三相异步电动机的起动

主要内容：
1.了解三相异步电动机直接起动的特点 2. 掌握三相鼠笼异步电动机的降压起动的三 种方式 3. 熟悉高启动转矩的鼠笼异步电动机的原理
4. 掌握线绕型三相异步电动机的起动原理
起动性能指标
起动电流倍数 Is 、起动转矩倍数 Ts 、
IN
TN
起动时间、起动过程中的功率损耗及起动设
备的简单性和可靠性等。
K1
作用在定子绕组上的电压降
低了，绕组中起动电流和电
压成正比，当然起动电流减 jX
K2
小了，以满足对起动电流的
要求。起动完毕后闭合
K
，
2
电机进入正常运行。
M
Rk
jXk
U& N I&s
jX
Rk
jX k
U& N I&s'
U&1'
Is
U
直接启动
N
Zk
定子串电抗器启动
I' UN
U' 1
UN
s Zk jX Zk Zk X
流的集肤效应。
h
2）深槽式三相鼠笼异步电动机 电机刚起动时，转子电流集肤效应现象明显，
使得绝大多数转子电流都被挤到槽口很小部分的 导体内（如下图），实际转子导条的电 阻值明显增加，因此起动时起动 电流较小，起动转矩却较大。
随着转子转速的提高，集肤 效应逐渐减弱，转子电阻随转速 就慢慢减小，因此这种电机既限 制了起动电流，同时在整个起动 过程中都有较大的电磁转矩。
动时，起动电流倍
数 Is ＝4 —7，起
IN
动转矩倍数
Ts
＝
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1.4—2.2。
0
Ts
I s
T
启动电流大的影响： 对电动机本身影响不大； 供电变压器容量远大于电动机容量时，影响不
大； 供电变压器容量比电动机容量大得不多时，启
动电流使得变压器输出电压大幅下降，电动机启 动转矩会下降，电机无法启动，另外影响变压器 所带的其它负载。所以对于供电变压器容量比电 动机容量大得不多时，不允许直接启动。
2）深槽式三相鼠笼异步电动机 这种电机转子槽型深而窄，其深宽比约为
10－20，而普通鼠笼型异步电动机这个比值不 超过5。
转子导条中有交流电流流过时， 其槽漏磁通分布如图所示：和槽底部 分的导体交链的漏磁较多，而和槽口 部分的导体交链的漏磁很少，这样对 应于槽底部分导体的漏抗要远远大于 槽口部分导条的漏抗。
启动时希望启动转矩大，而启动电流小。 通常，只有在7.5kW容量的小型鼠笼型电动
机可采用直接启动。直接启动优点是不需要专 门设备，缺点是启动电流大。
降低启动电流的方法：降低电压起动 加大启动转矩的方法：绕线式电机增加转子电阻
第二节 三相鼠笼型电动机降压起动
1）定子串电抗器（电阻器）起动
电抗器起到了分压作用，
有：1）鼠笼用电阻率较高的材料；2）改变转 子槽型，利用集肤效应。它们都增大了起动转 矩，减小了起动电流。
2）深槽式三相鼠笼异步电动机
由于电机转子槽型深而窄，因此转子漏
抗相对普通电机的要大；在电机起动时，转
子频率 f2 sf1 较高，转子漏抗相对其电
阻值也大，这样使得转子电流的大小主要决
定于转子漏抗的大小。
0
i
因此转子导条内电流的分布是不均
匀的：槽底部分电抗大，电流小，槽口
部分电抗小，电流大，这种现象称为电
U U
' 1
1
2
1 3
3）自耦降压起动
三相鼠笼型电动机采
用自耦变压器降压起动时，
开关 K投向起动侧，起动完
毕后开关 K投向运行侧。自
耦降压起动时电动机电压下
降为 U ' ，与直接起动时电
压 UN
的关系为 U ' N2
U N N1
电动机降压起动时电流为
I
'' s
，与直接起动
时的起动电流 Is 之间关系为：
第三节 高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机
1）转子电阻值较大的鼠笼型异步电动机 普通浇注的鼠笼都采用铝，有些鼠笼采用
合金铝（锰铝或硅铝），或者改变转子槽型， 减小导体截面积；普通焊接式的鼠笼采用紫铜， 用些采用电阻率较高的黄铜，目的都是为了增 加转子电阻值。 机械特性曲线1为普通 鼠笼电机的；曲线2为高转 差率电机的；曲线3为起重 冶金用电机的。
设串电抗时定子电压 U&1' 与直接起动时定子额
定电压 U&N 的比值为 u 。则：
U1/ u Zk
UN
Zk X
I
' s
U1/
u
Zk
Is UN
Zk X
Ts' Ts
U1/ UN
2
u2
Zk Zk
X
2
X
1u u
Zk
2）Y－△起动
对于正常运行时定子
绕组采用“D”联结的异步电
动机，起动时定子“Y”联结，
I
'' s
U'
N2
Is U N N1
自耦变压器高压侧的起动
电流
I
' s
，与
I
'' s
之间的关系为：
I
' s
U'
N2
I
'' s
UN
N1
因此，自耦变压器降压起动与直接起动相
比，供电变压器（或电网）提供的起动电流之
间关系为：
I
' s
Is
N2 N1
2
自耦降压起动，与直接
起动时，起动转矩之间关系
3）双笼式三相鼠笼异步电动机 电机转子上装有并联的两套鼠笼：内笼导
条截面大，电阻小；外笼导条截面小电阻大。
电机起动时，电流分布也主 要决定于漏电抗的大小和分布（ 电流集肤效应），转子电流主要 由外笼流通，外笼为起动笼。
正常运行时，集肤效应基本 消失，电流主要由内笼流通，内 笼为运行笼。
本节小结: 起动转矩比较大的鼠笼电机，实现的办法
起动完毕后换成“D”联结。
这样起动时，每相起动电压
大小和直接起动时每相电压
大小之间的关系：
U1'
U1 3
UN 3
每相起动电流 IY 为:
IY U1' U N 3 1
I U1
UN
3
起动线电流
I
' s
为:
I
' s
IY
1 3
I
，
I I
' s
s
I 3 3I
1 3
起动转矩 Ts' 为:
Ts' Ts
我们对第一个指标最为关注，因为很大 的起动电流会使供电变压器输出电压明显下 降，这样会影响变压器的其它用户的正常用 电，以及对本身电机的起动产生不利影响。
第一节 三相异步电动机的直接起动
电机投入电网，电动机从静止状态转起来，
升速到稳定运行时的转速，这个过程称为启动
过程。
n I
0
异步电动机在
额定电压下直接起
为：
Ts' Ts
U' UN
2
N2 N1
2
起动方法 直接起动
起动电压相对 起动电流相对 起动转矩
值（电动机相 值（供电变压 相对值
电压）
器线电流）
1
1
1
启动设备 最简单
串电抗起动
u
Y－ △起动
1
3
自耦降
压起动
u
u
u2
一般
1
1
简单，只适用于
3
3
D联结380V电机
u2
u2
较复杂
这里介绍的几种鼠笼型电动机降压起动的方法， 主要目的是限制起动电流，但同时起动转矩也不同程 度的降低了，因此只适用于轻空载起动。