尺寸而任意選擇，而其他三個比例尺系數(shù)根據(jù)圖形尺寸而任意選擇，而 ZddadTTT第六節(jié)第六節(jié) 三相異步電動機的起動過程三相異步電動機的起動過程tnGDTadtnGDT/375/22tnGDTadtODnDCGDOATOB111112112375/二、解析法二、解析法 當(dāng)當(dāng) ，電力拖動運動方程式

24、為，電力拖動運動方程式為 0zTdtdnGDT3752代入機械特性的實用表達式，并考慮到代入機械特性的實用表達式，并考慮到 )/(/),1 (00dtdsndtdnsnndtdsnGDssssTmmm375/202dsssssTnGDdtmmm2137502令令mMATnGDT37502dsssssTdttxstssmmMAt200dsssssTdttxstssmmMAt200 xstmmxstMAssssssTtln22220空載起動時間空載起動時間 05. 01ln205. 012220mmMAstssTtmmMAssT5 . 141求求 最短時的最短時的 ，令，令 ，得，得0t0ms0/

25、0mdsdtxstxstmsssssln2220在空載起動時在空載起動時 407. 00stms 例例11-411-4某某機床的主拖動電動機床的主拖動電動機為雙速電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)機為雙速電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表?？刂凭€路設(shè)計為：起動見表?？刂凭€路設(shè)計為：起動分兩級，第一級為自加速到接分兩級，第一級為自加速到接近近1500r/min，電動機定子繞組，電動機定子繞組接成三角形接法；第二級為自接成三角形接法；第二級為自1500r/min左右加速到近左右加速到近3000r/min，定子繞組換接成雙，定子繞組換接成雙星形（星形（YY）接法。）接法。求第一級的起動時間。設(shè)拖動系統(tǒng)的飛輪矩為求第一級的起動時

26、間。設(shè)拖動系統(tǒng)的飛輪矩為2mN19. 3解：解：機床的拖動電動機為空載起動機床的拖動電動機為空載起動 033. 0150014501500Ns137. 0)12 . 22 . 2(033. 0)1(22TTNmKKssmNmNnPKTKTNNTNTm8 .8914505 . 695502 . 29550sec273. 0sec)139. 05 . 1139. 041(2 .94375150019. 30stt起動時間為起動時間為 mmmstssTnGDt5 . 141375020第七節(jié)第七節(jié) 三相異步電動機過渡過程的能量損耗三相異步電動機過渡過程的能量損耗異步電動機定子與轉(zhuǎn)子電路均有銅耗，則過

27、渡過程的能量損耗為異步電動機定子與轉(zhuǎn)子電路均有銅耗，則過渡過程的能量損耗為dtRIdtRIAtt2022012133粗略地可忽略粗略地可忽略I0，則，則 dtRRRIAt21202213由于由于 0222/ )/3(sRITsTRI02223sTdtRRAt02101sTdtRRAt02101dtdJTs10則則dsJTdt0sdsRRJAxstss21201222120121xstssRRJA一、空載起動過程電動機的能量損耗一、空載起動過程電動機的能量損耗空載起動時空載起動時 1sts0 xs2120121RRJAst二、空載反接制動過程電動機的能量損耗二、空載反接制動過程電動機的能量損耗空載反接制動時空載反接制動時 2sts1xs222120112121RRJATstARRJ312132120三、空載能耗制動過程電動機的能量損耗三、空載能耗制動過程電動機的能量損耗 02223vRITTvTRI02223空載能耗制動時空載能耗制動時 dtdJT212021