交流电机的起动和制动方式

交流电机的起动和制动方式第1页，课件共44页，创作于2023年2月5.1概述

5.1.1交流电动机的各种起动方式笼型异步电动机和同步电动机的起动方式一般有全压起动、降压起动和变频起动三种。其中降压起动又分为：（1）星形——三角形降压起动；（2）延边三角形降压起动；（3）电阻降压起动；（4）电抗器降压起动；（5）自耦变压器降压起动；（6）晶闸管降压软起动。同步电动机和高压笼型电动机一般只采用（4）、（5）两种降压起动方式。绕线型异步电动机的起动方式一般有频敏变阻器起动，电阻分级起动和交流电力电子开关起动（交流电力电子开关只用于交流低压电动机）。2第2页，课件共44页，创作于2023年2月5.1.2降压起动时应满足下列条件：（1）降压起动时电动机的端电压应保证其起动转矩大于生产机械的静阻转矩，即

式中——起动时电动机端电压的标幺值；

——生产机械静阻转矩的标幺值。

——电动机起动转矩的标幺值。生产机械所需的静阻转矩应由工艺或设备专业提供，在未取得工艺资料，而又要进行估算时，可参照下册表24-4，该表所列数据仅供参考。（2）大型电动机降压起动时，其端电压除应保证电动机的起动转矩大于生产机械的静阻转矩外，还应符合制造厂对电动机最低端电压的要求。3第3页，课件共44页，创作于2023年2月5.1.3制动方式除机械制动（包闸）外，电气制动有三种：（1）能耗制动，定子绕组通直流，产生制动力矩；（2）反接制动，定子绕组电源相序反接产生制动力矩，冲击大，因为有2倍电压。（3）再生制动，位能负荷或逆变状态，使电机在发电状态下产生制动力矩。4第4页，课件共44页，创作于2023年2月5.2笼型电动机起制动5.2.1全压起动笼型电动机和同步电动机应优先采用全压起动，全压起动时应满足下列条件：（1）起动时电压降不得超过允许值。一般经常起动的电动机其电压降不得超过10%；不经常起动的电动机其电压降不得超过15%；在保证生产机械所要求的起动转矩，而又不影响其它用电设备的正常运行时，起动时电压降可允许为20%或更大一些。由单独变压器供电的电动机，起动时电压降的允许值由生产机械所要求的起动转矩决定。（2）起动容量不得超过电源容量和供电变压器的过负荷能力。笼型电动机允许全压起动的功率与电源容量之间的关系见表5-1，与供电变压器容量之间的关系见表5-2。表5-2中所列的数据是根据以下条件求得的：5第5页，课件共44页，创作于2023年2月1）电动机与低压母线直接相连；2）电动机起动电流倍数Kiq=7；额定功率因数cose=0.85；效率=0.9；3）变压器的其它负荷为Sfh=0.5Sb，cosfh=0.7；或Sfh=0.6Sb,cosfh=0.8(由这两种情况计算出的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一种情况时的计算值)；4）变压器高压侧的短路容量Sdl=50Sb,Sb为变压器额定容量。

6第6页，课件共44页，创作于2023年2月

表5-1按电源容量允许全压起动的笼型电动机功率电源允许全压起动的笼型电动机功率小容量发电厂每1kVA发电机容量为0.1~0.12kW6（10）/0.4kV变压器经常起动时，不大于变压器额定容量的20%不经常起动时，不大于变压器额定容量的30%高压线路不超过电动机供电线路上的短路容量的3%变压器-电动机组电动机功率不大于变压器额定容量的80%7第7页，课件共44页，创作于2023年2月

表5-26（10）/0.4kV变压器允许全压起动笼型电动机的最大功率起动时的电压降△U（%）供电变压器的额定容量Sb(Kva)10012516020025031540050063080010001251600

起动笼型电动机的最大功率Pd(Kw)10202530405065801001201501902353001530405065801001301601902403003754808第8页，课件共44页，创作于2023年2月

电动机起动时，应对变压器过负荷进行校验。若每昼夜起动6次，每次起动持续时间不超过15s，变压器的负荷率小于90%时（或每次起动持续时间不超过30s，变压器负荷率小于70%时），最大起动电流允许值为变压器额定电流的4倍。若每昼夜起动10~20次（每次起动持续时间和变压器的负荷率同前），则允许最大起动电流相应减小为变压器额定电流的2~3倍。当不符合上述条件时，应加大变压器的容量，而不应采用进一步降低起动电压的方法。这样会延长电动机的起动时间，使变压器更加过热。电动机起动电流对变压器过负荷的影响，主要是对绕阻绝缘有影响。详见下册附录24.1。9第9页，课件共44页，创作于2023年2月

（3）大型电动机起动时，应保证电动机及其起动设备的动稳定和热稳定电流应符合制造厂的规定。例如，电动机的允许起动条件（全压起动或降压起动）和连续起动次数（一般轧钢电动机连续起动次数为冷态3次，热态2次）以及起动设备的热稳定等。对于同步电动机还应考虑阻尼笼条的温度不超过制造厂的规定。

（4）全压起动电压降计算低压笼型电动机应优先采用全压起动。当条件不允许全压起动时，才考虑采用降压起动。低压笼型电动机允许全压起动的最大功率和供电设备容量之间的参考值见表5-1和表5-2。当电动机功率接近于表5-1和5-2中最大功率时，应根据实际情况（如变压器高压侧实际的短路容量，接至电动机的电缆截面和长度，母线已有负荷及其功率因数，以及电动机的技术数据等）进行核算，计算时采用有名值较为方便。10第10页，课件共44页，创作于2023年2月例一台Y315M2-4笼形电动机（160Kw，380V，294A，1480r/min,cos

ed=0.89,=0.93,=7）,由一台SL7-500/10（Ud%=4）变压器供电，接至电动机的线路为两根长150m,截面为120mm铝芯电缆。变压器一次侧的短路容量为25MVA。母线已有负荷为250kW功率因数cosφfh=0.7。计算电动机起动时低压母线电压和电动机端电压。解电动机功率已接近表-2中所列最大功率，故需要对低压母线和电动机端电压进行核算。=0.193MVA11第11页，课件共44页，创作于2023年2月=7X0.193=1.35MVA=8.33MVA12第12页，课件共44页，创作于2023年2月=0.01Ω=1.23MVA13第13页，课件共44页，创作于2023年2月=0.178Mvar=0.87(>0.85)14第14页，课件共44页，创作于2023年2月满足母线压降允许值的要求。=0.79式中——电动机的额定容量，MVA；

——电动机的额定功率，MW；15第15页，课件共44页，创作于2023年2月——电动机额定功率因数；

——电动机额定效率；

——电动机额定起动容量，MVA；——电动机额定起动电流倍数；

——母线短路容量，MVA；

——变压器额定容量，MVA；

——变压器阻抗电压百分数；——变压器一次侧短路容量，MVA；

——电动机起动时，起动回路的额定输入容量，MVA；16第16页，课件共44页，创作于2023年2月

——母线额定电压，Kv;——母线其它负荷的无功功率，Mvar;——母线其它负荷，MVA；

——母线其它负荷的功率因数；

——电动机起动时的母线电压相对值；

——电动机起动时的端电压相对值

——线路电抗，Ω，计入电阻后，铝线取，铜线取

——线路单位长度的电抗，Ω/km,高压电缆或低压电线穿管取0.08，低压电缆取0.07，架空线路取0.35；

S——导线或电缆芯的截面mm2；

L——线路长度，km。17第17页，课件共44页，创作于2023年2月5.2.2星形-三角形降压起动

星形-三角形降压起动适用于正常运行时绕组为三角形接线，且具有6个出线端子的低压笼型电动机。起动时电动机定子绕组接成星形，（此时绕组电压为额定线电压的，起动转矩和起动电流为全压起动时的），随后将三相绕组转接成三角形（切换时间继电器控制，切换时间0.4s~60s之间调整）。这种起动方式的起动转矩小，一般只适用于轻载起动的场合。星形-三角形起动，主回路接线见下图，起动时KM1、KM3接通，KM2断开，起动后KM1、KM2接通，KM3断开。18第18页，课件共44页，创作于2023年2月19第19页，课件共44页，创作于2023年2月

注意：星形-三角形起动，冲击电流很大，瞬时可达电动机额定电流20倍。某厂，水泵200KW，额定电流364A，采用星形-三角形起动，原设计选用NS630断路器，脱扣器MA500A，12.5倍，结果起动时跳。因为：500X12.5=6250<364X20=7280A。后改为：800A的断路器，80012.5=10000A>7280A20第20页，课件共44页，创作于2023年2月5.2.3自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动通常用于要求起动转矩较高而起动电流减小的场合。起动用的自耦变压器的容量可按下式计算或

21第21页，课件共44页，创作于2023年2月式中——电动机起动容量，KvA；

——电动机起动电压，V；

——电动机额定电压，V；

——电动机起动电流倍数；

——电动机额定容量，KvA；

N——电动机允许连续起动次数；

——电动机一次起动时间，min；

——电动机计算起动时间，，min;——自耦变压器容量，KvA。自耦变压器均具有65%和80%额定电压的两组抽头，相应的起动转矩和起动电流分别为其额定值的42.3%及64%。主回路接线见下图：22第22页，课件共44页，创作于2023年2月起动时，KM1、KSC1、KSC2接通，KM2，断开，起动后，KM1、KM2接通，KSC1、KSC2断开。

运行转换方式，采用电流、时间双重控制切换，当电流降到1.5倍时，由起动状态切换到运行状态。当电流切换电路发生故障时，时间转换电路起作用，进行切换。23第23页，课件共44页，创作于2023年2月5.2.4晶闸管软起动晶闸管软起动是一种无触点强电电路，双向控制，保护功能全，作为笼型电动机降压起动，电流限制一般在2.5~3.6倍，优于其它降压起动方式。下面以QB3型软起动器为例进行说明。24第24页，课件共44页，创作于2023年2月25第25页，课件共44页，创作于2023年2月输出特性

TS26第26页，课件共44页，创作于2023年2月

起动电压Us

在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加。当软起动器的输出电压较小时，电机力矩小于负载的静磨擦力矩，不能使负载转动。随着输出电压的不断增大，电机力矩克服了负载的静磨擦力矩，使负载开始转动。

QB3软起动器在起动时提供一个初始的起动电压Us,可以将Us调节到大于负载的静摩擦力矩，使负载能立即开始转动。

起动力矩由电位器（20~70%）27第27页，课件共44页，创作于2023年2月

达速电压UR

输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜率由电位器调节），电机不断加速。当输出电压达到UR时，电机也基本达到额定转速，UR就称为达速电压。

QB3软起动器在起动过程中自动监测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压上升到额定电压。

对于不同的电机和负载，达速电压UR的数值可能不同。28第28页，课件共44页，创作于2023年2月

起动时间Ts

起动时间Ts指输出电压从0V上升到380V所需的时间，也即输出电压在Us与UR之间的斜率。电机的实际起动时间与负载大小有关，一般情况下与Ts不一致。

5.2.5

能耗制动将笼型电动机的交流供电电源切除后，立即向定子绕组通以直流电流，此直流电流在定子绕组内产生的恒定磁通与转子内感应电流相互作用，便产生制动转矩。制动转矩的大小与直流电流的大小及电动机的转速有关。随着转速降低，制动转矩急剧增加，当转速降到0.1~0.2同步转速时，制动转矩达最大值。为了取得较好的制动特性，制动电流通常取笼型电动机空载电流的3倍（或更大一些）。此时最大制动转矩可达额定转矩1.9倍（或更大一些）。原理图如下所示：29第29页，课件共44页，创作于2023年2月30第30页，课件共44页，创作于2023年2月5.3绕线型电动机起制动5.3.1概述由于绕线型电动机内阻很小，转子不接外电阻时，起动电流达5~10倍，起动转矩只有额定转矩的0.5~1.5倍。起动电流大，绕组发热增加，对电网冲击大，引起电压波动大，对生产机械要求的起动转矩满足不了要求。因此，绕线型电动机转子回路要接电阻或接频敏变阻器，来减小起动电流和增大起动转矩(2~2.5倍)。特性曲线如下图所示。31第31页，课件共44页，创作于2023年2月32第32页，课件共44页，创作于2023年2月转差率S与转矩M之关系，见下式。（S=S1＜S2＜S3）转子电流，见下式。

-----------转子开路电压,V.

-----------转子内阻,Ω.串电阻后

------------外接内阻,Ω.上述中没有考虑电抗，因为启动瞬间f2=0,因此x=2πf2L=0转子频率。HZ转子绕组电感。H33第33页，课件共44页，创作于2023年2月

5.3.2电阻分级起动

某些大功率传动装置要求重载起动，而某些小功率传动装置要求频繁起、制动。为减小起动损耗和起动电流，并满足某些生产机械对加、减速度的特定要求，可采用电阻分级起动，特性曲线见表5-3。34第34页，课件共44页，创作于2023年2月表5-3电阻分级起动的特性电阻计算及选择，详见下册表24-46。35第35页，课件共44页，创作于2023年2月5.3.3频敏变阻器起动

频敏变阻器是一种铁芯由铸铁片或钢板叠成，外面套有线圈的三相电抗器。其等效阻抗由线圈电抗和铁芯损耗（主要是涡流损耗）决定。阻抗值随电流频率变化而变化。接线方式见（a）、（b）图。36第36页，课件共44页，创作于2023年2月（a）起动后切除频敏变阻器（RF）（