第11章三相异步电动机起动及起动设备计算

1、 起动的定义起动的定义 三相异步电动机的起动就是转子转速从零开始到稳定运行为三相异步电动机的起动就是转子转速从零开始到稳定运行为止的这一过程。止的这一过程。 起动的要求起动的要求v电动机应有足够大的起动转矩。电动机应有足够大的起动转矩。v在保证一定大小的起动转矩的前提下，起动电流越小越好。在保证一定大小的起动转矩的前提下，起动电流越小越好。 鼠笼式异步电动机的起动鼠笼式异步电动机的起动v直接起动直接起动 降压起动降压起动 软起动软起动 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动v转子串联电阻起动转子串联电阻起动 转子串联频敏变阻器起动转子串联频敏变阻器起动 第十一章第十一章 三相异步电动机的

2、起动及起动三相异步电动机的起动及起动设备的计算设备的计算第一节第一节 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法一、三相笼型异步电动机的起动方法一、三相笼型异步电动机的起动方法（一）直接起动（一）直接起动 起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全压）起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全压）直接加到电动机的定子绕组，显然，这时起动电流较大，可达额定直接加到电动机的定子绕组，显然，这时起动电流较大，可达额定电流的电流的47倍，根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机倍，根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机甚至可达甚至可达812倍。倍。 一般规定，异步电动机

3、的功率低于一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如时允许直接起动。如果功率大于果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。机也可允许直接起动。AkVAkVIIKNst起动电动机容量电源总容量341111如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法 。（二）减压起动（二）减压起动 1电阻减压或电抗减压起动电阻减压或电抗减压起动 21111111111)(XZZTTXZZIIXZZUUNNN2自耦补偿起动自耦补偿起动 2自耦补偿起动自耦补偿起动 121NNUUx

4、1UUIIxstx12NNIIstx121NNIIx所以所以2121NNIIst通过自耦变压器，从电网吸通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为取的电流降低为stxINNINNI2121212UT stTNNT212xI3星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 3星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 在起动时，先将三相定子绕组联结成在起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三角形。这样，起动时联结成星形的三角形。这样，起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联定子绕组电压与电流都只有三角形联结时的结时的 ，由于三角形联结时绕

5、组，由于三角形联结时绕组内的电流是线路电流的内的电流是线路电流的 ，而星形，而星形联结时两者则是相等的。因此，联结联结时两者则是相等的。因此，联结成星形起动时的线路电流只有联结成成星形起动时的线路电流只有联结成三角形直接起动时线路电流的三角形直接起动时线路电流的1/3 。 3/13/1111111333/ZUIIZUIINNYYststYYTTII313111*4延边三角形起动延边三角形起动 笼型异步电动机定子三相绕组连接成延边三角形引出9个出线端的定子三相绕组（三）软起动方法（三）软起动方法 软起动器是用来控制交流鼠笼型异步电动机启动、软起动器是用来控制交流鼠笼型异步电动机启动、停止的设备，

6、属于降压启动的方式。与传统的停止的设备，属于降压启动的方式。与传统的Y-起动、起动、自耦降压启动方式不同的是无级降压启动。自耦降压启动方式不同的是无级降压启动。 软启动器同时能够改善电机的效率，达到节能的效软启动器同时能够改善电机的效率，达到节能的效果。软启动器是集电机软起动、软停车、轻载节能和多果。软启动器是集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。 它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制反

7、并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器实际同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。有改变频率。 斜坡升压起动方式1限流或恒流起动方法限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限制电动机。用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动；起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动；2斜坡电压起动

8、法斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电压由。用电子软起动实现电动机起动时定子电压由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；转矩控制及起动电流限制起动方式 3转矩控制起动法。转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，是较好的重载软起动方法；是较好的重载软起动方法； 电压提升脉冲起动方式4转矩加脉冲突跳控制起动法。转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似，此方法与转

9、矩控制起动法类似，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动；然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动； 5电压控制起动法。电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动用电子软起动器控制电压以保证电动机起动时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。6. 转矩控制软停车方式转矩控制软停车方式 当电动机需要停车时，立即切断电动机电源，属自由停当电动机需要停车时，立即切断电动机电源，属自由停车。传统的控制方式大都采用这种方法。但

10、许多应用场合，车。传统的控制方式大都采用这种方法。但许多应用场合，不允许电动机瞬间停机。如高层建筑、楼宇的水泵系统，要不允许电动机瞬间停机。如高层建筑、楼宇的水泵系统，要求电动机逐渐停机，采用软起动器可满足这一要求。求电动机逐渐停机，采用软起动器可满足这一要求。 如图所示为转矩控制软停车特性曲线。减速时间如图所示为转矩控制软停车特性曲线。减速时间t1一般一般是可设定的。是可设定的。转矩控制软停车方式7. 制动停车方式制动停车方式 当电动机需要快速停机时，软起动器具有能耗制动功能。当电动机需要快速停机时，软起动器具有能耗制动功能。在实施能耗制动时，软起动器向电动机定子绕组通人直流电，在实施能耗制

11、动时，软起动器向电动机定子绕组通人直流电，由于软起动器是通过晶闸管对电动机供电，因此很容易通过由于软起动器是通过晶闸管对电动机供电，因此很容易通过改变晶闸管的控制方式而得到直流电。如图改变晶闸管的控制方式而得到直流电。如图3-11所示为制动所示为制动停车方式特性曲线。停车方式特性曲线。 制动停车方式二、三相绕线转子异步电动机的起动方法二、三相绕线转子异步电动机的起动方法（一）转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动 电动机起动时，变阻器应电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将定调在最大电阻位置，然后将定子接通电源，电动机开始转动。子接通电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增加，均匀随着

12、电动机转速的增加，均匀地减小电阻，直到将电阻完全地减小电阻，直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将集电切除。待转速稳定后，将集电环短接，同时举起电刷环短接，同时举起电刷 。22121)(XRRUII（二）转子串联频敏变阻器起动（二）转子串联频敏变阻器起动 mR 当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大，成正比的涡流损耗较大， 值也因之较大，起限制起动电流及增值也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁

13、心的涡流损耗及阻器铁心的涡流损耗及 值跟着下降，使电动机起动平滑。值跟着下降，使电动机起动平滑。 mR频敏变阻器的结构频敏变阻器的等效电路mmLfXsff2122带感应圈的频敏变阻器结构第二节第二节 改善起动性能的三相异步电动机改善起动性能的三相异步电动机一、深槽异步电动机一、深槽异步电动机转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率 仅为仅为13Hz，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻条电阻变为较小的直流电阻 2f二、双笼型异步电动机二、双笼型异

14、步电动机双笼异步电动机的机械特性双笼型转子的结构与漏磁通这种异步电动机的转子上有两套导条，如图这种异步电动机的转子上有两套导条，如图11-13a所示的上笼所示的上笼1与下笼与下笼2，两笼间由狭，两笼间由狭长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数阻较大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小。较小的材料制成，故电阻较小。 第三节第三节 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算stR定子串联对

15、称电阻定子串联对称电阻 起动，在此介绍起动，在此介绍 的计算方法的计算方法 stR设全压直接起动时，电动机的起动电流设全压直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为和起动转矩分别为 、stI1stT定子串电阻起动时，电动机的起动电流定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为和起动转矩分别为 、stI1stTNIstIKI11NststTKTNIstIaI11NTstTaT aaKIIIIstst11baKTTTststst21ststIT ba 222ststststkIkITT当定子绕组为星形联结时当定子绕组为星形联结时 NINstNIKUIUZ111133当定子绕组为三角形联

16、结时当定子绕组为三角形联结时 NINstNIKUIUZ111133ZRZX97. 091. 022RRaXaRst22221或或RbRXbRst221按一般电动机的平均数值可令按一般电动机的平均数值可令 ZR4 . 025. 0aaKIIIIstst11221221221221)()()()(XXRRRUaXXRRUstXX 例例11-111-1一笼型异步电动机的电压为一笼型异步电动机的电压为380V；电流为；电流为13.6A；起动电流倍数；起动电流倍数 ；起动转矩倍数；起动转矩倍数 ，试就下列两种情况，求定子串，试就下列两种情况，求定子串接电阻接电阻 ； 4 . 4IK3stKstR（1）起

17、动电流减小到直接起动时的一半；）起动电流减小到直接起动时的一半； （2）起动转矩减小到直接起动时的一半。）起动转矩减小到直接起动时的一半。解解 定子星形接法时定子星形接法时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第四节第四节 三相笼型电动机起动自耦变压器的计算三相笼型电动机起动自耦变压器的计算自耦变压器容量自耦变压器容

18、量 （kVA）的计算公式如下）的计算公式如下 TAPstTAIdTAtntUKPP2%式中，式中， 电动机额定容量（电动机额定容量（kVA）；）； 电动机起动电流的倍数；电动机起动电流的倍数； 自耦变压器的抽头电压，以额定电压百分数表示；自耦变压器的抽头电压，以额定电压百分数表示； n 起动次数；起动次数； t 起动一次的时间（起动一次的时间（min）；）； T 最大起动时间最大起动时间 。dPIK%TAU电动机起动时，自耦变压器的起动功率为电动机起动时，自耦变压器的起动功率为2%TAIdTAstUKPP 例例11-211-2 电动机容量为电动机容量为 ；如直接起动时起动电流的倍；如直接起动时

19、起动电流的倍数数 ；按生产机械的要求，电动机起动时容许的最小电压；按生产机械的要求，电动机起动时容许的最小电压为额定电压的为额定电压的60%；设起动器起动次数；设起动器起动次数n=3，每次起动的时间，每次起动的时间t=30sec=0.5min。试计算并选择自耦变压器（选择最大起动时间。试计算并选择自耦变压器（选择最大起动时间T=2min的类型）。的类型）。 AkV5005IK解：解：选择选择%65% TAUTntUKPPTAIdTA2%AkVAkV79225 . 03100/6555002可选择电压抽头可选择电压抽头65%时容量略大于时容量略大于 的自耦变压器，其最的自耦变压器，其最大起动时间

20、为大起动时间为 2 min。 AkV792第五节三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算第五节三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算 （一）图解解析法（一）图解解析法为简化计算，异步电动机的机械特性可视为直线为简化计算，异步电动机的机械特性可视为直线 ssTTmm2mTT85. 01一般取一般取zTT2 . 11 . 12dbkdkbkdkbssnnnnnnRr0012TRs 不变mTTmRs 所以所以 为转子每相绕组电阻为转子每相绕组电阻 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 某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为：为： kWPN28AIN5 .55/96187.

22、 0cosN%87NVEN2502AIN712min/1420rnNVUN380/22012TK过载能力过载能力 ，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。 解：解：NNNIEsr2223108. 07132500533. 00533. 015001420150000nnnsNN取取 NTT7 . 111TsTNNm22. 27 . 10533. 013转子每相各段起动电阻为转子每相各段起动电阻为 132. 0) 122. 2(108. 0) 1(21rR293. 0132. 022. 212RR65. 0293. 022. 223RR转子每相串接总的

23、电阻为转子每相串接总的电阻为075. 1321RRRNNTTTT766. 022. 27 . 112第六节第六节 三相异步电动机的起动过程三相异步电动机的起动过程一、图解法一、图解法dtdnGDTTZ3752tnGDTad3752tnGDTadtnGDT/375/22ntTGD2其他三个比例尺系数根据图形尺寸而任意选择，而其他三个比例尺系数根据图形尺寸而任意选择，而 ZddadTTT第六节第六节 三相异步电动机的起动过程三相异步电动机的起动过程tnGDTadtnGDT/375/22tnGDTadtODnDCGDOATOB111112112375/二、解析法二、解析法 当当 ，电力拖动运动方程式

24、为，电力拖动运动方程式为 0zTdtdnGDT3752代入机械特性的实用表达式，并考虑到代入机械特性的实用表达式，并考虑到 )/(/),1 (00dtdsndtdnsnndtdsnGDssssTmmm375/202dsssssTnGDdtmmm2137502令令mMATnGDT37502dsssssTdttxstssmmMAt200dsssssTdttxstssmmMAt200 xstmmxstMAssssssTtln22220空载起动时间空载起动时间 05. 01ln205. 012220mmMAstssTtmmMAssT5 . 141求求 最短时的最短时的 ，令，令 ，得，得0t0ms0/

25、0mdsdtxstxstmsssssln2220在空载起动时在空载起动时 407. 00stms 例例11-411-4某某机床的主拖动电动机床的主拖动电动机为双速电动机，其技术数据机为双速电动机，其技术数据见表。控制线路设计为：起动见表。控制线路设计为：起动分两级，第一级为自加速到接分两级，第一级为自加速到接近近1500r/min，电动机定子绕组，电动机定子绕组接成三角形接法；第二级为自接成三角形接法；第二级为自1500r/min左右加速到近左右加速到近3000r/min，定子绕组换接成双，定子绕组换接成双星形（星形（YY）接法。）接法。求第一级的起动时间。设拖动系统的飞轮矩为求第一级的起动时

26、间。设拖动系统的飞轮矩为2mN19. 3解：解：机床的拖动电动机为空载起动机床的拖动电动机为空载起动 033. 0150014501500Ns137. 0)12 . 22 . 2(033. 0)1(22TTNmKKssmNmNnPKTKTNNTNTm8 .8914505 . 695502 . 29550sec273. 0sec)139. 05 . 1139. 041(2 .94375150019. 30stt起动时间为起动时间为 mmmstssTnGDt5 . 141375020第七节第七节 三相异步电动机过渡过程的能量损耗三相异步电动机过渡过程的能量损耗异步电动机定子与转子电路均有铜耗，则过

27、渡过程的能量损耗为异步电动机定子与转子电路均有铜耗，则过渡过程的能量损耗为dtRIdtRIAtt2022012133粗略地可忽略粗略地可忽略I0，则，则 dtRRRIAt21202213由于由于 0222/ )/3(sRITsTRI02223sTdtRRAt02101sTdtRRAt02101dtdJTs10则则dsJTdt0sdsRRJAxstss21201222120121xstssRRJA一、空载起动过程电动机的能量损耗一、空载起动过程电动机的能量损耗空载起动时空载起动时 1sts0 xs2120121RRJAst二、空载反接制动过程电动机的能量损耗二、空载反接制动过程电动机的能量损耗空载反接制动时空载反接制动时 2sts1xs222120112121RRJATstARRJ312132120三、空载能耗制动过程电动机的能量损耗三、空载能耗制动过程电动机的能量损耗 02223vRITTvTRI02223空载能耗制动时空载能耗制动时 dtdJT212021