交流电机的起动和制动方式

S ed
cos ed
P
ed
ed
0.160 0.89 X 0.93
wenku.baidu.com
=0.193MVA
11
S
qd
k iq S ed •=7X0.193
•=1.35MVA
S d1
S
b
Ud%
S S
b "

0.5 0.5 0.04 25
=8.33MVA
12
8 X 1 ( X 0 S )l
ed
K S
iq
——电动机额定起动电流倍数；
——母线短路容量，MVA； ——变压器额定容量，MVA； ——变压器阻抗电压百分数；
d1
S
U
b
d%
S ——变压器一次侧短路容量，MVA； S ——电动机起动时，起动回路的额定输入容量，
q
"
MVA；
16
U ——母线额定电压，Kv;
m
Q ——母线其它负荷的无功功率，Mvar;
笼型电动机和同步电动机应优先采用全压起动，全压起 动时应满足下列条件： （1）起动时电压降不得超过允许值。一般经常起动的电动 机其电压降不得超过10%；不经常起动的电动机其电压 降不得超过15%；在保证生产机械所要求的起动转矩， 而又不影响其它用电设备的正常运行时，起动时电压降 可允许为20%或更大一些。 由单独变压器供电的电动机，起动时电压降的允许值由 生产机械所要求的起动转矩决定。 （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5-1，与供电变压器容量之间的关系见表5-2。 表5-2中所列的数据是根据以下条件求得的：
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
15
30
40
50
65
80
100 130 160 190 240
300
375
480
8
电动机起动时，应对变压器过负荷进行校验。若每昼夜起 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的负荷 率同前），则允许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，而 不应采用进一步降低起动电压的方法。这样会延长电动机的 起动时间，使变压器更加过热。电动机起动电流对变压器过 负荷的影响，主要是对绕阻绝缘有影响。详见下册附录24.1。
fh
S ——母线其它负荷，MVA； cos ——母线其它负荷的功率因数；
fh
fh
U
——电动机起动时的母线电压相对值； U ——电动机起动时的端电压相对值 8 （X 0 ）l，铜 X ——线路电抗，Ω，计入电阻后，铝线取 S 线取（X 0 5 ）l S X 0 ——线路单位长度的电抗，Ω/km,高压电缆或低压电线 穿管取0.08，低压电缆取0.07，架空线路取0.35； S——导线或电缆芯的截面mm2； L——线路长度，km。
8 0.150 (0.07 ) 120 2
1 1
=0.01Ω
S
q

S


qd
X U
1
1 2 m
1 0.01 1.35 0.382
=1.23MVA
13
Q
fh
S fh 1 cos2 fh
2
0.25 1 0.7
=0.178Mvar
U qm
S S
d1
d1
Q
fh
fh
Q Sq
8.33 0.178 8.33 0.178 1.23
=0.87(>0.85)
14
满足母线压降允许值的要求。
U
qd
U qm
S S
q
qd
1.23 0.87 X 1.35
=0.79 式中
S
ed
ed
——电动机的额定容量，MVA； ——电动机的额定功率，MW；
P
15
cos
——电动机额定功率因数； ed ——电动机额定效率； S qd ——电动机额定起动容量，MVA；
10
• 例 一台Y315M2-4笼形电动机（160Kw，380V，294A，1480r/min, cos ed=0.89, =0.93,=7）,由一台SL7-500/10（Ud%=4）变压器供 电，接至电动机的线路为两根长150m,截面为120mm铝芯电缆。变压 器一次侧的短路容量为25MVA。母线已有负荷为250kW功率因数 cosφfh=0.7。计算电动机起动时低压母线电压和电动机端电压。 • 解 电动机功率已接近表-2中所列最大功率，故需要对低压母线和电 动机端电压进行核算。
18
19
注意：
星形-三角形起动，冲击电流很大，瞬时可达电动机额定 电流20倍。 某厂，水泵200KW，额定电流364A，采用星形-三角形起 动，原设计选用NS630断路器，脱扣器MA500A，12.5倍， 结果起动时跳。 因为：500X12.5=6250<364X20=7280A。 后改为：800A的断路器，80012.5=10000A>7280A
qd
S
t
自耦变压器均具有65%和80%额定电压的两组抽头， 相应的起动转矩和起动电流分别为其额定值的42.3%及 64%。主回路接线见下图：
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起动时，KM1、KSC1、KSC2接通，KM2，断开， 起动后，KM1、KM2接通，KSC1、KSC2断开。 运行转换方式，采用电流、时间双重控制切换，当电流降到1.5倍时，由起动状 态切换到运行状态。当电流切换电路发生故障时，时间转换电路起作用，进行切 换。
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达速电压UR
输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜 率由电位器调节），电机不断加速。当输出电压 达到UR时，电机也基本达到额定转速，UR就称 为达速电压。
QB3软起动器在起动过程中自动监测达速电 压，当电机达到额定转速时，使输出电压上升到 额定电压。
对于不同的电机和负载，达速电压UR的数值 可能不同。
5
1）电动机与低压母线直接相连； 2）电动机起动电流倍数Kiq=7；额定功率因数cos e=0.85；效率=0.9； cos fh=0.7； 3）变压器的其它负荷为Sfh=0.5Sb， 或Sfh=0.6Sb, cos fh=0.8( 由这两种情况计算出 的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一种情 况时的计算值)； 4）变压器高压侧的短路容量Sdl=50Sb,Sb为变压器 额定容量。
6
表5-1 按电源容量允许全压起动的笼型电动机功率
电源
小容量发电厂
允许全压起动的笼型电 动机功率 每1kVA发电机容量为 0.1~0.12kW 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% 不超过电动机供电线路 上的短路容量的3% 电动机功率不大于变压 器额定容量的80%
3
5.1.3制动方式除机械制动（包闸）外，电气制动有三种： （1）能耗制动，定子绕组通直流，产生制动力矩； （2）反接制动，定子绕组电源相序反接产生制动力矩，冲击 大，因为有2倍电压。 （3）再生制动，位能负荷或逆变状态，使电机在发电状态下 产生制动力矩。
4
5.2笼型电动机起制动 5.2.1全压起动
20
5.2.3自耦变压器降压起动
自耦变压器降压起动通常用于要求起动转矩较高而起动电 流减小的场合。 起动用的自耦变压器的容量可按下式计算
S
或
bz
S N
qd
tq
S
S
bz
S t
qd
2
js
qd
(
U U
2
qd ed
)2
K S
iq
ed
21
式中
——电动机起动容量，KvA； U qd ——电动机起动电压，V； U ed ——电动机额定电压，V； K iq ——电动机起动电流倍数； Sed ——电动机额定容量，KvA； N ——电动机允许连续起动次数； q ——电动机一次起动时间，min； t js——电动机计算起动时间，，min; S bs ——自耦变压器容量，KvA。
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起动时间Ts
起动时间Ts指输出电压从0V上升到380V所需的时间， 也即输出电压在Us与UR之间的斜率。 电机的实际起动时间与负载大小有关，一般情况下 与Ts不一致。
5.2.5 能耗制动
将笼型电动机的交流供电电源切除后，立即向定子绕组 通以直流电流，此直流电流在定子绕组内产生的恒定磁 通与转子内感应电流相互作用，便产生制动转矩。制动 转矩的大小与直流电流的大小及电动机的转速有关。随 着转速降低，制动转矩急剧增加，当转速降到0.1~0.2同 步转速时，制动转矩达最大值。为了取得较好的制动特 性，制动电流通常取笼型电动机空载电流的3倍（或更 大一些）。此时最大制动转矩可达额定转矩1.9倍（或更 大一些）。原理图如下所示：
7
6（10）/0.4kV变压器
高压线路
变压器-电动机组
表5-2 6（10）/0.4kV变压器允许全压起动笼型电动机的最大功率
供电变压器的额定容量Sb(Kva) 起动时 的电压 降△U 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 125 1600 （%）
9
（3）大型电动机起动时，应保证电动机及其起动设备的 动稳定和热稳定电流应符合制造厂的规定。例如，电动 机的允许起动条件（全压起动或降压起动）和连续起动 次数（一般轧钢电动机连续起动次数为冷态3次，热态2 次）以及起动设备的热稳定等。对于同步电动机还应考 虑阻尼笼条的温度不超过制造厂的规定。 （4）全压起动电压降计算 低压笼型电动机应优先采用全压起动。当条件不允许全 压起动时，才考虑采用降压起动。 低压笼型电动机允许全压起动的最大功率和供电设备容 量之间的参考值见表5-1和表5-2。当电动机功率接近于 表5-1和5-2中最大功率时，应根据实际情况（如变压器 高压侧实际的短路容量，接至电动机的电缆截面和长度， 母线已有负荷及其功率因数，以及电动机的技术数据等） 进行核算，计算时采用有名值较为方便。
2
5.1.2降压起动时应满足下列条件： （1）降压起动时电动机的端电压应保证其起动转矩大于生产 机械的静阻转矩，即
U *qd 1*1M * j M *qd
式中 U qd ——起动时电动机端电压的标幺值； M j ——生产机械静阻转矩的标幺值。 M qd ——电动机起动转矩的标幺值。 • 生产机械所需的静阻转矩应由工艺或设备专业提供，在未 取得工艺资料，而又要进行估算时，可参照下册表24-4， 该表所列数据仅供参考。 • （2）大型电动机降压起动时，其端电压除应保证电动机的 起动转矩大于生产机械的静阻转矩外，还应符合制造厂对 电动机最低端电压的要求。
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5.2.4 晶闸管软起动
晶闸管软起动是一种无触点强电电路，双向控制，保护 功能全，作为笼型电动机降压起动，电流限制一般在 2.5~3.6倍，优于其它降压起动方式。下面以QB3型软起 动器为例进行说明。
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输出特性
TS
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起动电压Us 在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加。当软起 动器的输出电压较小时，电机力矩小于负载的静磨擦力矩， 不能使负载转动。随着输出电压的不断增大，电机力矩克 服了负载的静磨擦力矩，使负载开始转动。 QB3软起动器在起动时提供一个初始的起动电压Us, 可以将Us调节到大于负载的静摩擦力矩，使负载能立即 开始转动。 起动力矩由电位器（20~70%）
公司
徽标
主讲人：罗勇存
5.1概述 5.1.1交流电动机的各种起动方式 笼型异步电动机和同步电动机的起动方式一般有全压起 动、降压起动和变频起动三种。其中降压起动又分为： （1）星形——三角形降压起动； （2）延边三角形降压起动； （3）电阻降压起动； （4）电抗器降压起动； （5）自耦变压器降压起动； （6）晶闸管降压软起动。 同步电动机和高压笼型电动机一般只采用（4）、（5） 两种降压起动方式。 绕线型异步电动机的起动方式一般有频敏变阻器起动， 电阻分级起动和交流电力电子开关起动（交流电力电子 开关只用于交流低压电动机）。
qm
qd
l
17
5.2.2星形-三角形降压起动
星形-三角形降压起动适用于正常运行时绕组为三 角形接线，且具有6个出线端子的低压笼型电动机。 起动时电动机定子绕组接成星形，（此时绕组电 压为额定线电压的 ，起动转矩和起动电流为 全压起动时的 ），随后将三相绕组转接成三角 1 1 形（切换时间继电器控制，切换时间 0.4s~60s 之 3 3 间调整）。这种起动方式的起动转矩小，一般只 适用于轻载起动的场合。 • 星形-三角形起动，主回路接线见下图，起动时 KM1、KM3接通，KM2断开，起动后KM1、KM2 接通，KM3断开。