第三章第二、三节三相异步电动机的起动

1、生产机械对异步电机起动性能的要求？三相异步电机直接加额定电压起动时的起动性能（固有起动性能）？如何改善异步电动机的起动性能？三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动起动性能包括： 起动电流倍数Ist/IN;（起动电流要小） 起动转矩倍数Tst/TN;（起动转矩要大） 起动时间 起动时消耗的能量 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。22122111221)()(cosXXSRRUIICTT 起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f2f1 ，

2、 2接近900， cos 2很小， 转子电流有功分量小。 直接起动第二节三相笼型异步电动机的起动可以直接起动的条件：起动电流倍数)()341kWkVAIINst电动机容量电源容量（一、全压起动缺点：起动电流大，起动转矩并不大；优点：起动方法最简单，操作很方便。 三相异步电动机直接起动在下面两种情况下是不可行的： 变压器与电动机容量之比不足够大； 起动转矩不能满足要求。 第种情况下需要减小起动电流，第种情况下需要加大起动转矩。而由前面的分析可知： 所以，降低起动电流的方法有：降低电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩

3、反而可能减小。 总之，起动必须满足的条件是： 起动电流要足够小；起动转矩要足够大。起动电流要足够小；起动转矩要足够大。 112221212()()ssUIIrr)()(232212211221rrfrpUTs 定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动二、减压起动1、定子串电阻或电抗降压起动笼型异步电动机定子串接电抗器或电阻的降压起动原理图 方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行，如起动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行，如右图所示。右图所示。 三相异步电动机定子边串入电抗器或电阻器起三相异步电动机

4、定子边串入电抗器或电阻器起动时定子绕组实际所加电压降低，从而减小起动电动时定子绕组实际所加电压降低，从而减小起动电流。但定子绕组串电阻起动时，能耗较大，实际应流。但定子绕组串电阻起动时，能耗较大，实际应用不多。用不多。 221kkstxrUIkkkjrzkskszIUjXzIU1111)(可以理解为降低定子电压)9 . 0(kkkkkkkzxzxjxrzXzzkUUIIkkss111122211)()(XzzkUUTTkkss工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小，工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小，再计算电抗再计算电抗X的大小。计算公式推导如下：的大小。计算公式推

5、导如下：XzzkIIkksskzkkX1NNsNkIKUIUz133NoImageNoImageNoImage2.自耦变压器降压起动SNstZUI 直接起动时的起动电流：sNSstkZUZUI11降压后二次侧起动电流：sNststZUkIkI2111变压器一次侧电流：21kIIstst电网提供的起动电流减小倍数：21kTTstst起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。NoImageNoImageNoImage31ststYTT适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时 Y接；运行时接。起动电流关系:Y- 降压起动多用于空载或轻载起动3.Y/ 降压起动31ststYI

6、I起动转矩关系:Y/ 降压起动降压起动Y 起动：起动： 正常正常运行运行lUlI 起动起动lUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31llYII正常正常运行运行UP起起动动UPStstYTT31PPUU31（2） Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。UUzzzzUUzIUUUUUUUUUUUUUXxxxxx71. 033120cos2121112111111

7、1211111211112112112112231具有高起动转矩的鼠笼电动机具有高起动转矩的鼠笼电动机1.槽深式槽深式特点：槽深特点：槽深h，槽宽，槽宽b，hb，即，即h =(1012)b与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。示意图示意图h槽高(a)漏磁通分布 (b)导体内电流密度分布 (c)导体的有效截面深槽式鼠笼异步电动机说明说明 由于气隙和槽导体由于气隙和槽导体(非铁磁材料非铁磁材料)的磁阻大而转的磁阻大而转

8、子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。 若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图(a)可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很深，则槽底与槽顶

9、漏抗相差甚远，且深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且x2 f2。分析分析起动时：起动时：n=0，s=1，f2=sf1=f1， f2较高，则较高，则sx2 较较大，大，sx2r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大的大小。槽顶部漏抗小。槽顶部漏抗sx2小，则电流密度大，槽底部小，则电流密度大，槽底部漏抗漏抗sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到挤到槽顶部的作用称趋表效应槽顶部的作用称趋表效应(集肤效应，挤流效应集肤效应，挤流效应)。分析分析 图图(b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增中电流密度分布，它是自下而上逐渐增大，槽

10、底部分导体在流通电流时所起作用很小，就大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效电阻增加，起动性能得改善。电阻增加，起动性能得改善。分析分析 （b）正常运行时，正常运行时，s很小，很小， f2=sf1 很很小，小，x2s=sx2 很小，这时转子电流的大小主要很小，这时转子电流的大小主要由电阻决定。由电阻决定。 r2 sx2，因各处电阻

11、相等，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。常数值。(集肤效应不明显集肤效应不明显)优缺点优缺点优点优点：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电动机的运行效率。动机的运行效率。 缺点缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小，即倍数稍小，即 稍小。稍小。m特性曲线特性曲线 深槽式异步

12、电机的机械深槽式异步电机的机械特性从图中可见深槽式过载特性从图中可见深槽式过载能力比普通鼠笼异步电机低。能力比普通鼠笼异步电机低。它的起动性能是靠降低了一它的起动性能是靠降低了一些工作性能而得到改善的。些工作性能而得到改善的。曲线曲线1为普通鼠笼式为普通鼠笼式曲线曲线2为深槽式鼠笼异步电机为深槽式鼠笼异步电机1普通型2深槽型nn10T机械特性2.双鼠笼式异步电动机双鼠笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。制成，电阻较小。上笼：导体截面小，上笼：导体截面小，用电

13、阻系数较大的用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较黄铜制成，电阻较大。大。1上笼2下笼3合成nn10T(b)机械特性上笼下笼(a)漏磁通分布双笼异步电动机说明说明原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关系是：系是：下上下上；2222r rxx分析分析1.起动时：起动时： n=0，s=1，f2=sf1=f1， f2较高，则较高，则sx2 较大，较大， sx2r2，槽内电流的分布主要取，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大

14、小。因决于漏抗的大小。因x2f2， x2 r2， x2外外 sx2，即下笼电，即下笼电流大，上笼电流小，流大，上笼电流小，下笼下笼起主要作用。故又起主要作用。故又称下笼为称下笼为运行笼运行笼，其机械特性如图曲线，其机械特性如图曲线2所所示。示。特性特性 曲线曲线3为曲线为曲线1和和2的合成曲线，即为双鼠笼异步电的合成曲线，即为双鼠笼异步电机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大具有较好的起动性能。具有较好的起动性能。缺点缺点：转子漏抗较大，功率：转子漏抗较大，功率因数稍低，过载能力比普通因数稍低，过载能力比普通型异步机低，而且用铜量较型异步机

15、低，而且用铜量较多，制造工艺复杂。价格较多，制造工艺复杂。价格较高。一般用于起动转矩要求高。一般用于起动转矩要求较高的生产机械上。较高的生产机械上。123nn10T双鼠笼型异步电动机的机械特性第三节三相绕线转子异步电动机的起动绕线式异步机起动绕线式异步机起动方法：方法：转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除转子串频敏电阻起动转子串频敏电阻起动3.3.1 绕线式电机转子串三相对称电阻起动绕线式电机转子串三相对称电阻起动 起动时，要限制起动电流起动时，要限制起动电流Ist，同时希望有较大，同时希望有较大的起动转矩的起动转矩Tst。现以三级起动为例，即。现以三级起动

16、为例，即 m=3。 1. 分级起动过程分级起动过程 起动前，起动前，KM1、KM2、KM3 加速接触器常开加速接触器常开接点均打开，现使线路接触器接点均打开，现使线路接触器KM线圈导电，其常线圈导电，其常开接点闭合，电动机在串入全部电阻开接点闭合，电动机在串入全部电阻R3下起动，然下起动，然后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点I点点为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起动级数动级数m、转矩、转矩Tst1及及Tst2有关。有关。原理图（原理图（以三级起动为例）QSFRM3KM1FUL1L2L32FUSB

17、1SB2KMKM3KM2FRKM1KM1时间继电器控制绕线式异步电动机起动接线图和起动特性KM3Rst3KM2Rst2KM1Rst1KM3KMKT1KT2KM2KT3KM3KT1KM1KT2KM2KT3KM3(a)接线图b)起动特性TABCDEr2r2+Rst2+Rst3=R2r2+Rst3=R1r2+Rst1+Rst2+Rst=R3nTst1Tst2TL0n1FGHInNKMQSFRM3KM1FUL1L2L32FUSB1SB2KMKM3KM2FRKM1KM1KM3Rst3KM2Rst2KM1Rst1KM3KMKT1KT2KM2KT3KM3KT1KM1KT2KM2KT3KM3(a)接线图KMb

18、)起动特性TABCDEr2r2+Rst2+Rst3=R2r2+Rst3=R1r2+Rst1+Rst2+Rst=R3nTst1Tst2TL0n1FGHInN2.机械特性的线性化机械特性的线性化异步机的机械特性是非线性的，如图所示异步机的机械特性是非线性的，如图所示mst sTmTms5 . 00 1Tns12异步电动机机械特性的线性化异步电动机机械特性的线性化 1-实际特性实际特性 2-线性化特性线性化特性0n1说明说明 分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即ssm段，在这段中可认为段，在这段中可认为s/smRm，转子电流，转子电流I2大部大部分流过分流过Rm支路，相当于串电阻起动；当支路，相当于串电阻起动；当ns f2 Rm 相当于连续自动切除电阻。同时相当于连续自动切除电阻。同时 f2 sXm 当当n=nN时，时， f2很小，很小， f2 (13)Hz ， Xm 0， Rm几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器被自动