电机拖动与电气控制 第2版 教案 3.4 三相异步电动机的起动 课程教案

电机拖动与电气控制课程教案章节名称第3章交流电动机3.4三相异步电动机的起动授课时数2授课形式教学目标①了解三相异步电动机启动要求。②掌握三相异步电动机机起动方法和特性。③会绘制三相异步电动机起动过程机械特性的曲线。=4\*GB3④严谨认真的学习态度和科学探究精神。教学重点难点起动方法和起动过程分析，起动机械特性曲线分析。教学内容三相异步电动机在起动的瞬间，由于转子尚未加速，此时n=0，s=1，旋转磁场以最大的相对速度切割转子导体，转子感应电动势的电流最大，致使定子启动电流也很大，约为额定电流的4～7倍。尽管启动电流很大，但因启动时功率因数很低，所以启动转矩不大。过大的启动电流会引起电网电压明显降低，而且还影响接在同一电网的其他用电设备的正常运行，严重时连电动机本身也转不起来。如果是频繁启动，不仅使电动机温度升高，还会产生过大的电磁冲击，影响电动机的寿命。启动转矩小会使电动机启动时间拖长，既影响生产效率又会使电动机温度升高，如果小于负载转矩，电动机就根本不能启动。一、三相笼型异步电动机的起动1．直接启动又称全压启动，因为直接启动的启动电流大、启动转矩小。所以直接启动只在小容量电动机中使用，因电动机启动电流较小，且体积小、惯性小、启动快，一般来说对电网、对电动机本身都不会造成影响。如7.5KW以下的电动机可采用直接启动。对大中型笼型异步电动机，一般采用减压启动启动时降低加在电动机定子绕组电压，启动电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，保证电动机在额定电压下稳定工作。1）定子回路串接电抗器或电阻启动三相鼠笼式异步电动机在定子回路中串接电抗器或电阻起动与直流电动机甩电阻起动分析方法一样。这种起动方法只适用于电动机的轻载启动。2）星／三角减压启动。这种启动方法只适用于正常运行时定子绕组是三角形联结的三相异步电动机，启动时可以采用星形联结，电动机每相所承受的电压降低，因而降低了启动电流，待电动机启动完毕，再接成三角形如图所示，启动时，先将控制开关SA2投向星形位置，定子绕组接成星形，然后合上电源控制开关SA1。待转速上升到一定数值后，再将SA2切换到三角形运行的位置上，电动机定子绕组便接成三角形在全压下正常工作。三相鼠笼式异步电动机启动时定子绕组接成ㄚ形，正常运行时接成△形，则启动时定子每相电压降为额定电压的，通过分析可以得：；TstYTstΔ所以Y-△降压启动时，启动电流和启动转矩都降为直接启动的。Y-△降压启动操作方便，启动设备简单，一般用途的小型异步电动机，当容量大于4kw时，定子绕组都采用三角形联结。由于启动转矩为直接启动时的，这种启动方法多用于空载或轻载启动。3）自耦变压器降压启动自耦降压启动是利用自耦变压器将电网电压降低后再加到电动机定子绕组上，待转速接近稳定值时再将电动机直接接到电网上。自耦变压器降压启动时，电动机定子电压为直接启动时的1／K，定子电流也降为直接启动时的1／K，而自耦变压器一次侧电流则要降低为直接启动时的1／K2；由于电磁转矩与外加电压的平方成正比，故启动转矩也降低为直接启动时的1／K2。自耦变压器的二次侧上备有几个不同的电压抽头，以供用户选择电压。例如，QJ型有三个抽头，其输出电压分别是电源电压的55％、64％、73％，相应的电压比分别为1.82、l.56、1.37。在电动机容量较大或正常运行时连成星形，并带一定负载启动时，宜采用自耦降压启动，它根据负载的情况，选用合适的变压器抽头，以获得需要的启动电压和启动转矩。此时，启动转矩仍有削弱，但不致降低1／3。通过刚才的分析我们知道笼型异步电动机只能用于空载或轻载启动。如果有的地方需要重载起动，怎么办呢？比如三峡大坝上的水闸的闸门，在闸门提起时就需要重载起动。二、三相绕线转子异步电动机的起动绕线转子异步电动机的启动分为转子串电阻和转子串频敏变阻器两种启动方法。1．转子串电阻启动为了在整个启动过程中得到较大的加速转矩，并使启动过程比较平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻。启动时，随着转速的升高，逐段切除启动电阻，这与直流电动机电枢串电阻启动类似。绕线转子异步电动机不仅能在转子回路串入电阻减小启动电流，增大启动转矩，而且还可以在小范围内进行调速，因此，广泛地应用于启动较困难的机械，如起重吊车、卷扬机等。当切除电阻时，转矩突然增大，会在机械部件上产生冲击。电动机容量较大，转子电流很大，启动设备也将变得庞大，操作和维护工作量大。为了克服这些缺点，目前多采用频敏变阻器作为启动电阻。2．转子串频敏变阻器启动频敏变阻器是一个三相铁心绕组，电动机启动时，转子绕组中的三相交流电通过频敏变阻器，在铁心中便产生交变磁通，频敏变阻器线圈的等效电阻随着频率的增大而增加，当电动机启动时(s=1)，转子电流就是频敏变阻器线圈中通过的电流频率最高()，这时频敏变阻器电阻和感抗最大。启动后，转子电流频率，转子转速逐渐升高，转差率s降低，转子电流频率便逐渐降低，频敏变阻器等效电阻也随之减小。因为频敏变阻器的电阻是随交变电流的频率而变化的，所以称为频敏变阻器，这正好满足了三相绕线转子异步电动机的启动要求。由于频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻抗，