三相異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)以及啟動(dòng)方式

1、三相異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1、 三相異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)      三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和

2、調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2、異步電動(dòng)機(jī)存在的缺點(diǎn)2.1籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)存在下列三個(gè)主要缺點(diǎn)。（1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，難以滿足帶負(fù)載起動(dòng)的需要。當(dāng)前社會(huì)上解決該問題的多數(shù)辦法是提高電動(dòng)機(jī)的功率容量（即增容）來提高其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這就造成嚴(yán)重的“大馬拉小車”，既增加購買設(shè)備的投資，又在長期的應(yīng)用中因處于低負(fù)荷運(yùn)行而浪費(fèi)大量電量，很不經(jīng)濟(jì)。第二種辦法是增購液力偶合器，先讓電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，在由液力偶合器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這種辦法同樣要增加添購設(shè)備的投資，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪費(fèi)3%的電能，因而整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的效率很低，同樣浪費(fèi)電量，更何況添加液力偶合器之后，機(jī)組的運(yùn)行可靠性大大下降，顯著增加維護(hù)困難，因此不

3、是一個(gè)好辦法。（2）大轉(zhuǎn)矩不大，用于驅(qū)動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)短時(shí)過負(fù)荷的負(fù)載，如礦山所用破碎機(jī)等時(shí)，往往停轉(zhuǎn)而燒壞電動(dòng)機(jī)。以致只能在輕載狀況下運(yùn)行，既降低了產(chǎn)量又浪費(fèi)電能。（3）起動(dòng)電流很大，增加了所需供電變壓器的容量，從而增加大量投資。另一辦法是采用降壓起動(dòng)來降低起動(dòng)電流，同樣要增加添購降壓裝置的投資，并且使本來就不好的起動(dòng)特性進(jìn)一步惡化。2.2 繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相繞組通過集電環(huán)短路。起動(dòng)時(shí)，為減小起動(dòng)電流，轉(zhuǎn)子中可以串入起動(dòng)電阻，轉(zhuǎn)子串入適當(dāng)?shù)碾娮?，不僅可以減小起動(dòng)電流，而且由于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流有功分量增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也可增大。這種電動(dòng)機(jī)還可通過改變外串電阻調(diào)速。繞線

4、型電動(dòng)機(jī)雖起動(dòng)特性和運(yùn)行特性兼優(yōu)，但仍存在下列缺點(diǎn)：（1）由于轉(zhuǎn)子上有集電環(huán)和電刷，不僅增加制造成本，并且降低了起動(dòng)和運(yùn)行的可靠性，集電環(huán)和電刷之間的滑動(dòng)接觸，是這種電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的主要原因。特別是集電環(huán)與電刷之間會(huì)產(chǎn)生火花，使傳統(tǒng)繞線型電動(dòng)機(jī)在礦山、井下、石油、華工等防爆要求的場所，對于灰土、粉塵濃度很高的地方，也不敢使用，這就限制了其應(yīng)用范圍。（2）當(dāng)前的傳統(tǒng)繞線型電動(dòng)機(jī)為了提高可靠性，多數(shù)不提刷，因此運(yùn)行時(shí)存在下列電能浪費(fèi)：集電環(huán)和電刷間的摩擦損耗和接觸電阻上的電損耗，電刷至控制柜短路開關(guān)間三根電纜的電損耗，若電動(dòng)機(jī)與控制柜之間距離很長，則該損耗將非常嚴(yán)重。并且由于集電環(huán)與電刷產(chǎn)生碳粉、

5、電火花和噪聲，長期污染周圍環(huán)境，損害管理人員和周圍居民健康。（3）傳統(tǒng)繞線型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比籠型電動(dòng)機(jī)的有所提高，但仍往往不能滿足滿載起動(dòng)的需要，以至仍然需要增容而形成“大馬拉小車”。上述傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)存在的嚴(yán)重缺點(diǎn)的根本原因在于“起動(dòng)”、“運(yùn)行”和“可靠性”三者之間存在難以調(diào)和的矛盾，因此勢必顧此失彼，不可兼優(yōu)。三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，雖然控制線路結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便，但起動(dòng)電流很大（約為正常工作電流的47倍），如果電源容量不比電動(dòng)機(jī)容量大許多倍，則起動(dòng)電流可能會(huì)明顯地影響同一電網(wǎng)中其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對于鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)可采用：定子串電阻（電抗）降壓

6、起動(dòng)、定子串自耦變壓器降壓起動(dòng)、星形三角形降壓起動(dòng)等方式；而對于繞線型異步電動(dòng)機(jī)，還可采用轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)等方式以限制起動(dòng)電流。1、直接啟動(dòng)定義：直接啟動(dòng)就是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機(jī)的定子繞組直接接在交流電源上，電機(jī)在額定電壓下直接啟動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該盡可能采用全電壓直接起動(dòng)，控制線路簡單，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。缺點(diǎn)：直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流一般可達(dá)額定電流的47倍，過大的啟動(dòng)電流會(huì)降低電動(dòng)機(jī)壽命，使變壓器二次電壓大幅度下降，減小電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至?xí)r電動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)，過大的電流還會(huì)引起電源電壓波動(dòng)，影響

7、同一供電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常工作。一般異步電機(jī)的功率小于7.5千瓦時(shí)允許直接啟動(dòng)，對于更大容量的電機(jī)能否使用要視配電變壓器的容量和各地電網(wǎng)部門而定。（電流過大）應(yīng)用：電動(dòng)機(jī)單向起動(dòng)控制線路常用于只需要單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的小功率電動(dòng)機(jī)的控制。例如小型通風(fēng)機(jī)、水泵以及皮帶運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械設(shè)備。圖6是電動(dòng)機(jī)單向起動(dòng)控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡單的控制線路，能實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)距離控制、頻繁操作等。 圖6電動(dòng)機(jī)單向起動(dòng)控制線路的電氣原理圖2、三相異步電動(dòng)機(jī)的Y起動(dòng)控制對于正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)額定電壓等于電源線電壓，定子繞組為三角形連接方式的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，可以采用星形三角

8、形降壓起動(dòng)。它是指起動(dòng)時(shí)，將電動(dòng)機(jī)定子繞組接成星形，待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再換成三角形連接。這樣，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)每相繞組的工作電壓為正常時(shí)繞組電壓的1/，起動(dòng)電流為三角形直接起動(dòng)時(shí)的1/3，因而起動(dòng)電流特性好，線路較簡單，投資少。缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也下降為三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差。本線路適用于輕載或空載起動(dòng)的場合，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，Y連接時(shí)要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性。圖7 三相異步電動(dòng)機(jī)Y降壓啟動(dòng)控制線路圖控制原理：按下啟動(dòng)按鈕SB2。（1） 接觸器KM1線圈得電，電動(dòng)機(jī)M接入電源。（2） 接觸器KM3線圈的電，其常開觸點(diǎn)閉合，Y形啟動(dòng)，輔助觸點(diǎn)斷開，保證了接觸器KM2不得電。（3） 時(shí)間繼

9、電器KT線圈得電，經(jīng)過一定時(shí)間延時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開，切斷KM3線圈電源。（4） KM3主觸點(diǎn)斷開，KM3常閉輔助觸點(diǎn)閉合，KT常開觸點(diǎn)斷開，接觸器KM2線圈得電，KM2主觸點(diǎn)閉合，使電動(dòng)機(jī)M由Y形啟動(dòng)切換為運(yùn)行。按下停止按鈕SB1，切斷控制線路電源，電動(dòng)機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。3自耦變壓器降壓啟動(dòng)對于容量較大且正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成星形的籠型異步電動(dòng)機(jī)，可采用自耦變壓器降壓起動(dòng)。它是指起動(dòng)時(shí)，將自耦變壓器接入電動(dòng)機(jī)的定子回路，待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再切除自耦變壓器，使電動(dòng)機(jī)定子繞組獲正常工作電壓。這樣，起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)每相繞組電壓為正常工作電壓的1 / K 倍（K 自耦變壓器的匝數(shù)比。K = N1 /

10、 N2 ），起動(dòng)電流也為全壓起動(dòng)電流的1 / K2倍。 圖8 電動(dòng)機(jī)自耦降壓起動(dòng)接線圖    圖8是交流電動(dòng)機(jī)自耦降壓啟動(dòng)自動(dòng)切換控制接線圖，自動(dòng)切換靠時(shí)間繼電器完成，用時(shí)間繼電器切換能可靠地完成由啟動(dòng)到運(yùn)行的轉(zhuǎn)換過程，不會(huì)造成啟動(dòng)時(shí)間的長短不一的情況，也不會(huì)因啟動(dòng)時(shí)間長造成燒毀自耦變壓器事故    控制過程如下：    a、合上空氣開關(guān)QF接通三相電源。    b、按啟動(dòng)按鈕SB2交流接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時(shí)由于KM1

11、輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓低壓抽頭（例如65）將三相電壓的65接入電動(dòng)。    c、KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合，使時(shí)間繼電器KT線圈通電，并按已整定好的時(shí)間開始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后，KT的延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，使中間繼電器KA線圈通電吸合并自鎖。    d、由于KA線圈通電，其常閉觸點(diǎn)斷開使KM1線圈斷電，KM1常開觸點(diǎn)全部釋放，主觸頭斷開，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時(shí) KM2線圈斷電，其主觸頭斷開，切斷自耦變壓器電源。KA的常閉觸點(diǎn)閉合，通過KM1已經(jīng)復(fù)位的常閉觸點(diǎn)，使KM3線圈得

12、電吸合，KM3主觸頭接通電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。    e、KM1的常開觸點(diǎn)斷開也使時(shí)間繼電器KT線圈斷電，其延時(shí)閉合觸點(diǎn)釋放，也保證了在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)任務(wù)完成后，使時(shí)間繼電器KT可處于斷電狀態(tài)。    f、欲停車時(shí)，可按SB1則控制回路全部斷電，電動(dòng)機(jī)切除電源而停轉(zhuǎn)。g、 電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器FR完成。4、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)由于大型電動(dòng)機(jī)容量大，起動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊較大，又因帶負(fù)載，負(fù)載要求電動(dòng)機(jī)提供較大的起動(dòng)電流時(shí)，繞線式異步電動(dòng)機(jī)就顯示出明顯優(yōu)勢，只有轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就既可減少起動(dòng)電流又可增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而電動(dòng)

13、機(jī)容量大、重載這兩個(gè)要求可同時(shí)滿足。由于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式：Tst=CMmI2cos2cos2= R2+R（R2+R）2+ X22因?yàn)榇娮鑂 使得I2 減小，但cos2值的增大，使得轉(zhuǎn)子有功電流I2 cos2 反而增大了，從而增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)然，過分增大所串電阻R，雖然cos2會(huì)增大，其極限值為1，因轉(zhuǎn)子電流減小使堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也跟著減小。如果正確選取電阻器的電阻值，使轉(zhuǎn)子回路的總電阻值R2=X20，此時(shí)Sm=1，即最大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，從而縮短起動(dòng)時(shí)間，達(dá)到減小啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，可變電阻逐級(jí)減小。啟動(dòng)完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組被直接短接，電動(dòng)機(jī)便在額定狀態(tài)下運(yùn)行。圖9（a）是繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的示意圖，為了簡單，也有采用圖9（b）不對稱電阻圖10 轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)控制圖線路工作原理如下：合上閘開關(guān)QS，按啟動(dòng)按鈕SB2，運(yùn)行如下（1） 接觸器KM線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入全部電阻進(jìn)行啟動(dòng)，KM輔助觸點(diǎn)閉合自鎖。（2） 時(shí)間繼電器KT1得電，時(shí)間繼電器KT1的常開觸點(diǎn)經(jīng)一定延時(shí)后閉合，使接觸器KM1線圈得電吸合，切除第一級(jí)啟動(dòng)電阻1RQ。同時(shí)，時(shí)間繼電器KT2得電。（3） 時(shí)間繼電器KT2的常開觸點(diǎn)經(jīng)一定延時(shí)后閉合，使接觸器KM2得電吸合并自鎖，短接