三相异步电动机启动

2020年4月29日星期三1异步电动机2020年4月29日星期三2三相异步电动机的使用三相异步电动机的起动三相异步电动机的调速三相异步电动机的制动2020年4月29日星期三3三相异步电动机的启动•1.启动•电动机工作时，转子从静止状态到稳定运行的过程称为启动过程或简称启动。•2.启动要求•（1）电动机具有足够大的启动转矩。使拖动系统尽快达到正常运行状态。•（2）启动电流不要太大。防止电网产生过大电压降，影响在同一电网上其他用电设备的正常运行。•（3）启动设备安全可靠，尽量简单、经济、便于操作和维护。•(4)要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。•(5)启动过程中的功率损耗越小越好。2020年4月29日星期三4•3.不同的启动情况•（1）生产机械启动时的负载转矩与正常运行时相同，如电梯、起重机等。•（2）启动过程接近空载，待转速接近稳定时在加负载，如机床电动机。•（3）在启动时只有很小的静摩擦转矩，当转速升高时，负载转矩很快增大，如鼓风机、风机、泵等。•（4）生产机械需频繁启动、停止等。•以上情况都对电动机的启动转矩提出了不同的要求。stT2020年4月29日星期三5三相异步机的起动stI起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。0n定子电流原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：2020年4月29日星期三6其中，（1）和（2）两条要求是衡量电动机启动性能的主要技术指标。异步电动机本身的启动特性为：a.定子电流大，Ist=(5~7)IN异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流b.启动转矩较小NstT).~.(T5180启动时，转子功率因数很低，因而启动转矩却不大。1S2202222XRRcosststmstcosIKT222020年4月29日星期三74.电动机的起动指标•(1)起动转矩足够大Tst＞TLTst≥(1.1~1.2)TL•(2)起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况•起动电流大：Ist=scIN=(5.5～7)IN•起动转矩小：Tst=stTN=(1.6～2.2)TN2020年4月29日星期三8异步电动机的固有启动特性如图所示：显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。2020年4月29日星期三9一、鼠笼式异步电动机的启动方法因三相笼型异步电动机无法在转子回路中串接电阻，鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，采用什么启动方法，要根据实际情况而定。1．直接启动（全压启动）直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。•特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。•直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。2020年4月29日星期三10一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下：1：若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；2：若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。电动机功率电源总容量额定电流启动电流443NstII2020年4月29日星期三11例：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其PN=20kW,Ist/IN=6.5，如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且有照明负载，问可否直接启动？同样的Ist/IN比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？解：根据经验公式算出5675720456043.II.kWkVANst满足上述关系，故允许直接启动。kWNPkVA.45604356可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。2020年4月29日星期三12•2.减压启动•减压启动不是降低电源电压，而是降低加在电动机定子绕组上的电压。•目的：减小启动电流。2020年4月29日星期三13•由于电动机的电磁转矩与定子相电压的平方成正比，在减压启动同时减小了电动机的启动转矩。•意义：减压启动对电网有利，但对被拖负载的启动不利，适用于对启动转矩要求不高的场合。•方法：•1）定子串电阻或电抗减压启动•2）自耦变压器减压启动•3）星形—三角形减压启动2020年4月29日星期三14笼型异步电动机的减压起动(1)定子串联电阻或电抗减压起动M3~3~RSS1FUS2起动运行M3~XSS1FUS23~三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三15•这种方法的电动机启动，使加在电动机定子绕组上的相电压低于电源相电压（即全压启动时的定子额定电压），启动电流小于全压启动时的启动电流。•设k为启动电流所需降低的倍数，则减压启动时的启动电流为••串电阻后定子绕组相电压与电源电压的关系应为•从而减压时的启动转矩与全压启动时的启动转矩关系将为kIIststkUUn12kTTstst2020年4月29日星期三16•启动时，接触器1KM断开，KM闭合，将启动电阻串入定子电路，使启动电流减小；待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，Rst被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。笼型异步电动机定子串电阻减压启动的优点•启动平稳运行可靠设备简单缺点：启动转矩随电压的平方降低，只适合空载或轻载启动，同时启动时电能损耗较大，对于小容量电动机往往采用串电抗减压启动。2020年4月29日星期三17(2)自耦变压器减压起动TA3~UNS1FUS2M3~11-1三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三18(2)自耦变压器减压起动3~UNS1FUS2TAM3~起动4.3三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三19(2)自耦变压器减压起动TA3~UNS1FUS2M3~运行11-1三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三20•自耦变压器用作电动机减压启动时，称为启动补偿器。•启动时，自耦变压器的高压侧接电网，低压侧（有抽头，供选择）接电动机定子绕组。•启动结束后，切除自耦变压器，电动机定子绕组直接接至额定电压运行。•自耦变压器的工作原理•若自耦变压器一次电压与二次电压之比为k，则1212121UUUUNNk2020年4月29日星期三21•由于电动机接在自耦变压器的二次侧，自耦变压器的一次侧接电网，故电网供给电动机的一相启动电流（自耦变压器的一次电流）其中，为自耦变压器的一次电流•为自耦变压器的二次电流•为电动机全压启动时的启动电流•又因•启动转矩为221kIkIIststst1stI2stIstIkUUN12kTTstst2020年4月29日星期三22•自耦变压器的优点•1）在限制启动电流相同时，采用自耦变压器减压启动可获得比串电阻或电抗减压启动更大的启动转矩。•2）启动补偿器的二次绕组一般有三个抽头，用户可根据电网允许的启动电流和机械负载所需的启动转矩来选择。•缺点•采用自耦变压器启动线路较复杂，设备价格较高，且不允许频繁启动。2020年4月29日星期三233．Y-降压启动Y-降压启动的接线图如图所示:启动时，定子绕组接成星形；待转速上升到一定程度后再将定子绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。设U1为电源线电压，IstY及Ist为定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流（线电流），Z为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。则有ZUIstY31ZUIst/31所以3ststYII2020年4月29日星期三24适用于：正常运行为△联结的电动机。(3)星形－三角形减压起动（Y－起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W211-1三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三25适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形减压起动（Y－起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2Y起动4.3三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三26Y型起动的起动电流IstY=Ist13起动转矩比TstYTst△U1PYU1P△==13()2TstY=Tst13Y型起动的起动转矩11-1三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三27适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形减压起动（Y－起动）运行S23~UNS1FUU1U2V1V2W1W2定子相电压比U1PYU1P△UN3UN==13定子相电流比I1PYI1P△U1PYU1P△==13起动电流比IstYIst△I1PY3I1P△==134.3三相异步电动机的起动2020年4月29日星期三28Y-降压启动方法的特点：•设备简单、经济、启动电流小；•启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合；•只适用于正常运行时定子绕组接线为的异步电动机。2020年4月29日星期三29二、线绕式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级切除启动电阻法和频敏变阻器启动法。1．逐级切除启动电阻法采用逐极切除启动电阻的方法，其目的主要是为了使整个启动过程中电动机能保持较大的加速转矩。启动过程如下如图(a)所示：2020年4月29日星期三30(a)原理接线图(b)启动特性2020年4月29日星期三31Rst1Rst23~M3~S1S2S(1)起动过程11-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动①串联Rst1和Rst2起动（特性a）总电阻R22=R2+Rst1+Rst2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除Rst211-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动2020年4月29日星期三32(1)起动过程b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2②合上S2，切除Rst2（特性b）总电阻R21=R2+Rst1绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动3~M3~S1S2Rst1Rst2S切除Rst111-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动2020年4月29日星期三33③合上S1，切除Rst1（特性c）总电阻:R2绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2(1)起动过程p3~M3~S1S2Rst1Rst2S11-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动2020年4月29日星期三34(2)起动级数未定时起动电阻的计算①选择T1和T2起动转矩：T1=(0.8~0.9)TM切换转矩：T2=(1.1~1.2)TL②起切转矩比=T1T2③求出起动级数m根据相似三角形的几何关系来推导。11-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动2020年4月29日星期三35T1n0－nc1TMn0－nMc==sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2pT2n0－nc2TMn0－nMc==sc2sMc同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因为sa2=sb1，sb2=sc1sM∝R2=T1T2=sMasMb=R22R21所以=T1T2=sMbsMc=R21R211-3绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动2020年4月29日星期三36对于m级起动，则有sc1=R2R2m在固有特性c上，有关系T1TN=sc1sN=TNsNT1m因此可得β=R2mR2mm=TNs