第21章三相异步电动机的启动

• 缺点： • 优点：调速设备简单，操作 • 调速范围不大，特别是轻载时调 简便。 速范围更窄； • 低速运行时，机械特性变软，转 速稳定性差；
sN s1 s2
0
n1
Rs 2 Rs1
R2
R2 RS1
R2 RS 2
1.0
0
TL
Tm T
• 调速时效率低，在恒转矩调速时，转速越低，效 率也越低；
解： (1) 能否直接起动 60 37×103 60 PN = × N· m = 359 N· m TN = 985 2×3.14 2 nN 直接起动时起动转矩和起动电流为 TS = kS TN = 1.8×359 N· m = 646 N· m IS = ki IN = 6.5×72 A = 468 A
RS
Q2
XS
Q2
M 3~
起动 运行
M 3~
定子串入电抗和电阻的计算
2. 星形－三角形降压起动（Y－ 起动） 适用于：正常运行为△形联接的电动机。
3 ~ UN Q1 FU
U2 U1 W2
V1 V2 W1
Q2
2. 星形－三角形减压起动（Y－ 起动） 适用于：正常运行为△形联接的电动机。 3 ~ UN
sm1
sm 2
Rs1
f
d
g
R2
e
R2 Rs1
KM1
b
c
R2 Rs1 Rs 2
KM 2
Rs 2
1 .0
KM3
Rs 3
o
TL Ts 2
a R2 Rs1 Rs 2 Rs3 Ts1 Tm T
绕线型异步电动机三级 启动时的机械特性
2.转子串频敏变阻器启动
A B C
• 启动方法
• 启动时，转子经 集电环和电刷接 入频敏变阻器。 启动结束后，切 除频敏变阻器， 电动机进入正常 运行。
M 3~ 3 ~ UN 降压比
Q1
FU
Q2
起动
TA
U
3. 自耦变压器降压起动 起动电流比 I1a ISa = KA = I1P IS 电源电流比 KAISa Ia = KA2 = IS I1 起动转矩比 U1a 2 TSa =( TS U1N ) = KA2
3 ~ UN
Q1
FU
KAISa
Q2
ISa
22-1 概 述 三相异步电动机的转速
• 三相异步电动机的调速方法：
• （1）改变转差率s调速； – 改变定子端电压U1 – 绕线型三相异步电动机转子回路串电阻 • （2）变极调速——改变电动机的极对数p；
• （3）变频调速——改变供电电源的频率f1。
1.改变定子电压调速的原理
22-2 改变定子电压调速
• 5. 变极调速的适用场合
• 1）保持 为常数
E1 C f1 R 2 2 3 I2 E2 3p PM s T 2 πn1 2 πf1 R 2 1 2 2 X 2 p s
3 pf1 E1 1 2 2π f1 R2 s X2 s R2
• 4.属有级调速，调速的平滑性差。 转子回路串接电阻调速的适用场合 •
• 拖动起重机械的三相绕线型中小型异步电动机。
• 1.变极调速的原理
22-4 变极调速
• 2.改变定子绕组极对数的方法
• 双绕组变极：在定子槽内安放两套极对数不同的定子 绕组，每次用其中一套；
• 单绕组变极：只装一套定子绕组，通过改变绕组的接 法获得两种或多种极对数；
21-4三相绕线型异步电动机起动
1. 转子串电阻起动 3~
Q
定子
电 刷
转 子
滑 环
起动变阻器
• 转子回路串电阻启动机械特性
• 启动方法 • 启动时，转 子经集电环 和电刷接入 接入启动电 阻，随转速 的升高逐渐 减小启动电 阻的阻值直 至将启动电 阻完全切除。
3~
KM
s n
0
n1
h
sm n
M 3~
3. 自耦变压器降压起动
3 ~ UN
Q1
FU
Q2
M 3~
TA
3. 自耦变压器降压起动
3 ~ UN
Q1
FU
Q2
起动
M 3~ TA
2. 自耦变压器降压起动
3 ~ UN
Q1
FU
运行
Q2
M 3~
TA
3. 自耦变压器减压起动
定子线电压比 U1La U = KA = U1L UN 定子相电压比 U1Pa U1La = = KA U1P U1L 定子相电流比 I1Pa U1Pa = = KA I1P U1P
M 3~
K K
n
n1
1
2
o
T
转子串频敏变阻器的 机械特性
1.固有机械特性 2.人为机械特性
第二十二章 三相异步电动机的 调速
•22-1 概 述
•22-2 改变定子电压调速
•22-3 转子回路串接电阻调速
•22-4 变极调速
•22-5 变频调速
第二十二章 三相异步电动机的 调速
•基本要求：
•1.掌握三相异步电动机的调速方法及原理 •2.掌握三相绕线型异步电动机转子串电阻调速的计 算
第21章三相异步电动机的启动
笼型电机直接起动 降压起动 绕线电机转子串电阻起动
21-1 三相异步电动机的起动
电动机的起动指标
1. 起动转矩足够大
TS ＞TL
n
n1
TS ≥ (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
o I Ts 0
Is T, I
三相异步电动机直接启动时 的机械特性和电流特性
起动电流大：IS = kiIN = (4～7) IN
起动转矩小：TS = ktTN = (1.4～2.2) TN ki、kt分别为直接起动电流和起动转矩倍数。
不利影响 (1)大的 IS使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。 (2) 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。
20-2 笼型异步电动机的直接起动
n1
R2
R2 RS1
R2 RS 2
• 1.转子回路串接电阻调速的原 理
1 1
三相异步电动机拖动恒转矩负载时， Rs 由 2 R2 m pU
T Rs R2 2 2πf1 R1 X1 X 2 s
输入电源电流比 ISY 1 = 3 Is△ 电机起动转矩比
U1PY 2 1 TSTY = =( ) 3 TST△ U1P△
Y－ 起动的使用条件 (1) 正常运行时应采用 形连接的电动机。 (2) ISY＜Imax （线路中允许的最大电流）。 (3) TSY＞(1.1 ～ 1.2)TL 。
1. 小容量的电动机（PN ≤7.5kW） 2. 电动机容量满足如下要求： 经验表明电网允许启动电流倍数应为 IST ≤ 1 电源总容量(kV· A) 3+ 〕 k允许 = 〔 电动机容量 (kW) 4 IN
20-3 笼型异步电动机的降压起动
1. 定子串联电阻或电抗降压起动
3~ Q1 FU 3~ Q1 FU
Q1 FU
运行
U2 U1 W2
V1 Q2 V2 W1
Y 起动
2. 星形－三角形降压起动（Y－ 起动） 适用于：正常运行为△形联接的电动机。
3 ~ UN Q1 FU
起动
U2 U1 W2
V1 V2 W1
Q2
定子相电压比 U1′ UN 3 = 1 = UN U1△ 3 定子相电流比 U1′ IY = 1 = U1△ I△ 3 起动线电流比 IY ISY 1 = = 3 IS△ 3 I△
2
R2 s
2
令
dT 0 ds
可得临界转差率
R2 R2 sm 2πf1 L2 X2
• 最大电磁 转矩 3 p E1 2 f1
Tm
3 p E1 1 常数 4 π f1 2 πf1 L2 4 π f1 X 2
• (b)反向串联， 2p=2
• (c)反向并联， 2p=2
4. 变极调速的特点
• 优点：
• 机械特性较硬，转速稳定性较好；
• 无转差损耗，效率高；
• 接线简单、控制方便、价格低；
• 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速。
• 缺点：
• 属有级调速且级数有限， • 绕组引出线较多，并要装设换接开关。
n1
f1
0
T
保持E1/f1=常数，异步电动机 变频调速的机械特性
•
R2 R 2 2 3 pU f1 U 3 p s s 1 T 2 2 2 π f R R2 2 1 R 2 X X 2 2πf1 R1 X 1 X 2 1 1 2 s s
机，UN = 380 V， 联结，PN = 37 kW， nN = 985 r/min， IN = 72 A，kS= 1.8，ki = 6.5。如果要求电动机起动时， 起 动转矩必须大于 250 N· m，从电源取用的电流必须小于 360 A。试问：(1) 能否直接起动？(2) 能否采用 Y－ 起动？ (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动？
• 在定子槽里安放两套极对数不同的独立定子绕组，每 套独立绕组本身又可通过改变连接方法获得不同的极对 数。
3.变极原理
N
X2
N
A
2
X2

A2
S
A 1
S

N
X1
A 1

S
X1
A1
X1
A2
X2
A1
X1
A2
X2
A1
X1
A2
X2
• (a)正向串联， 2p=4
• 通过改变定子绕组接线，使每相绕组中有一半绕 组电流反向，即可变极。
2
• 最大电磁转矩处的转速 R2 60 f1 30 R2 常数 nm sm n1 降落
2πf1 L2 p
πpL2
保持
E1 常数 ，降频调速的特点： f1
不同频率下电动机产生的最大电磁转矩Tm不变； 不同频率下的各机械特性互相平行。
E1 • 保持 C ，降频调速的优缺 f1
2
s
C
• 可得
• 转子回路的功率因数角
• 调速前后转子回路功率因数不变。
• 调速效率分析：
U1
pCu1
pCu 2
R1
jX 1
R2
jX 2
I1
I0
pFe
Rm
I2
P1
E E 1 2
jX m PM
Pm
在恒转矩调速时，转子回路串接的电阻越大，电机的转速 越低，效率也越低。
3.转子回路串接电阻调速的特点 s n
s
sm
0n n1
a
c b
d
TL 2
1.0
TL1 2.改变定子电压调速的特点 • 恒转矩负载：调速范围很窄(0~sm)，没有实用价值。
0
T
• 风机类负载：在s>sm时，三相异步电动机仍能稳定运行， 调速范围较宽，但是要注意电动机过电流的问题。
22-3 转子回路串接电阻调速
s n
sN s1 s2
0
Rs 2 Rs1
E1 • 保持 C ，降频调速的特点： f1
n
f1 f1 f1 f1
f1
• 调速范围宽； • 机械特性硬度不变， 低速运行时转速稳定 性好； • 可实现平滑调速； • 电动机在正常运行时 转差率 s 较小，转子铜 耗小，运行效率高。
n1
n1 n1
f1
f1
虽然 TS＞250 N· m，但是 IS ＞360 A，所以 不能采用直接起动。 (2) 能否采用 Y－ 起动 1 1 TSY = TS = ×646 N· m = 215 N· m 3 3 1 1 ISY = IS = ×468 A = 156 A 3 3 虽然 ISY＜360 A，但是 TSY＜250 N· m，所以 不能采用 Y－ 起动。 (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动 TSa = KA2TS = 0.82×646 N· m = 413 N· m ISa = KA2IS = 0.82×468 A = 300 A 由于 TSa ＞250 N· m，而且 ISa＜360 A，所以 能采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动。
点：
n
n1
n1 n1
f1 f1 f1 f1
f1
• 调速范围宽； • 机械特性硬度不变， 低速运行时转速稳定 性好； • 可实现平滑调速； • 电动机在正常运行时 转差率 s 较小，转子铜 耗小，运行效率高。
f1
f1
n1
f1
0
T
保持E1/f1=常数，异步电动机 变频调速的机械特性
M 3~
起动
TA
降压比 KA 可调 QJ2 型三相自耦变压器： KA = 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器： KA = 0.4、0.6、0.8
自耦变压器降压起动的使用条件
(1) ISa＜Imax （线路中允许的最大电流）
(2) TSa＞(1.1 ～ 1.2)TL
【例 4.3.1 】 一台 Y250M－6 型三相笼型异步电动