第8章三相异步电动机的启动与制动

异步电动机的启动电流和启动转矩的分析；

笼型异步电动机的启动方法；

绕线式异步电动机的启动方法；

三相异步电动机的各种运行状态第8章三相异步电动机的启动与制动

主要内容2/6/20231§8.1三相异步电动机的直接启动§8.1.1异步电动机的启动过程分析

异步电动机的启动：是指电机从静止状态加速到稳态转速的整个过程。包括最初的启动状态和加速过程。要求：根据转矩的物理公式学会分析异步电动机启动时各物理量的变化情况。1、启动电流分析

等效电路如右图所示。2/6/202322、启动转矩和功率因数分析最初的启动转矩为：可见，启动电流要比额定电流大很多，约为额定电流的5~7倍，启动时功率因数很低，大约为0.2左右，根据转矩的物理公式：虽然启动电流和转子侧电流较大，但启动转矩并不大，一般只有额定转矩的1~2倍。2/6/20233§8.1.2三相异步电动机的启动要求电动机启动的一般要求是：足够大的启动转矩，较小的启动电流，启动设备尽可能简单，易于操作，并有良好的经济性。电动机只有在转矩Tst大于等于1.1TL时，才能带动负载快速启动达到正常值，过大的启动电流会造成较大的线路电压降，影响接在同一台配电变压器上的其他负载的正常运行。对于频繁启动的异步电动机，大的启动电流也会造成电机内部发热过多而损坏电机。直接启动最为简单，当电网有足够的容量，应尽可能采取此法。存在的主要问题：启动电流很大，造成的电压降会影响同一电网变压器下的其他电气设备的正常工作，电源容量越大，这种不良影响越小。2/6/202341、用电单位有独立的变压器，对不经常启动的异步电动机，其容量小于变压器容量的30%可允许直接启动；2、对于需要频繁启动的电动机，容量应小于变压器容量的20%，才能允许启动。3、如果动力负载与照明负载共用一个电源，允许直接启动的异步电动机的容量，应按启动时所引起的电压降不超过5%为原则。4、电网容量越大，允许直接启动异步电动机的容量也随之增大。5、（1）异步电动机的功率小于7.5KW（2）异步电动机的功率大于7.5KW时KI=I1st/I1N<0.25*[3+(电源总容量/启动电动机容量）]多大容量电动机可以直接启动？2/6/20235Xst§8.2.1定子串接电抗器启动

§8.2三相鼠笼型异步电机的启动要求：掌握降压启动中常用的四种启动方法掌握两种特殊的笼型异步电动机启动方法掌握与笼型异步电动机有关的一些概念设串电抗时电动机定子电压与直接启动时电压比值为u，则只能用于空载和轻载2/6/20236电抗X大小的计算若定子回路串电阻启动，也属于降压启动，也可以降低启动电流。但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特别对中型、大型异步电动机更不经济。定子串电阻或电抗启动的特点为：启动平稳、运行可靠、方法简单,降压后，启动转矩Tst与电压的平方成正比例降低，启动电流Ist与电压成正比例降低。2/6/20237§8.2.2定子绕组星-三角形接法切换启动

△接时每相电压等于线电压U1=UN,每相启动电流为,线上的启动电流为。而当启动时定子绕组Y接，每相启动电压为每相启动电流为2/6/20238若直接启动时启动转矩为，星三角启动时启动转矩为则：的轻负载。可用于拖动说明，星三角启动时，尽管相电压和相电流与直接启动时相比降低到原来的1／，但是对供电变压器造成冲击的启动电流则降低到直接启动时的1／3。启动转矩降低到直接启动时的1／32/6/20239运行启动由变压器原理知：

U’/UN=N2/N1设启动时：电压电流UNIsU’Is’’I’’/Is=(U’/UN=)N2/N1IS’/IS’’=N2/N1§8.2.3自耦变压器启动NI’SU’IS’’IS’/Is=(N2/N1)2自耦变压器启动时启动转矩为TS’，与直接启动时启动转矩TS之间的关系为：2/6/202310采用自耦变压器降压启动时，与直接启动相比较，电压降低到N2/N1倍，启动电流与启动转矩降低到(N2/N1)2倍。实际上启动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如QJ2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出厂时接在73%抽头上）；QJ3型也有三种抽头，分别为40％、60%、80%（出厂时接在60％抽头上）等。但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载启动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。表8-12/6/202311§8.3高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机这种电动机的转子导条不是采用普通的铝条，而是采用电阻率较高的铝合金，通过适当地加大转子导条的电阻来改善启动性能，这样既可限制启动电流，又可增大启动转矩。但这种电动机在稳定运行时转差率比普通的鼠笼式电动机的转差率高，故称之为高转差鼠笼式异步电动机。使用场合主要是起重运输机械和冶金企业的辅助机械的电力拖动等，因此也称之为起重-冶金型电动机。§8.3.1转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机nn11234T01—普鼠笼;2—高转差率;3—起重冶金;4—力矩式电动机转子电阻大，会使电机正常运行时的效率降低，且价格较贵。2/6/202312§8.3.2深槽式鼠笼异步电动机深槽异步电动机的槽型窄而深，一般槽深与槽宽之比在10：1以上，当转子导条流过电流时，深槽中的漏磁通的分布如图。nn11T021—普通鼠笼式;2—深槽式鼠笼集肤效应的强弱与转子电流的频率有关，频率越高，集肤效应越明显。启动结束以后，正常运行时，异步电动机转子电路频率较低（1-3Hz），导体的漏抗很小，集肤效应消失，导体中电流均匀分布，转子导条电阻变为较小的电阻，因此对于运行特性来说，效率并不降低，但由于漏抗比普通笼型转子漏抗大，以致功率因数和过载能力有所降低。2/6/202313§8.3.3双鼠笼异步电动机这种异步电动机的转子上安装了两套笼，如图所示。两个笼间由狭长的缝隙隔开，显然里面的笼相连的漏磁通比外面的笼的大得多。外面的笼导条较细，采用电阻率较大的黄铜或铝青铜等材料制成，故电阻较大，称为启动笼；里面的笼截面较大，采用电阻率较小的紫铜等材料制成，故电阻较小，称为运行笼。工作原理与深槽异步电动机基本一致,机械特性如图所示T1—外笼特性;T2—内笼特性;T—双鼠笼合成曲线2/6/202314§8.4绕线式三相异步电动机的启动§8.4.1转子回路串频敏变阻器启动

频敏变阻器：是一种无触点的变阻器，每一相的等效电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成，

⑴频率为5OHz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。（2）频率为5OHz的电流通过时，等效电阻rm较大。nn11T021—固有特性;2—人为特性但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在以下两点：2/6/202315§8.4.2转子串电阻分级启动1、转子串电阻分级启动曲线3

对应于转子电阻为Rz3=Rr+Rst3+Rst2+Rst1

的人为特性曲线2

对应于转子电阻为Rz2=Rr+Rst2+Rst1的人为特性曲线1

对于应于转子电阻为

Rz1=Rr+Rst1的人为特性曲线0

则为固有机械特性。2/6/202316

2、启动电阻的计算启动电阻计算可以采用图解法或解析法机械特性的实用表达式:即在同一条机械特性曲线上（R2=定值时）有T∝s一般情况当启动级数为m时2/6/2023172、由求出Tst2，判断能否满足起动要求，否则需作调整。计算步骤1、根据电动机的额定数据和启动级数，选定Tst1值，求出β若起动级数未定，则可选定Tst1和Tst2求出β值3、用式

计算启动电阻

启动电阻每段的电阻值可由相邻两级的总电阻相减求得2/6/202318§8.5三相异步电动机的各种运行状态要求：掌握异步电动机的两种运行状态了解能耗制动、反接制动、倒拉反转运行和回馈制动运行的条件。T与n方向一致，n<n1，0<s<1，T为拖动转矩，特性在第Ⅰ、Ⅲ象限。分为正向电动和反向电动如右图所示§8.5.1电动运行2/6/202319§8.5.2能耗制动1、能耗制动的原理实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。即能耗制动结束时，n=0，T=0，可使反抗性负载准确停机。当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。将转子的动能转换成电能，消耗在转子回路中。

2/6/2023202、能耗制动的机械特性nTemA0n1C1B23

对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。

对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。制动电阻大小：其中，曲线1、2是转子电阻相同，曲线2的直流励磁大于曲线1。曲线1、3是直流励磁相同，曲线3的转子电阻大于曲线1。对鼠笼式异步电动机取I==（4~5）I0；对绕线式异步电动机取I==（2~3）I0。2/6/202321§8.5.3反接制动

异步电动机定子两相反接(改变三相电源的相序)制动也称为电压反接制动，其接线原理图和机械特性曲线如图所示。这种反接制动中，电动机的转差率都大于1，其机械功率和电磁功率分别为转子回路铜损耗为：2/6/202322§8.5.4倒拉反转运行实现：在转子回路串联适当大电阻RB。倒拉反转运行和电源两相反接的反接制动，虽然实现制动的方法不同，但在能量传递关系上是相同的。一方面从电网吸收电能，另一方面从旋转系统获得动能（电源两相反接的反接制动）或势能（倒拉反转的反接制动）转化为电能，这些能量都消耗在转子回路中。这两种制动，电动机的转差率都大于1。2/6/202323§8.5.5回馈制动实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1.

回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。1、下放重物时的回馈制动首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作点由A到B。经过反接制动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到D点保持稳定运行。电机机械特性曲线1，运行于A点。2/6/2023242、变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线1，运行于A点。电机工作点由A变到B，电磁转矩为负，，电机处于回馈制动状态。当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为。无论哪种回馈制动，转差率异步电动机的回馈制动还可用于正向回馈制动运行（例如电车下坡）或反向回馈制动运行（位能性负载）的拖动系统中，以获