电动机的起动和制动

电动机的起动和制动一、 电动机的起动1.电动机起动的有关规定（GB50055-93）第2.3.1条电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

第2.3.2条电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：一、 在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。

二、配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷、且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的80%。

三、配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

第2.3.3条笼型电动机和同步电动机起动方式的选择，应符合下列规定：一、 当符合下列条件时，电动机应全压起动：1.电动机起动时，配电母线的电压符合本规范第2.3.2条的规定；2.机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩；3.制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。

二、当不符合全压起动的条件时，电动机宜降压起动，或选用其他适当的起动方法。

三、当有调速要求时，电动机的起动方法应与调速方式相配合。

第2.3.4条绕线转子电动机宜采用在转子回路中接入频敏变阻器或电阻器起动，并应符合下列要求：一、起动电流平均值不宜超过电动机额定电流的2倍或制造厂的规定值；二、起动转矩应满足机械的要求；三、当有调速要求时，电动机的起动方式应与调速方式相配合。

第2.3.5条直流电动机宜采用调节电源电压或电阻器降压起动，并应符合下列要求：一、起动电流不宜超过电动机额定电流的1.5倍或制造厂的规定值；二、起动转矩和调速特性应满足机械的要求。

2. 笼型电动机的起动2.1笼型电动机的起动的方式（1）低压笼型电动机常用的起动方式有；a. 全压起动；b. 星—三角起动；c. 电阻降压起动；d. 软起动；e. 延边三角形起动；f. 当电动机需要调速且选用变频器供电时，电动机的起动与调速装置统一考虑。

（2）高压笼型电动机常用的起动方式有：a.全压起动；b.液阻起动或热敏电阻起动；c.电抗器降压起动；d.自藕变压器降压起动；e.当电动机需要调速且选用变频器供电时，电动机的起动与调速装置统一考虑。

对于特大容量的同步机如高炉转风机也可以采用变频器起动,几种主要起动方式的特点见表1。

电动机起动方式及其特点表1注：表中U n—额定电压；I q、M q—电动机全压起动电流和起动转矩；Ku—起动电压与额定电压的比值，对于自藕变压器为变压比。

软起动，液阻起动或热敏电阻起动的特点与电阻降起动的特点相似。

但液阻起动器和热敏电阻起动器在起动过程中自动调节阻值以保证起动电流恒定。

2.2. 笼型电动机全压起动（即直接起动）笼型电动机应优先采用直接起动，能否满足直接起动的条件是：（1）电机起动时能否保证配电母线上的电压降不低于规定值。

（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2，与供电变压器之间的关系见表3。

表3中所列数据是根据下列条件求得的：a.电动机与低压母线直接连接；b.电动机起动电流倍数Km=7，额定功率因数COSφe=0.85，额定效率µe=0.9；c.变压器的其它负荷为S fh=0.5S b,COSφfh=0.7,或S fh=0.6S b,COSφfh=0.8,由这两种情况计算出的Q fh值相差很小，故在表3中只列出一种情况时的计算值。

按电源容量允许全压起动的笼型电动机功率 表2电源 允许全压起动的笼型电动机功率 小容量发电厂 每1KV A 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%6（10）/0.4KV 变压器允许全压起动笼型电动机的最大功率 表3供电变压器额定容量Sb （KV A ） 100 125 160 200 250315400500630800 1000 1250 1600起动时的电压降ΔU% 起动笼型电动机的最大功率Pd （KW ）10 20 25 30 40 50 65 80 100 120 150 190 235 300 1530 40 50 65 80 100 130 160 190 240 300 375 480电动机起动时，应对变压器过负荷进行校验，若电动机每昼夜起动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负荷率与前相同），则允许的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。

（3）起动力矩应大于传动机械的静阻力矩。

（4）大容量电动机起动时，应保证电动机及其起动设备的动稳定和热稳定。

2.3 笼型电动机降压起动笼型电动机降压起动的机械特性如图1所示。

曲线a 为电动机的自然机械特性，曲线b 及曲线c 为降压起动时的机械特性。

电动机降压起动时，电动机的临界力矩和起动力矩均与电压的平方成比例减小，例如电动机的起动电压降低至0.8Un 时，其临界力矩和起动力矩则为额定值的64%.因此选用降压起动方式时，必须使电动机起动时的端电压能保证传动机械要求的起动转矩，即qMj qM M M U 1.1≥式中 U qM —起动时电动机端电压相对值，即端电压与额定电压之比； M qM —电动机起动转矩相对值，即起动转矩与额定转矩之比； M j —机械静阻转矩相对值，即静阻转矩与电动机额定转矩之比。

由于电动机降压起动时的起动转矩随K 2u 减小，因此这种起动方式指适合轻载起动的设备，如风机、水泵类机械，这类机械的起动净阻转矩M j 约0.3。

各类机械的静阻转矩由机械设备设计人员提供。

2.4 笼型电动机降压起动电阻计算笼型电动机定子回路接入对称电阻，这种起动方式的起动电流较大，起动转矩较小。

如起动电压降至额定电压的80%时，其起动转矩仅为全压起动转矩的64%，且起动过程中消耗的电量较大，因此电阻降压起动一般用于轻载起动的电动机。

起动电阻的计算步骤如下：（1）根据生产机械的静阻转矩M j 及电动机的起动转矩M qd ，计算允许的起动电压： qdj ed qd M M U U 1.1≥（2）电阻计算电动机的起动阻抗： qdqd I Z 3380= (1)式中Iqd 为电动机的起动电流，外加电阻R W 后，则qdqd qd W I X R R '3380)(22=++ (2)（1）÷（2）得：qdqd qdqd W qdI I XR R Z ')(22=++ (3)已知电动机的起动电流与起动电压成正比，设 qdqd edqd I I U U a ''==为此式（3）可写成：a X R R Z qdqd W qd=++2)(所以外加电阻为： )4.....()(22qd qd qd W R X aZ R −−=其中： X qd =Z qd sin φqd R qd =Z qd cos φqd通常，电动起动时的功率因数COS φqd =0.25 , sin φqd =0.97 , 因此外加电阻值可由式（4）算的。

若线路电阻为R L,则外加降压电阻为：R=R W-R L。

然后可根据等效起动电流和外加降压电阻选择电阻起动器。

3. 绕线型电动机的起动绕线型电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式。

前者起动转矩大但控制较复杂，且起动电阻体积大、维修麻烦；后者具有恒转矩起动制动特性，又是静止元件，很少需要维修，因此除下列情况外，绕线型电动机多采用频敏变阻器起动：（1）有低速要求的传动装置，即采用绕线型电动机进行调速的传动装置；（2）利用电动机的过载能力作为起动力矩的传动装置，如加热炉的推钢机等；（3）起动力矩很大的传动装置，如球磨机等。

3.1 频敏变阻器的起动及选择频敏变阻器是一种有钢板叠成铁芯、外套绕阻的三相电抗器。

将其接在电动机的转子回路中，绕组的等效阻抗随转子电流频率的变化而变化，在电动机起动过程中，随着转子电流频率的减小而自动下降，因此不需经过分级切换电阻就可以使电动机平稳地起动。

随着电动机转速的增高，自动平滑地减小阻抗值，从而可以限制起动电流，并得到大致恒定的起动转矩，起动特性如图3所示。

图3 绕线转子电动机采用频敏变阻起动特性（a）轻载起动；(b) 重载起动T1*-负载转矩标么值；T S*-起动转矩标么值；I S*-起动电流标么值当电动机反接时，频敏变阻器的等效阻抗最大，从反接制动到反向起动的过程中，其等效阻抗始终随转子电流频率的减小而减小，使电动机在反接过程中的转矩亦接近恒定。

因此频敏变阻器尤其适用于反接制动和需要频繁正、反转工作的机械。

根据生产机械的负荷特性，可按表4选择频敏变阻器的类型。

目前生产的频敏变阻器类型有偶而起动用的和重复短时工作用的频敏变阻器。

各种工作制可选用的频敏变阻器可查产品样本BP列。

偶而起动用的频敏变阻器，可采用起动后用接触器短接的控制方式，对于重复短时工作的频敏变阻器，为简化控制线路，可常接在转子回路中。

表4 按机械负载特性选用频敏变阻器类型起动负荷性质 特征传动设备举例 轻载 起动转矩,)8.0~6.0(N S T T ≤阻力矩N J T T 5.0≤，折算至电动机轴上飞轮力矩GD 2较小，起动时间t s 20≤空压机、水泵、变流机组等重轻载 起动转矩,)1.1~9.0(N S T T ≤阻力矩N J T T 8.0≤，折算至电动机轴上飞轮力矩GD 2较大，起动时间t s 20〉锯床、真空泵、带飞轮的轧钢主电机偶 而 起 动重载起动转矩,)4.1~2.1(N S T T ≤阻力矩N J T T 8.0≤，折算至电动机轴上飞轮力矩GD 2不太大，起动时间介于轻载和重轻载之间胶带运输机、轴流泵、排气阀打开起动的鼓风机第一类起动次数250次/h,t s z 值〈400s推钢机、拉钢机及轧线定尺移动 第二类起动次数〈400次/h,t s z 值〈630s出炉辊道、延伸辊道、检修吊车大小车第三类起动次数〈630次/h,t s z 值〈1000s轧机前后升降台及其辊道、生产吊车大小车 反复短时起动第四类起动次数〉630次/h,t s z 值〈1600sTs N T 5.1≤拨钢机、定尺辊道、翻钢机、压下t s z 值为每小时起动次数z （起动一次算一次，动力制动一次算一次）与每次起动时间t s 的乘积。