三相異步電動機的電力拖動

1、第三章三相異步電動機的電力拖動本章要求 了解有關異步電機調速的基本概念； 掌握三相異步電機的機械特性方程及畫法； 掌握異步電機各種人為機械特性的畫法和變化的規(guī)律； 重點掌握三相異步電機的起動、 制動、調速過程以及繞線式異步電機的分段起動電阻和各種制動方法中限流電阻的計算。本章重點三相異步電機的機械特性, 起動、制動過程 .本章簡述三相異步電機拖動與直流電機拖動相比電機可靠性高、維護小，隨著電力電子技術的發(fā)展，異步電機調速的精度達到甚至超過直流電機調速精度，三相異步電機的應用會更加廣泛。利用機械特性可以分析在異步電機拖動中的各種運行情況，包括電機的起動、制動、和調速。為了限制起動電流采用了降壓起

2、動方式，在制動的三種方法涵蓋異步電機的各種運行狀態(tài)， 包括正向電動和制動、反向電動和制動、 能耗制動及回饋再生發(fā)電狀態(tài)。 這些組成了異步電機的四象限運行。本章學時9 學時第一節(jié)三相異步電動機的機械特性本節(jié)學時2 學時本節(jié)重點1、三相異步電機的機械方程（固有特性和人為特性）2、三相異步電機的實用機械特性表達式的求法3、三相異步電機的人為機械特性的畫法以及各自的變化規(guī)律教學方法結合理論，推導出三相異步電機的機械特性方程，在此基礎上分析并得出機械特性的實用表達式。認識各種人為機械特性及其變化規(guī)律。教學手段 以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結合的手段，讓學生在有限的時間內掌握更多的相關知識。教學內容：三相異

3、步電動機的機械特性是指在一定條件下，電動機的轉速 n 與電磁轉矩 T 之間的關系 n=f(T) 。由于異步電動機的轉速n 與轉差率s 及旋轉磁場的同步速n1 之間的關系為n (1 s)n1 , 所以異步電動機的機械特性往往用T=f(s) 的形式表示。簡稱為 T-S 曲線。從電機學中已知，電磁轉矩ppM（3-1 ）T1式中 p 為極對數，1 =2 f 1 ， PM 為電磁功率，它有兩種表達式，即PMm1E2' I 2' cos 2（3-2 ）PMm1I 2'2 r2'（3-3 ）sr2'coss（3-4）2( r2' )2x2'2s其中 r

4、2' 和x2' 分別為折算到定子邊的轉子電阻和漏抗，cos 2 是轉子邊的功率因數。由公式（ 3-2 ），（ 3-3 ），電磁轉矩也有兩種表達式，一種是物理表達式，另一種是參數表達式，分述如下。一、機械特性的物理表達式將公式（ 3-2 ）代入（ 3-1 ），并考慮到E2'E12 f1 N1K 1 m（3-5 ）Tpm1N 1K1m I 2' cos 2CT m I 2' cos 2（3-6 ）2式中，CTpm1 N1 K 1是常數，2N1 為定子繞組每相串聯(lián)匝數，KW1 為基波繞組系數。將式（ 3-6 ）和直流電機電磁轉矩的表達式相比 , 三相異步電動機

5、的電磁轉矩除了和氣隙磁通及轉子電流有關外，還和轉子電路的功率因數有關。 這是由于在異步電動機中，轉子電流滯后于轉子電勢，在同一極性氣隙磁場下面的各轉子有效導體中，電流方向不完全相 圖 3-1 異步電動機的 T 形等效電路同。所以異步電動機的電磁轉矩與氣隙磁通和轉子電流的有功分量成正比。此式常用于從物理意義上分析異步電動機在各種運行狀態(tài)下T與 m ,I 2' cos 2之間的數量與方向關系。二、機械特性的參數表達式1機械特性參數表達式的推導由異步電動機的 T 型等效電路圖3-1 ，略去激磁電流可得，I 2'u1（3-7 ）(r1r2' ) 2( x1 x2' )

6、2s圖 3-2異步電動機的機械特性將此式連同式（3-3 ）代入式（ 3-1 ），得m1 p 2r2's（3-8 ）Tu1r2'1)2(x1'2(r1x2 )s式（ 3-8 ）表明了電動機的電磁轉矩與電源相電壓, 頻率 , 電機定轉子參數以及轉差率之間的關系。對于一臺已經制造好了的電機, 其參數 r1、 r2'、 x1、x2'、 p、m1 等均不變，若u1 , f 1 不變，則 T=f(s)或 T=f(n),稱為機械特性的參數表達式。圖3-2為按式（ 3-8 ）繪制的機械特性曲線，即三相異步電動機的T S 曲線。圖中第一象限的部分n n1， T0 ，為電動

7、機運行狀態(tài)；第二象限部分，nn1 ,T 0 ，為發(fā)電回饋制動狀態(tài)。圖3-2 中的 Sm 稱為臨界轉差率，其值大約在0.2左右。從圖3-2可見，在電動機運行狀態(tài)，當轉差率0 S Sm 時，隨著 S 的增加，T 也增加，到 SSm 時，轉矩 T 達到最大值 Tmax 。而當 S Sm以后， S 增加時，電磁轉矩反而減小。T S 曲線的形狀可分析如下。式（3-8 ）可以寫成T m1 p( u1 )2(sr1r2' ) 2s 1 r2'L'2 )2（3-9 ）1s212(L1式中， L1x1 ， L'2x2'分別為定、轉子的漏電感。11當 S 很小時，忽略上式分

8、母中S各項，則有T m1 p( u1 ) 2 s 1s（3-10 ）1r2'說明高速時， TS 曲線近似為一直線， 如圖 3-2中 DCB段所示。當 S1時，可忽略式（ 3-9 ）分母中的 r 2', 則有T m1p( u1 )2sr121 r2'L '2)2 1（ 3-11 ）112 (L1s說明 S 接近于 1 時， T S 曲線為對稱于原點的一段雙曲線，如圖3-2中 BA段所示， S為中間數值時， T S 曲線從直線過渡到雙曲線。另外T S 曲線上 Tmax 和 S1時的起動轉矩是異步電動機兩個重要的參數，分述如下。2最大轉矩和臨界轉差率dTTmax是電動

9、機所能提供的極限轉矩，對式（3-8 ）求導數 , 并令=0，得到：dSr2'Sm（3-12 ）r12 （ x1x2' )2將式（ 3-12 ）代入（ 3-8 ），可得最大轉矩Tmax 為Tpm1u21（3-13 ）1maxr12(x1x2' ) 212 r1式中（ +）對應電動狀態(tài)， （ - ）適用于發(fā)電狀態(tài)。通常：r1( x1x2' )式（ 3-12 ）和（ 3-13 ）可近似變?yōu)镾mr2'（3-14）x1x2pm121（ 3-15 ）Tmaxu112( x1x2' )由式（ 3-14 ），（ 3-15）可見，發(fā)電和電動兩種情況下，Sm 和 T

10、max 的絕對值是相等的。由式（3-12 ）到式（ 3-15）可看出如下幾點：當電機各參數及電源頻率不變時，Tmax 與電源電壓 U 12 成正比，但 sm 與 U1 無關； Tmax 與 r2' 值無關，而 sm 與 r2' 值成正比。因此，改變轉子電阻的大小，可以改變產生最大轉矩的轉差率。 也就是說， 選擇不同的轉子電阻值， 可以在某一特定的轉速時電動機產生的轉矩為最大。這一性質對于繞線式異步電動機是有重要意義的；當電源電壓和頻率不變時，sm 和 Tmax 都近似地與 ( x1x2' ) 成反比。應該指出， Tmax 是電動機可能產生的最大轉矩，如果負載轉矩大于最大

11、轉矩，則電動機將因為承擔不了而停轉。 為了保證電動機不會因短時過載而停轉，一般電動機都具有一定的過載能力。過載能力用最大轉矩Tmax 與電動機額定轉矩 TN 之比來表示，即TTmax（ 3-16 ）TN一般電動機的過載能力T 1.62.2，起重、冶金機械專用的電動機, T2.2 2.8 。 T 是三相異步電動機的一個很重要的參數，它反映了電動機短時過載的極限。3起動轉矩S=1 時的電磁轉矩，稱為起動轉矩，它是三相異步電動機接交流電源開始起動時的電磁轉矩。將 S=1 代入式（ 3-8 ）得pm12r2'Tstu1 (r1r2' ) 2（ 3-17 ）1( x1 x2' )

12、 2由上式可知，起動轉矩僅與電動機本身參數和電源有關，是在一定條件下電動機本身的一個參數， 而與電動機所帶的負載無關。 對于繞線轉子電動機， 若在一定范圍內增大轉子電阻（轉子電路外接電阻）可以增大起動轉矩，以改善起動性能；而對于籠型異步電動機，其轉子電阻不能用串接電阻的方法改變，即在額定電壓下 TST 是一個恒值。這時 Tst 與 TN 之比稱為起動轉矩倍數 K T ，即KTTst（ 3-18 ）TNKT 是三相籠型異步電動機的一個重要參數，它反映了電動機的起動能力。顯然只有當Tst 大于負載轉矩 TL 時，電動機才能起動；如要求滿載起動時，則K T 必須大于 l 。起動轉矩倍數 K T 的數

13、值可由產品目錄中查到，一般KT =0.9 1.3 。除 Tst 和 Tmax 以外，在 T S曲線上還有兩個比較重要的點。一個是 nn1 (s0) , 即同步速點。 此時轉子感應電勢為零，所以 I =0，T=0。既然電動機沒有電磁轉矩，也就不可能以nn1 的速度運轉。所以這一點2也稱為理想空載點。另一個點是額定運行點，此時nnN , ssN , 對于某一臺電動機，其額定運行點是一定的。4穩(wěn)定運行范圍關于電機拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件前面已經討論過， 其結論完全適合于異步電動機拖動系統(tǒng)，即拖動系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定運行既決定于電動機的機械特性，又決定于負載轉矩特性。對于恒轉矩負載（圖3-3 中的負載轉矩特性

14、1），不難判定它在A 點能夠平衡穩(wěn)定運轉，而在 B 點卻只能平衡而不能穩(wěn)定運轉，所以線性段對恒轉矩負載為穩(wěn)定運行區(qū)，非線性段為不穩(wěn)定運行區(qū)。對于通風機類負載， （圖 3-3 中的負載特性2），C 點雖然處于特性曲線的非線性段，但圖 3-3異步電動機拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行點仍滿足穩(wěn)定運行條件，所以整條特性曲線都可以平衡穩(wěn)定運行。5固有機械特性和人為機械特性三相異步電動機的固有機械特性是指異步電動機在額定電壓和額定頻率下，線方式接線， 定、轉子外接電阻為零時的轉速n與電磁轉矩 T 的關系。 圖 3-4動機的固有機械特性。圖中曲線1 是氣隙磁場按正方向旋轉時的固有特性，曲線按規(guī)定的接為三相異步電 2 是氣

15、隙圖 3-4三相異步電動機的固有特性磁場按反方向旋轉的固有特性。氣隙磁場的旋轉方向取決于定子電壓的相序。人為機械特性是指人為地改變電機參數或電源參數而得到的機械特性。由式（3-8 ）可見，可以改變的量有：加到定子端的電源電壓U 1 、電源頻率f 1 、極對數P，定子電路的電阻或電抗、轉子電路的電阻或電抗等等。所以三相異步電動機的人為機械特性種類很多，這里介紹幾種常見的人為機械特性。（1）降低定子電壓時的人為機械特性2當定子電壓 U 1 降低時，由式（ 3-8 ）可見，電動機的電磁轉矩將與U 1 成正比地降低，但產生最大轉矩的臨界轉差率sm 與電壓無關，因此同步速n1 也不變?？梢娊档碗妷旱娜藶?/p>

16、特性是一組通過同步速點的曲線簇。圖 3-5 繪出了 U 1 U N 的固有特性和 U 1 = 0.8U N 及 U 1 0.5U N 時的人為機械特性。圖 3-5降低定子電壓時的人為機械特性由圖可見，當電動機在某一負載下運行時，若降低電壓，將使電機轉速降低，轉差率增大；而轉子電流將因轉子電勢E2 ssE2 的增大而增大，從而引起定子電流的增大。若電流超過額定值， 則電動機的最終溫升將超過允許值，導致電動機壽命縮短，如果電壓降低過多，致使最大轉矩小于負載轉矩，則會發(fā)生電動機的停轉。（ 2）轉子電路中串對稱電阻時的人為特性在繞線轉子異步電動機轉子電路內，三相分別串接大小相等的電阻，由前述分析可知，

17、此時電動機的同步轉速n 不變，最大轉矩T也不變，臨界轉差率s 則隨外接電阻R 的1maxms增大而增大。人為特性是一組通過同步點的曲線簇，如圖 3-6b 在一定范圍內增加轉子電阻， 顯然可以增大電機的起動轉矩，所示。圖3-6a 為其電路圖。若所串接的附加電阻如圖圖 3-6繞線轉子異步電動機轉子電路串圖 3-7異步電動機定子電路串接對稱電抗接對稱電阻a）電路圖b）人為機械特性中的Rs3 ，使ssm1，對應的起動轉矩Tst 等于最大轉矩Tmax。如果再增大轉子電阻，起動轉矩反而會減小。轉子電路串接附加電阻，適用于繞線轉子異步電動機的起動、制動和調速。這在以后還要討論。（ 3）定子電路串接電阻或電抗

18、的人為特性在籠型異步電動機定子電路三相分別串接對稱電抗X st ，由式（ 3-12 ）、式（ 3-13 ）和式（ 3-17 ）可見， n1 不變， Tmax 、 Tst 及 sm 將隨 Tst 的增大而減小。如圖3-7b 所示。定子電路串接電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。定子串接三相對稱電阻的電路圖和人為機械特性，與上述串接X ST 的相似。串接電阻的目的同樣是為了限制起動電流。此外， 關于改變電源頻率，改變定子繞組極對數的人為機械特性，將在異步電動機的調速一節(jié)中予以介紹。三、機械特性的實用表達式用電動機參數表示的機械特性方程式，即機械特性的參數表達式，在進行某些

19、理論分析時是非常有用的， 它清楚地表示了轉矩、轉差率與電動機參數之間的關系。但是電動機的定子轉子參數都是些設計數據，在電動機產品目錄或銘牌上是查不到的。因此， 對于某一臺具體的電動機， 要利用參數表達式來繪制機械特性進行分析計算就很不方便，這就希望能利用電動機的一些技術數據和額定值來表示并繪制機械特性，這就是機械特性的實用表達式。將式（ 3-13 ）除式（ 3-8 ），并考慮到式（3-12 ），化簡后得2Tmax (1smr1 )Tr2ssmr1（3-19 ）sms2sm r2'如忽略 r1 ，得 :2Tmax（ 3-20 ）Tsmssms此式即為機械特性的實用表達式。只要知道 Tma

20、x 和 sm 的值，就可以求出 T 與 S 的關系。Tmax 和 sm 的值，可由產品目錄中給出的過載能力T , 額定功率 PN ( kw ) 及額定轉速求出。有了實用表達式，只要給定一系列的S 值，就可畫出 T S 曲線。式（3-20 ）還可進行機械特性的其它計算，其應用極為廣泛。當三相異步電動機在額定負載以下運行時，它的轉差率很小， 我們知道額定轉差率 sN 僅為 0.02 0.05 。這就是說ssmssms如忽略sm式（ 3-20 ）就變成為：T2Tmax S（ 3-21 ）sm經過簡化，使機械特性呈線性變化關系，式（3-21 ）稱為機械特性的近似計算公式，使用起來更為方便。但式（3-2

21、1 ）只能用于轉差率在0 SSm 的范圍內。使用該式時對應于最大轉矩的轉差率 sm 可按下式計算， sm2 T sN 。例 3-1 ，一臺三相異步電動機額定值如下：PN95kw, nN 960r / min, U N 380V ,Y接法，cos N 0.86, N90.5%, 過載能力T2.4 。試求電動機機械特性的實用表達式 .解：額定轉差率sNn1nN10009600.04n11000額定轉矩TN9550 PN(9550 95 ）N m 945N mnN960最大轉矩 :TmaxT TN(2.4945)N m2268N mS=SN時， T=TN，由式（ 3-20）TN2TmaxsmsNsN

22、sm解得Sm SN ( T21) 0.04(2.42.421) 0.1832T機械特性的實用表達式T2Tmax22268N m4536N mssms0.183s0.183sms0.183s0.183s第二節(jié)三相異步電動機的起動本節(jié)學時2.5 學時本節(jié)重點1、籠型三相異步電機的直接起動和降壓起動方法2、繞線式三相異步電機的起動方法3、繞線式三相異步電機轉子串電阻分級起動的級數及各級電阻的求法教學方法 通過理論分析，得出三相異步電機的起動要求，在此基礎上分析籠型三相異步電機降壓起動，包括定子串電阻（電抗）起動、自耦變壓器降壓起動和 Y- 起動；還重點研究繞線異步電機的轉子串電阻分級起動的方法。教學

23、手段 以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結合的手段，讓學生在有限的時間內掌握更多的相關知識。教學內容 :三相異步電動機的起動就是使電動機從靜止狀態(tài)轉動起來。 起動過程是指電動機從靜止狀態(tài)加速到某一穩(wěn)定轉速的過程。一、對異步電動機起動性能的要求對異步電動機起動性能有如下要求:（1）具有足夠大的起動轉矩TST ，以保證生產機械能夠正常地起動；（2）在保證一定大小的起動轉矩的前提下，電動機的起動電流I1ST 越小越好；（3）起動設備力求結構簡單，運行可靠，操作方便；（4）起動過程的能量損耗越小越好，起動時間tST 越短越好。以上起動性能中最主要的是要求在起動電流比較小的情況下得到較大的起動轉矩。這是因為過大

24、的起動電流的沖擊， 對于電網和電動機本身都是不利的。對電網而言， 它可能引起電網電壓的大幅度下降。因為電動機的起動電流流過具有一定內阻抗的發(fā)電機、變壓器和供電線路會造成電壓降落，特別是對于那些小容量的電網更為顯著。電網電壓的降低會影響接在同一電網上其他負載（主要是其他異步電動機）的正常運行。對電動機本身來說，當工作在頻繁起動的情況下，過大的起動電流將會造成電動機嚴重發(fā)熱，以致加速絕緣老化， 大大縮短電動機的使用壽命； 同時在大電流的沖擊下， 電動機繞組 （尤其是端部）受電動力作用易發(fā)生位移和變形，甚至燒毀，另一方面，起動轉矩小會拖長起動時間。二、異步電動機的固有起動特性不論是鼠籠電機還是繞線式

25、電機，如果不采取措施直接接入電源起動，這樣的起動特性稱為固有起動特性，主要指起動電流和起動轉矩。起動電流 I 1st 可根據圖 3-1 計算。略去激磁電流，令 S=1 得I 1stu1（3-22 ）( r1 r2' )2( x1x2' )2由于額定運行時 SN=0.02-0.05,而起動時 S=1，所以在額定電壓下起動時，起動電流約為額定電流的 5-7 倍。這是由于起動時氣隙旋轉磁場以同步速切割轉子，在轉子上感應有較大的電勢，產生較大的轉子電流，從而定子繞組也有較大的電流。起動轉矩如式（3-17 ）所示。起動轉矩倍數K T0.9 1.3為什么異步電動機的起動電流很大，而起動轉矩

26、卻不大呢？這是由于起動時S 1，由式（ 3-4 ）可見 ，起動時功率因數很低，大約在0.2左右；另一方面I 1 st 大，所以定子漏阻抗壓降大，電勢E1 減小，主磁通m 要相應減小。綜上所述，異步電動機的固有起動特性并不理想。從式（ 3-17 ）可見，如適當增加轉子電阻，可以改善起動特性。在繞線電機的轉子回路中能夠通過集電環(huán)接入附加電阻。因此，在既要求限制起動電流又要求有較大起動轉矩的場合，通常采用繞線轉子異步電動機。鼠籠式異步電動機轉子回路無法外接附加電阻，考慮到運行效率， 也不易設計成有較大的轉子電阻，為了改善起動性能又保留鼠籠式電動機的結構優(yōu)點， 可以采用特殊結構形式的轉子。電機界進行了

27、大量研究工作，其中，以深槽式電動機和雙鼠籠式電動機效果較好，其工作原理留待后文敘述.三、鼠籠式異步電動機的起動鼠籠式電動機有直接起動和降壓起動兩種方法。（一） 直接起動小容量電動機起動方法直接起動也稱為全壓起動。 這種起動方法最簡便，不需要復雜的起動設備， 但因起動電流較大，只允許在小容量電動機中使用。在一般電網容量下，7.5KW的電動機就認為是小容量，所以 PN7.5KW的異步電動機可以直接起動。但是所謂小容量也是相對的，如果電網容量大就可以允許容量較大的電動機直接起動。因此，對容量較大的電動機，若能滿足下列要求，也可允許直接起動。I1ST1電源總容量（)3KVAI N4起動電機容量 KW式

28、中， I1St / I NK I 為籠型異步電動機的起動電流倍數，其值可根據電動機的型號和規(guī)格從有關手冊中查得。（二） 降壓起動大中容量電動機輕載起動方法對于不允許直接起動的籠型異步電動機，為限制起動電流， 只有降低加在繞組上的電壓U1 。但是由于 T 和 U 12 成正比，因此，這種方法只適用于空載或輕載起動的負載。降壓起動時，可以采用近幾年得到應用的電機軟起動器，也可以采用傳統(tǒng)的降壓起動方法，前者在本書第二篇再作介紹，以下介紹三種傳統(tǒng)的降壓起動方法。1 定子電路串電阻器或電抗器降壓起動（ 1）起動線路定子串聯(lián)電阻起動的原理線路圖如圖3-8 所示。起動時，先將轉換開關 QC投向“起動”側，然

29、后合上主開關Q，電機開始起動。此時起動電阻 Rst 串入定子電路中，較大的起動電流在 Rst 上產生了較大的電壓降， 從而降低了加到定子上的電壓，限制了起動電流。 當轉速升高到一定數值時， 把 QC轉換到“運行”側，切除起動電阻，電動機全壓起動，起動結束后將運行于某一穩(wěn)定轉速。在定子電路中串接電抗X st 起動，效果相同， 都能起到減小起動電流的目的。接線原理圖同圖3-8 ，只要將 X st 取代 Rst 即可。定子串電阻起動能耗較大，所以只在電動機容量較小時使用。容量較大的異步電動機多用串電抗起動。（ 2）起動電流和起動轉矩設加在定子繞組上的電壓為U1，并令圖 3-8 籠型異步電動機電阻減壓

30、起動原理圖uNu1'在式（ 3-22 ）中令(r1r2' ) 2( x1x'2 ) 2r k2xk2zk直接起動時，u NI 1stzku1'uNI 1st降壓起動時，I 1'stzkzk由式（ 3-17 ） :'TstTst2式中， rK r1r2 , x Kx1x2 , 分別為每相的短路電阻和電抗。由上可知，降壓后，起動電流降低到全壓時的 1/，起動轉矩將會降到全壓時的1/2（ 3）起動電阻或電抗的計算設起動時，定子繞組串入的電阻為Rst則 :uN(Rstrk ) 2xk2I1' st將 I 1 sT ,I 1 sT 代入上式I化簡后

31、可得：(Rstrk )22uN22xkaa rkxkI1stRst2 rk2(a 21)xk2rk如定子串電抗起動，則Xst 的計算公式為xst2 xk2(a 21) rk2xk最后還應校核起動轉矩Tst ，應使之滿足以下關系'Tst1.1TLstTsta 2式中， TLst 為起動時的負載轉矩，如不滿足，則應考慮選用其他起動方法。（ 4） r K 和 xK 的估算從上可知，要計算 Rst 或 X st ，應預先知道電動機的短路參數rK 和 xk 。 rK 和 xk 可根據電動機的銘牌值上給定的額定線電壓和線電流估算。當定子 Y 接時U 1NU 1 NZ K3I 1 st3K1 I1

32、N當定子 D（三角形）按時Z KU 1N3U 1NI1 st / 3KII1N設電動機直接起動時的功率因數為 cosst ，則rK Z K cosstxkZK sinstZK1cos按一般電動機的平均數值，可認為cos st0.25 0.42 自耦變壓器降壓起動2st（ 1）起動線路這種起動方法是利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流。圖 3-9a 為其接線圖。起動時，把開關QC投向“起動”位置，這時自耦變壓器一次繞組加全電壓，而電動機定子電壓僅為抽頭部分的電壓值，電動機減壓起動。 待轉速接近穩(wěn)定時, 再把開關轉換到“運行”位置，這樣就把自耦變壓器切除, 電動機全電壓運行

33、，起動結束。（ 2）起動電流和起動轉矩自耦變壓器降壓起動時，其一相電路如圖（3-9b ）所示，設自耦變壓器的變比為Ka 由電機學可知uNu2'（3-23 ）ka由圖 3-9b 可見 :I 2'st K a I1'st（ 3-24 ）I ,1 ST 為由電網供給的起動電流'I2STu2'uNI 1st（ 3-25 ）I1 stK aK a Z Kk 2a zkka2I 1 st 為額定電壓下直接起動時的起動電流。起動轉矩與加在電子繞組上的電壓平方成正比，因此,Tst（ 3-26）Tstka2式（ 3-25 ）和式（ 3-26 ）表明，采用自耦變壓器減壓起動

34、與直接起動相比較，電壓降低到1a, K 起動電流和起動轉矩都降低到全壓起動時的 1 K a2。與定子串電抗（或電阻）的起動方法比較，在同樣的起動電流下，采用自耦變壓器減壓起動時，電動機可產生較大的起動轉矩。故這種減壓起動可帶較大的負載。自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用。由于這種方法可獲得較大的起動轉矩，加上自耦變壓器副邊一般有三個抽頭，可以根據允許的起動電流和所需的起動轉矩選用，故這種起動方法在10kW 以上的三相籠a）接線圖b）自耦變壓器一相電路型異步電動機得到廣泛應用。其缺點是圖 3-9 異步電動機自耦變壓器減壓起動原理線路圖起動設備體積較大，初投資大，需維護檢修。常用

35、的起動用自耦變壓器有QJ3 和 QJ2 兩種系列。QJ2 型的三個抽頭分別為電源電壓的 55、 64和 73； QJ3 型的 40、 60和 80。自耦變壓器容量的選擇與電動機的容量、起動時間和連續(xù)起動次數有關。3 Y 起動用這種方法起動的異步電動機，運行時定子繞組必須是接法, 起動時改接成Y。（ 1）起動線路圖 3-10 為 Y起動時的原理線路圖。起動時，將 QC投向起動側，再將 Q 合上，定子繞組結成 Y，每相的電壓為 U N / 3 ，實現降壓起動， 待轉速接近額定值時，將 QC投向運行側，使定子繞阻接成全壓運行。起動結束。（ 2）起動電流和起動轉矩如圖 3-11 設接法時電網供給的起動

36、電流為I1 stuN圖 3-10異步電動機 Y-起動原理線路圖3（ 3-27 ）zKY 接法時電網供給的起動電流為I 1'stuN（ 3-28 ）3zk,1I 1STI 1ST（3-29 ）3則式（ 3-29 ）表明，用 Y減壓起動時， 起動電流和起動轉矩都降為直接起動時的1/3 。Y起動操作方便，起動設備簡單，應用較為廣泛。但由于以下幾點使它的應用有一定的限制：只適用于正常運行為聯(lián)結電動機，為便于推廣容量為 4KW 以上的電動機，繞組都是聯(lián)結，額定電壓為Y起動方法，Y 系列中，380V 。由于起動轉矩減小到圖 3-11Y 形和 形接法時的電壓和電流直接起動時的1/3 ，故只適用于空載

37、或輕載起動。這種起動方法的電動機定子繞組必須引出六個出線端，這對于高電壓電動機有一定的困難，所以 Y起動只限于 500V 以下的低壓電動機上。4 減壓起動方法的比較表 3-1 列出了上述三種減壓起動方法的主要數據，為便于說明問題， 現將直接起動也列于表內。表 3-1減壓起動方法比較起動方法U I1n/I 1nTn/Tn優(yōu)缺點1/U N直接起動111起動最簡單，但起動電流大，起動轉矩小，只適用于小容量輕載起動串電阻或電抗起動111起動設備較簡單，起動轉矩較小，2適用于輕載起動自耦變壓器起動111起動轉矩較大，有三種抽頭可選，KK 2K 2起動設備較復雜，可帶較大負載起動Y- 起動111起動設備簡

38、單，起動轉矩較小，333適用于輕載起動；只用于 聯(lián)結電機'''表中 U 1 /U N 、 I 1st / I st 和 Tst / Tst 分別為起動電壓、起動電流和起動轉矩的相對值。'U1 / U N 表示減壓起動加于定子一相繞組上的電壓與直接起動時加于定子的額定相電壓之比； I1'st / I 1st 表示減壓起動時電網向電動機提供的線電流與直接起動時的線電流之比； Tst' / Tst 為減壓起動時電動機產生的起動轉矩與直接起動時起動轉矩之比。例 3-2 ，一臺三相籠型異步電動機，PN 75kW ， nN=1470r/min ， U1N=3

39、80V ，定子接，I 1N=137.5A ， N=2%,cos1N =0.90,起動電流倍數 KI =6.5，起動轉矩倍數 K T=1.0, 擬帶半載起動，電源容量為 1000KV ·，選擇適當的起動方法。解： 1）直接起動。電源允許電動機直接起動的條件是K II 1st1電源總容量131000I1 N4344電動機容量75因 K I 6.5>4，故該電動機不能采用直接起動法起動。2）半載指 50額定負載轉矩，尚屬輕載，擬用減壓起動：定子串電抗（電阻）起動從上面可知， 電源允許該電動機的起動電流倍數K/I1N=4，而電動機直接起動的電I=I 1st流倍數 KI =I 1st/I

40、 1N =6.5。定子串電抗（電阻）減壓滿足起動電流條件時，對應的a 為I1 stK I6.51.625aK I4I1 st對應的起動轉矩為 TstTst12 Tst12 KTTN121 TN0.38T Naa1.625取 a =1.625 ，雖滿足了電源對起動電流的要求，但因Tst=0.38 TN <T Lst=0.5 TN，起動轉矩不能滿足要求，故不能用定子串電抗（或電阻）的起動方法。 Y-起動I 1st1 I 1st1KI I1N1 6.5I 1N2.17 I1N4I 1N333Tst1 Tst1 KTTN11TN0.33TN0.5TN333同樣，起動電流可滿足起動要求，而起動轉矩

41、不滿足，故不能用Y 起動法。自耦變壓器起動設選用 QJ2 系列，其電壓抽頭為55、 64、 73。如選用 64一檔抽頭時，變比K 1 0.64=1.562I 1st1I 1st16.5I1N2.66I1N4I1 NK 21.56112TstK 2 Tst1.561TN0.41TNTLst0.5TN起動轉矩不能滿足要求。如選用 73一檔時，變比K11.370.7312I 1st6.5I1N3.46I1N4I1N1.3712Tst1TN0.53TNTLst0.5TN1.37根據計算結果，可以選用電壓抽頭為73的自耦變壓器減壓起動。四、特種籠型轉于異步電動機的起動普通籠型電動機，雖然結構簡單、運行可

42、靠， 但其起動性能較差， 只能應用在空載或輕載起動的生產機械上。例如，在一般的金屬切削機床、鼓風機、泵等的拖動上使用。為了改善它的起動性能，即既要有較大的起動轉矩，又要有較小的起動電流。除采用繞線型異步電動機外，常采用特殊結構形式轉子的籠型電動機。使它在起動時， 如同繞線轉子異步電動機那樣具有較大的轉子電阻，以改善起動性能；而在運行時， 又如普通籠型轉子電動機那樣具有較高的效率。 最為常見的有深槽式和雙籠型兩種異步電動機， 它們都是利用交流電流的“集膚效應”達到起動時轉子電阻較大，而正常運行時轉子電阻自動變小的要求。（一） 深槽式異步電動機這種電動機的轉子槽深而窄，通常槽深與槽寬之比為1012 ，當轉子導條中通過電流時，槽漏磁通的分布如圖 3-12a 所示。由圖可見，與導條底部相交鏈的漏磁通比槽口部分所交鏈的漏磁通要多，因此，若把槽導條看成是由許多單元導體并聯(lián)組成，則愈靠近槽底的導體單元的漏電抗愈大，圖 3-12深槽籠型轉子異步電動機a）槽漏磁分布b）導條