第十一章電機拖動

第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.第十一章三相異步電動機的起動

及起動設備的計算11.2

改善起動性能的三相異步電動機11.3

三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算11.5三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算11.1

三相異步電動機的起動方法11.4三相籠型異步電動機起動自耦變壓器的計算第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.起動電流倍數(shù)I1st/I1N;起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN;起動時間；起動時消耗的能量；起動設備的簡單和可靠；起動的過渡時間三相異步電動機的起動性能指標第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第一節(jié)三相異步電動機的起動方法第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.三相籠型異步電動機的起動方法有：直接起動減壓起動軟起動三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法：轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動三相異步電動機的起動方法第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（一）直接起動（全壓起動）條件：1）異步電動機功率低于7.5KW；2）若功率大于7.5KW，三相籠型異步電動機的起動方法第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.直接起動時的影響：a）起動電流較大，可達額定電流的4～7倍，甚至達到8～12倍。b）過大的起動電流造成電機過熱，影響電動機的壽命。c）過大的起動電流使電動機受到電動力的沖擊，繞組變形可能造成短路而燒毀電動機。d）過大的起動電流會使電網(wǎng)線路電壓降增大，對同一線路中的其他電器設備造成影響。第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.定子串電阻或電抗減壓起動；自耦變壓器減壓起動；星形—三角形（Y－

）起動延邊三角形起動常用的減壓起動方法第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（1）電阻減壓或電抗減壓起動起動過程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動電流在電阻或電抗上將產(chǎn)生壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也從而得到減小。工作過程：起動時將Q2投向“起動”位置，再合上電源主開關Q1（起隔離電源作用），電動機減壓起動。待電機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速，把Q2投向“運行”位置，切除電阻或電抗，電壓全加到定子繞組上，電動機起動結束。電阻減壓起動電抗減壓起動第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.電阻減壓或電抗減壓起動的特點：

（1）起動平穩(wěn)、運行可靠、結構簡單。（2）電壓減壓后，起動轉(zhuǎn)矩與電壓的成平方比地減小，因此一般用在輕載起動的場合。（3）電抗減壓起動一般用于高壓電動機，電阻減壓起動一般用于低壓電動機。（4）存在手動及自動等多種控制線路，成本較高，起動時電能消耗較多，實際應用較少。第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（2）自耦減壓起動利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流。自耦變壓器的減壓原理圖Ix第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.工作過程：起動時開關投向“起動”位置。自耦變壓器串接入定子側，而定子電壓只是自耦變壓器二次側電壓，即減壓起動。待電機速度接近額定轉(zhuǎn)速時，開關投向“運行”位置，切除自耦變壓器，起動結束。自耦減壓起動的原理線路圖特點：第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

（3）星形－三角形起動起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結成三角形。這樣，起動時聯(lián)結成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)結時的，因此，聯(lián)結成星形起動時的線路電流只有聯(lián)結成三角形直接起動時線路電流的1/3。另外，起動轉(zhuǎn)矩也要降低到直接起動時的1/3，因此這種起動方法只適用于空載或輕載起動。

第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.工作過程：將開關Q2投向“Y”位置，再合上開關Q1，定子接成星形，電動機降壓起動，待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將開關Q2迅速投向“三角形”位置，使定子繞組接成三角形工作，起動過程結束。注意：停機后，應該將Q2斷開，使其處在中間位置，以避免下次起動構成直接起動。星形-三角形起動的原理線路圖特點：（1）只適用于正常運轉(zhuǎn)時定子為三角形聯(lián)結的電動機。（2）體積小、運行可靠，檢修方便。（3）起動電壓只能降低。（4）起動電流降低為1/3，起動轉(zhuǎn)矩也降低為1/3，適用于空載起動或輕載起動。第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（4）延邊三角形起動利用電動機引出的9個出線端（即每相定子繞組多引出一個出線端）的一種聯(lián)結法，能達到減壓起動的目的。第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.采用一些自動控制線路組成的軟起動器（磁控式或電子式）實現(xiàn)籠型異步電動機的無級平滑起動，稱為軟起動方法：（1）限流或恒流起動法：主要用于輕載軟起動（2）斜坡電壓起動法：主要用于重載軟起動（3）轉(zhuǎn)矩控制起動法：較好的重載軟起動方法（4）轉(zhuǎn)矩加脈沖突變控制起動法：適用于重載軟起動（5）電壓控制起動法：較好的輕載軟起動方法（三）軟起動方法（優(yōu)先考慮）第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.1、轉(zhuǎn)子串接電阻起動三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法

電動機起動時，變阻器應調(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。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時舉起電刷。注：該方法既可限制起動時的轉(zhuǎn)子及定子電流，還能增大起動轉(zhuǎn)矩，減少起動時間，有較好的起動特性，適用于功率較大的重載起動。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.2、轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動頻敏變阻器的結構頻敏變阻器的等效電路頻敏變阻器的特點：其電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而自動減小，使電動機能平滑起動。

當電動機起動時，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,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，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及值跟著下降，使電動機起動平滑。

第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第二節(jié)改善起動性能的三相異步電動機第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.集膚效應將導體看成許多單元導體的并聯(lián)；漏磁通只穿過槽一次，由槽底鐵心形成閉合回路，。越接近槽口的導體所交鏈的漏磁通越少，即漏抗??；接近槽底的單元，漏抗大，使導體電流密度分布不均，產(chǎn)生把電流向槽口排擠的集膚效應；電機起動時，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電流頻率越高，集膚效應越突出；導體的導電高度和截面縮小，轉(zhuǎn)子電阻增加，從而增加了起動轉(zhuǎn)矩與限制了起動電流。起動完畢，轉(zhuǎn)子電流頻率降低，僅為1~3Hz，集膚效應基本消失，電流均勻分布，導條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻。轉(zhuǎn)子槽漏磁電流密度的分布第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.深槽異步電動機：高度是寬度的10～12倍，起動時，集膚效應顯著，電阻達額定運行的3倍，隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動減小。

雙鼠籠式異步電動機：

兩套繞組，材料不同，截面也不同。上籠1：起動籠，截面小，材料選用電阻系數(shù)大；下籠2：運行籠，截面大，電阻系數(shù)小。

起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，下籠漏抗大，故電流小，大部分通過上籠，集膚作用顯著，上籠電阻大，流過電流大，產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩。對應的機械特性為T1。起動結束，電動機正常運行，轉(zhuǎn)子電流頻率很小，兩籠的漏抗都很小，電流主要流過電阻較小的下籠。對應的機械特性為T2。疊加合成為T，說明具有較好的起動特性。第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第三節(jié)三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.定子串聯(lián)對稱電阻起動，在此介紹的計算方法

設全壓直接起動時，電動機的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分別為、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、第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.當定子繞組為星形聯(lián)結時

當定子繞組為三角形聯(lián)結時

或按一般電動機的平均數(shù)值可令第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.[例11-1]一籠型異步電動機的電壓為380V；電流為13.6A；起動電流倍數(shù)；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，試就下列兩種情況，求定子串接電阻；（1）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。解:

定子星形接法時第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（1）（2）第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第四節(jié)三相籠型異步電動機起動自耦變壓器的計算第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.自耦變壓器容量PTA的計算公式如下：式中：Pd——電動機的額定容量(kV·A);

KI——電動機起動電流的倍數(shù);

UTA%——自耦變壓器的抽頭電壓，以額定電壓的百分數(shù)表示;

n——起動次數(shù);

t——起動一次的時間(min);

PTA——對應于抽頭電壓UTA%時自耦變壓器的容量(kV·A);

tst——起動器規(guī)定的一次或數(shù)次連續(xù)起動的最大起動時間，對于不同類型的起動器，電動機起動時，自耦變壓器的起動功率為第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.[例11-2]

電動機容量為；如直接起動時起動電流的倍數(shù)；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60%；設起動器起動次數(shù)n=3，每次起動的時間t=30s=0.5min。試計算并選擇自耦變壓器（選擇最大起動時間T=2min的類型）。可選擇電壓抽頭65%時容量略大于的自耦變壓器，其最大起動時間為2min。解選擇≥第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

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30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.本節(jié)介紹圖解法及解析法兩種計算起動電阻的方法：1.圖解法

———圖解法的依據(jù)。

即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.2.解析法

——解析法的依據(jù)。

即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.將代入上式得：21TTb=兩邊取對數(shù)，得：第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.欲求每級的分段電阻值，可由相鄰兩級總電阻值相減求得，即用解析法計算時，可能有起動級數(shù)m已定與未定兩種情況。第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月[例11-3]某生產(chǎn)機械用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動，其技術數(shù)據(jù)為：

過載能力，試求空載起動時三級起動電阻（用解析法）。

解：取第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.轉(zhuǎn)子每相各段起動電阻為

轉(zhuǎn)子每相串接總的電阻為第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2008,