5.4三相异步电动机的启动特性

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即此时从电网吸取的电流I1是直接启动时电流Ist的K2倍。 与Y—Δ降压启动时情况一样，只是在Y—Δ降压启动时 3 的K＝ 1 /为定值，而自耦变压器启动时的K是可调的 ，这就是此种启动方法优于Y—Δ启动方法的地方。
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缺点是：变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦 ，且启动时自耦变压器处于过电流(超过额定电流)状态下 运行，因此，不适于启动频繁的电动机。所以，它主要 用在启动不太频繁，要求启动转矩较大、容量较大的异 步电动机上。 通常把自耦变压器的输出端 做成固定抽头(一般有K＝80 ％、65％和50％三种电压， 可根据需要进行选择)、连同 转换开关(图5．32中的KM， 1KM和2KM)和保护用的继电 器等组合成一个设备，称为 启动补偿器。
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例5.2 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，功率多大的电动机则不允许直接启动?
解：
I st 3 560kVA 7.75 6.5 4 4 20kW IN
3 560kVA I st 6.5 PN 24kW 4 4 PN kW I N
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2.电阻或电抗器降压启动 启动时，接触器1KM断开，KM 闭合，将启动电阻Rst串人定子电 路，使启动电流减小；当转速上 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。
5.4三相异步电动机的启动特性
采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求 如下。
(1)有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。 一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。电 动机的启动转矩要大于负载转矩，否则电动机不能启 动。
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(2)在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好 。因为过大的启动电流冲击，对电网而言，会引起较 大的线路压降，特别是电源容量较小时，电压下降太 多，会影响接在同一电源上的其他负载，例如：影响 到其他异步电动机的正常运行甚至停车；对电动机本 身而言，很大的启动电流将在绕组中产生较大的损耗 ，引起发热，加速电动机绕组绝缘老化，且在大电流 冲击下，电动机绕组端部受电动力的作用，有发生位 移和变形的可能，容易造成短路事故。 (3)要求启动平滑，即要求启动时平滑加速，以减小对 生产机械的冲击。 (4)启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 (5)启动过程中的功率损耗越小越好。
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表中，UN、Ist、和Tst为电动机的额定电压、全压启动时的 启动电流和启动转矩。Ust、I’st，和T’st为按各种方法启动 时实际加在电动机上的线电压、实际启动电流(对电网的 冲击电流)和实际的启动转矩。
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例5.3 有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机，PN＝ 40kW，nN=1465r／min，启动电流Ist＝5.5IN，启动转矩 Tst＝1.6TN，运行条件要求启动转矩必须大于(0.9~1.0)TN ，电网允许电动机的启动电流不得超过3.5IN。试问应选 用何种启动方法。 解： 按要求，启动转矩的相对值应保证为：
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特点：属于降压启动，与Y—Δ换接启动法比，延边三 角形接法的相电压较Y接法的大，所以，启动电流和 启动转矩都较大，具体的值，则由星形部分绕组与三 角形部分绕组匝数之比来确定。
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这种启动方法的缺点是： (1)由于启动转矩随定子电压的平方关系下降，故它只 适用于空载或轻载启动的场合； (2)不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不 适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器 ，则所需设备费较贵，且体积大。
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3.Y—Δ降压启动 启动时，接触器的触点KM和1KM 闭合，2KM断开，将定子绕组接 成星形；待转速上升到一定程度后 再将1KM断开，2KM闭合，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。这适用于 电动机运行时定子绕组接成三角形 的情况。
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2).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。
启动电流I st 3 电源总容量 额定电流I N 4 4 电动机功率
直接启动因无需附加启动设备，且操作和控制简 单、可靠，所以，在条件允许的情况下应尽量采用， 考虑到目前在大中型厂矿企业中，变压器容量已足够 大，因此，绝大多数中、小型鼠笼式异步电动机都采 用直接启动。
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异步电动机在接人电网启动的瞬时，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，而引起很大的定子电流，一般启动电流Ist 可达额定电流IN的5倍～7倍，但因启动时S＝1，转子功 率因数很低，因而启动转矩Tst却不大，一般： Tst＝(0.8~1.5)TN
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设U1为电源线电压，IstY及／IstΔ为定子绕组分别接成 星形Y及三角形Δ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
I stY U1 /( 3Z ), I st 3U1 / Z
I stY I st / 3
TstY (U1 / 3 ) U / 3
Tst Kt I 2st cos2st
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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。
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5.4.1 鼠笼式异步电动机的启动方法
1．直接启动(全压启动) 所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组通过闸刀开 关或接触器直接接人电源，在额定电压下进行启动。 在什么情况下才允许采用直接启动？ 根据供电、动力部门的规定，主要取决于电动机的功 率与供电变压器的容量之比值。 1).在独立变压器供电(即变压器供动力用电)的情况下： 若电动机启动频繁，则电动机功率小于变压器容量的 20％时允许直接启动； 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。
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5．延边三角形启动 延边三角形启动法就是在启动时使定子绕组的一部分 作三角形连接，另一部分作星形连接。如图(a)所示。 从启动时定子绕组连接的图形来看，就好像将一个三 角形三边延长了一样，因此，称为“延边三角形”。 这种启动法是启动时将定子绕组接成延边三角形，启 动完了后将定子绕组换接成如图(b)所示的三角形。
Tst 0.9TN KT 0.56 Tst 1.6TN
启动电流的相对值应保证为：
I st 3.5I N KI 0.64 I st 5.5I N
只有当自耦变压器降压比为0.8时，才满足KT≥0.56和 KI≤0.64的条件。故选用自耦变压器降压启动方法，变压器 的降压比为0.8。
U 2 N2 K 1,U 2 KU1 U1 N1
启动时加在电动机定子每相绕组的电 压是全压启动时的K倍，因而电流I2也 是全压启动时的K倍，即：
I 2 KI st
(注意：I2为变压器副边电流。Ist为全压启动时的 启动电流)；
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根据功率关系，由于有：
U 2 KU1
I1 KI 2 K I st
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4.自耦变压器降压启动
启动时1KM，2KM闭 合，KM断开，三相 自耦变压器T的三个 绕组连成星形接于三 相电源，使接于自耦 变压器副边的电动机 降压启动，当转速上 升到一定值后，1KM ，2KM断开，自耦变 压器T被切除，同时 KM闭合，电动机接 上全电压运行。
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副边电压与原边电压之比为：
2 2 1
Tst U
2 1
TstY
1 Tst 3
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优点是：设备简单、经济、启动电流小； 缺点是：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，并只适用于 正常运行时定子绕组按Δ接线的异步电动机。由于这 种方法应用广泛，我国规定4kW及以上的三相异步电 动机，其定子额定电压为380V，连接方法为Δ。当电 源线电压为380V时，它们就能采用Y—Δ换接启动。