1、第9章三相异步电机的启动,9.1三相异步电机的启动9.2启动设备的选择与计算,9.1三相异步电机的启动9.1.1笼型异步电机的启动方法三相笼型异步电动机常用的启动方法包括：直接启动、降压启动和软启动。1. 三相笼型异步电动机的直接启动异步电机直接启动时的转速n=0，s=1，忽略励磁电流，启动电流Istp（相电流）为,（9-1）,启动时 较小，因而启动电流很大。,对于一般笼型异步电动机，则有 Tst=KstTN=（0.91.3）TN （9-3）式中，Kst为启动转矩倍数。,对于一般笼型异步电动机，则有Ist=KII1N=（57）I1N （9-2）式中：KI为启动电流倍数；Ist为启动时的线电流。
2、,所以，直接启动仅应用于轻载和空载时。,2. 降压启动启动时，n=0，s=1，启动电流Istp与定子绕组电压U1（相电压）成正比。异步电机的启动转矩为,（9-5）,1）定子串电阻或串电抗降压启动由于大型电动机串电阻启动能耗太大，因此多采用串电抗进行降压启动。,图 9-1笼型异步电动机串电阻降压启动原理接线图,显然，在电动机的定子回路串电阻或电抗的启动方法，只适用于轻载启动。,如果用Ist、Tst表示全压U1启动（直接启动）时的启动电流和启动转矩，用Ist、Tst表示电压降至U1时的启动电流和启动转矩，则有,图 9-2自耦变压器的降压启动原理图,2）自耦变压器降压启动自耦变压器的变比为。由变压器
3、的原理得,分析：1）直接启动时异步电机的定子绕组所加电压为U1时，启动电流为Ist；,（9-7）,2）当使用自耦变压器降压时，加到异步电机上的启动电压降为U2，且 时，根据降压启动原理，启动电流I2降低到（参考式9-1）。由于自耦变压器一、二次侧的电流关系为，此时自耦变压器从电网吸取的电流I1为,当使用自耦变压器启动，电压降低到 时，启动转矩降低到（Tst为U1时的启动转矩），,（9-8）,为了满足不同负载的要求，自耦变压器二次侧一般有三个抽头，分别为一次侧电压的40%、60%和80%，供选择使用。,图 9-3异步电动机串自耦变压器启动原理线路,异步电动机串自耦变压器启动原理线路如图9-3所示
4、。,异步电动机串自耦变压器降压启动方法适用于容量较大的低压电动机降压启动。,图 9-4笼型异步电动机Y启动原理接线图,3）星三角（Y）启动使用这种启动方法的异步电机，在正常运行时是接成形的，启动时改接成Y形，当转速稳定时再接成形。,电动机直接启动时启动电流的每相值为Ip，由于定子绕组接，因此线电流为。 Y接降压启动时的启动线电流与相电流相等，为IstY。Y接降压启动时，相电压降至直接启动电压的 ，相电流同样降至直接启动的 ，即。Y接降压启动时的线电流IstY与相电流相等，即。显然，直接启动时的线电流Ist与Y接降压启动时的线电流IstY的关系为,（9-9）,直接启动时的启动转矩Tst与Y降压启
5、动时的启动转矩TstY的关系为 Y启动设备简单，4 kW以上的三相笼型异步电动机，其定子绕组都设计成形接法，以便采用Y启动方法。,（9-10）,3. 软启动 （1）限流或恒流启动方法：利用电子软启动器限制电动机启动电流或保持恒定的启动电流，主要用于轻载软启动。,（3）转矩控制启动法：用电子软启动器实现电动机启动时启动转矩由小到大线性上升，降低启动时对电网的冲击，是较好的重载软启动方法。,（2）斜坡电压启动法：用电子软启动器控制电动机启动时定子电压由小到大线性上升，主要用于重载软启动。,（4）电压控制启动法：用电子软启动器控制电压以保证电动机启动时产生较大的启动转矩，是较好的轻载软启动方法。,图
6、 9-5绕线转子电动机串电阻多级启动接线及其启动特性（a）原理接线图；（b）三级启动特性,9.1.2绕线式异步电机的启动1. 转子串电阻分级启动转子串电阻分级启动是指：在绕线式异步电机转子回路串多级电阻，启动时逐级切除转子串接电阻的启动过程。,启动时，一般使启动转矩的最大值Tst1=（1.52）TN，启动转矩最小值Tst2=（1.11.2）TN。,转子串多级电阻启动，可以增大启动转矩。优点是功率因数较高（与串频敏变阻器相比），但是，当异步电机功率较大时，转子电流很大，当切除一级电阻时，会产生较大的转矩冲击。,2. 转子回路串频敏变阻器启动对于容量较大的绕线式电动机，常采用频敏变阻器来替代启动电
7、阻。,图 9-6频敏变阻器（a）结构示意图；（b）一相等效电路,频敏变阻器是一种电抗器（铁心上套有线圈）。,由于材料及设计，当 ，涡流损耗较大，因此 较大，而此时磁路饱和， 较小，所以 ，随着 的降低， 会减小。,频敏变阻器通常采用星形接入转子，因此频敏变阻器中电流为转子电流 。起动时 频率变化很大，由起动时 降至几赫兹。可见 在起动过程中要发生很大的变化。由于 ，并与饱和程度有关，而 则取决于铁耗（涡流损耗），且有,图 9-7绕线式三相异步电动机串频敏变阻器启动原理,图 9-8定子串对称电抗启动（a）直接启动；（b）定子串电抗启动,9.2启动设备的选择与计算9.2.1定子对称启动电抗的计算在
8、实际工程中，只采用定子对称电抗启动。忽略励磁电流后，三相异步电动机直接启动和串电抗启动的等效电路如图9-8所示。,电动机,由此可以得到串电抗启动时的两个电路方程：,（9-12）,在设计异步电机时，ZKXK，因此可以近似认为ZK是电抗性的，即可以把ZK的模直接和X相加，即ZK+X，由式（9-12）有,（9-13）,设直接启动时，电动机的启动相电压为U1、启动相电流为Istp、线电流为Ist，当串联电抗X后，定子相电压降为U1、启动相电流降为Istp、线电流降为Ist，根据式（9-1）有,（9-14）,【例9-1】一台笼型三相异步电动机，定子绕组Y接，有关技术数据为PN=60 kW，U1N=380
9、 V，I1N=136 A，KI=6.5，Kst=1.1，供电变压器限制该电动机最大启动电流为500A。（1）若空载定子串电抗启动，求每相串入的电抗最小值；（2）若拖动的负载TL=0.3TN恒转矩负载，能否采用定子串电抗启动？若可以，计算每相串入的电抗的最大值。,解：（1）直接启动的启动电流为Ist=KstI1N=6.5136=884 A,短路阻抗为,每相串入的电抗最小值为,串最小电抗时的启动电流Ist与直接启动电流Ist之比为,（2）串电抗最小启动转矩应为Tst1=1.1TL=1.10.3TN=0.33TN,启动电流为Ist1=k1Ist=0.584884=484.4 A500 A，可以串电抗
10、启动。,串电抗启动转矩与直接启动转矩之比为,串电抗启动电流与直接启动电流之比为,每相串入电抗的最大值为 ,9.2.2启动设备的选择与计算笼型异步电动机的启动方法的选择与电动机的功率、电网容量、启动负载等因素有关。,【例9-2】一台笼型三相异步电机的数据为PN=28 kW，U1N=380 V，I1N=58 A，cos1N=0.88，nN=1455 r/min，启动电流倍数KI=6，启动转矩倍数Kst=1.1，过载倍数KT=2.3，接；供电变压器要求启动电流小于等于150 A，启动时负载转矩为73.5 Nm。现有一台自耦变压器，抽头有55%、64%、73%三种。 若能用Y启动，则不用其他方法； 若
11、用串电抗启动，计算电抗值； 若用自耦变压器启动，计算使用哪一种抽头。请选择一种合适的启动方法。,解：电动机额定转矩为正常启动转矩应不小于TstL=1.1TL=1.173.5=80.85 Nm。,Y启动时的启动转矩为,（1）计算能否采用Y启动。Y启动时的启动电流为,启动电流小于供电变压器要求的启动电流150 A，故电流满足要求。,TstTstL，不能采用Y启动。,TstTstL，显然，当启动电流满足供电变压器要求时，启动转矩不能满足负载要求，因此不能采用串电抗启动。,（2）计算能否采用串电抗启动。由于供电变压器要求启动电流小于等于150 A，先按最大启动电流150 A计算启动转矩，即,（3）计算
12、能否采用自耦变压器启动。抽头为55%时的启动电流为,通过降压启动自耦变压器55%的抽头，自耦变压器一次侧电流小于 150 A，电流满足要求。,抽头为55%时的启动转矩为,TstTstL，可以采用64%的抽头。,抽头为73%时的启动电流为 ,电流不满足供电变压器的要求，不能采用73%的抽头。,9.2.3绕线式异步电机转子串电阻分级启动的计算绕线式异步电机转子串电阻分级启动的启动电阻计算方法有两种：图解法和解析法。1. 图解法为简化计算，通常把异步电动机的机械特性近似为直线，根据实用转矩公式有,（9-17）,忽略,当转子电路串电阻时，最大转矩Tm保持不变，而临界转差率sm与转子电路的总电阻成正比，
13、即,（9-20）,在保持Tem不变时，由式（9-17）可知s sm，即：ssmR2+R2c （9-19）说明，在转矩为恒值的条件下，转差率与转子电路的总电阻成正比，可以写成：,（9-18）,图 9-9异步电动机转子串电阻启动近似机械特性图,下图为异步电动机的转子电路串三级电阻启动的机械特性图。,图中，当Tem=T1并保持不变，应用式（9-20）得R2为转子每相电阻，。将线段KB和KD代入式（9-23）得,（9-23）,（9-24）,将式（9-24）变形得,（9-25）,同理，可以得到第二级机械特性所串电阻值R2c2和第一级机械特性所串电阻值R2c3，计算式为,（9-26）,2. 解析法利用线性
14、化的异步电机机械特性可知，在同一条机械特性上，Tems （9-27）不同电阻值的机械特性上Tm相同，当s为常数时，有,（9-28）,根据图9-9中机械特性n1AB、n1CD所对应的转子电阻为R2和R2+R2c1，并且B、C两点转速相等，应用式（9-28）有,对D、E两点应用式（9-28）有,令，称为启动转矩比，则,（9-29）,在一般情况下，当启动级数为m时，得,由式（9-29）最后一行有,启动电阻的计算方法可分三种情况：（1）已知启动级数m和T1时，,首先计算：,计算,（2）当已知启动级数m和T2时，,首先计算：,计算,（3）当已知T1、T2时，,首先计算：,计算,校验,【例9-3】某绕线式
15、异步电动机拖动机械负载，电动机的技术数据为：PN=40 kW，I2N=61.5 A，KT=2.6，nN=1460 r/min，E2N=420 V，启动负载转矩TL=0.75TN。用分析法求采用转子串电阻三级启动时各级启动的电阻值。,解：额定转差率为,转子每相电阻为,最大启动转矩应满足： T10.85Tm=0.85KTTN=0.852.6TN=2.21TN取T1=2.21TN。,启动转矩比为,方法一：,校核切换转矩：,各级启动特性曲线所需串接的电阻值为：,满足要求。,取切换转矩为：T21.1TL=0.825TN,启动转矩比为,方法二：,校验,在实际工程中，常常采用三个电阻组成三级启动特性，第三级串Rc1，第二级需在Rc1上串电阻Rc2，第一级需在Rc2与Rc1上再串电阻Rc3，即第一级为Rc1、Rc2、Rc3之和。这三个电阻分别为：Rc1=0.165 Rc2=R2c2R2c1=0.5890.165=0.424 Rc3=R2c3R2c2=1.6720.589=1.083 ,
