第8章 三相异步电动机的启动与制动
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—电机与拖动基础—
第8章 三相异步电动机的启动与制动
主要内容
异步电动机的启动电流和启动转矩的分析； 笼型异步电动机的启动方法； 绕线式异步电动机的启动方法； 三相异步电动机的各种运行状态
2020/8/5
1
§8.1 三相异步电动机的直接启动
—电机与拖动基础—
要求：根据转矩的物理公式学会分析异步电动机启动时各物 理量的变化情况。
虽然启动电流和转子侧电流较大，但启动转矩并不大，一 般只有额定转矩的1~2倍。
2020/8/5
3
§8.1.2 三相异步电动机的启动要求
—电机与拖动基础—
电动机启动的一般要求是：足够大的启动转矩，较小的启
动电流，启动设备尽可能简单，易于操作，并有良好的经济性。
电动机只有在转矩Tst大于等于1.1TL时，才能带动负载快 速启动达到正常值，过大的启动电流会造成较大的线路电压降， 影响接在同一台配电变压器上的其他负载的正常运行。对于频 繁启动的异步电动机，大的启动电流也会造成电机内部发热过 多而损坏电机。
实际上启动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如 QJ 2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出 厂时接在73%抽头上）；QJ 3型也有三种抽头，分别为40％、 60%、80%（出厂时接在 60％抽头上）等。但是，自耦变压器 体积大，价格高，也不能带重负载启动。自耦变压器降压起动 在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。
自耦变压器启动时启动转矩为TS’，与 直接启动时启动转矩TS之间的关系为：
2020/8/5
TS' ( U ' )2 ( N 2 )2
Ts U N
N1
—电机与拖动基础—
运行 启动
I’S N
IS’’ U’
10
—电机与拖动基础—
采用自耦变压器降压启动时，与直接启动相比较，电压降 低到N2/N1倍，启动电流与启动转矩降低到(N2/N1)2倍。
直接启动时电压比值为u，则
I1s U1 u zk
I1s U1
zk X
Ts (U1 )2 u 2 ( zk )2
Ts U1
zk X
2020/8/5
只能用于空载和轻载
6
电抗X大小的计算
I s u zk
Is
zk X
—电机与拖动基础—
X
1u u
Zk
zk
UN 3Is
UN 3K1I N
2、启动转矩和功率因数分析
—电机与拖动基础—
cos θ2s
r2 r22 x22
最初的启动转矩为：
Ts
2f1
(r1
3 pU12r2 r2)2 (x1
x2 )2
可见，启动电流要比额定电流大很多，约为额定电流的5~7
倍，启动时功率因数很低，大约为0.2左右，根据转矩的物理公
式：
T CTj 1I2 cos2
直接启动最为简单，当电网有足够的容量，应尽可能采取 此法。
存在的主要问题：启动电流很大，造成的电压降会影响同
一电网变压器下的其他电气设备的正常工作，电源容量越大，
这种不良影响越小。
2020/8/5
4
多大容量电动机可以直接启动？
—电机与拖动基础—
1、用电单位有独立的变压器，对不经常启动的异步电动机，其 容量小于变压器容量的30%可允许直接启动； 2、对于需要频繁启动的电动机，容量应小于变压器容量的20%， 才能允许启动。
3
8
—电机与拖动基础—
I s IY
1 3 I
I 'S I / 3 1
IS
3I 3
若直接启动时启动转矩为 Ts ，星三角启动时启动转矩为 Ts
则：
Ts
U (
1
)
2
1
Ts
U1
3
说明，星三角启动时，尽管相电压和相电流与直接启动时相比
降低到原来的1／ 3 ，但是对供电变压器造成冲击的启动电流则 降低到直接启动时的1／3。启动转矩降低到直接启动时的1／3
2020/8/5
5
§8.2 三相鼠笼型异步电机的启动
—电机与拖动基础—
要求：掌握降压启动中常用的四种启动方法
掌握两种特殊的笼型异步电动机启动方法
掌握与笼型异步电动机有关的一些概念
§8.2.1 定子串接电抗器启动
U1 I1s (zk jX )
U '1 I'1s zk
Xst
设串电抗时电动机定子电压与
若定子回路串电阻启动，也属于降压启动，也可以降低
启动电流。但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特
别对中型、大型异步电动机更不经济。
定子串电阻或电抗启动的特点为： 启动平稳、运行可靠、 方法简单,降压后，启动转矩 Tst 与电压的平方成正比例降低， 启动电流 Ist 与电压成正比例降低。
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§8.2.2 定子绕组星-三角形接法切换启动 —电机与拖动基础—
△接时每相电压等于线电压U1=UN,每相启动电流为 I Δ ,线上的启 动电流为 Is 3IΔ 。而当启动时定子绕组Y接，每相启动电压为
U 1
U1 3
UN 3
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每相启动电流为
IY U1 U N /
3
1
I U1
UN
3、如果动力负载与照明负载共用一个电源，允许直接启动的异 步电动机的容量，应按启动时所引起的电压降不超过5%为原则。
4、电网容量越大，允许直接启动异步电动机的容量也随之增大。 5、（1）异步电动机的功率小于7.5 KW
（2）异步电动机的功率大于7.5 KW 时 KI = I1st/I1N < 0.25*[3+(电源总容量/启动电动机容量）]
可用于拖动
TL
Ts 1.1
Ts 1.1 3
0.3Ts
的轻负载。
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§8.2.3 自耦变压器启动
Байду номын сангаас
由变压器原理知： U’/UN = N2/N1
设启动时：
电压
UN U’
电流
Is Is’’
I’’/Is = ( U’/UN =) N2/N1
IS’/IS’’ = N2/N1
IS’/Is = (N2/N1)2
§8.1.1 异步电动机的启动过程分析
异步电动机的启动：是指电机从静止
状态加速到稳态转速的整个过程。包括最 初的启动状态和加速过程。
I1
1、启动电流分析
等效电路如右图所示。
U1
I1s
U1 ( r1 r2 )2 ( x1 x2 )2
r1 x1
x2' r2'
I2'
r2
1
s
s
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2
表8-1
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11
§8.3 高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机
—电机与拖动基础—
§8.3.1 转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机
这种电动机的转子导条不是采用普通的 n
铝条，而是采用电阻率较高的铝合金， 通过 n1 1
第8章 三相异步电动机的启动与制动
主要内容
异步电动机的启动电流和启动转矩的分析； 笼型异步电动机的启动方法； 绕线式异步电动机的启动方法； 三相异步电动机的各种运行状态
2020/8/5
1
§8.1 三相异步电动机的直接启动
—电机与拖动基础—
要求：根据转矩的物理公式学会分析异步电动机启动时各物 理量的变化情况。
虽然启动电流和转子侧电流较大，但启动转矩并不大，一 般只有额定转矩的1~2倍。
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3
§8.1.2 三相异步电动机的启动要求
—电机与拖动基础—
电动机启动的一般要求是：足够大的启动转矩，较小的启
动电流，启动设备尽可能简单，易于操作，并有良好的经济性。
电动机只有在转矩Tst大于等于1.1TL时，才能带动负载快 速启动达到正常值，过大的启动电流会造成较大的线路电压降， 影响接在同一台配电变压器上的其他负载的正常运行。对于频 繁启动的异步电动机，大的启动电流也会造成电机内部发热过 多而损坏电机。
实际上启动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如 QJ 2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出 厂时接在73%抽头上）；QJ 3型也有三种抽头，分别为40％、 60%、80%（出厂时接在 60％抽头上）等。但是，自耦变压器 体积大，价格高，也不能带重负载启动。自耦变压器降压起动 在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。
自耦变压器启动时启动转矩为TS’，与 直接启动时启动转矩TS之间的关系为：
2020/8/5
TS' ( U ' )2 ( N 2 )2
Ts U N
N1
—电机与拖动基础—
运行 启动
I’S N
IS’’ U’
10
—电机与拖动基础—
采用自耦变压器降压启动时，与直接启动相比较，电压降 低到N2/N1倍，启动电流与启动转矩降低到(N2/N1)2倍。
直接启动时电压比值为u，则
I1s U1 u zk
I1s U1
zk X
Ts (U1 )2 u 2 ( zk )2
Ts U1
zk X
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只能用于空载和轻载
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电抗X大小的计算
I s u zk
Is
zk X
—电机与拖动基础—
X
1u u
Zk
zk
UN 3Is
UN 3K1I N
2、启动转矩和功率因数分析
—电机与拖动基础—
cos θ2s
r2 r22 x22
最初的启动转矩为：
Ts
2f1
(r1
3 pU12r2 r2)2 (x1
x2 )2
可见，启动电流要比额定电流大很多，约为额定电流的5~7
倍，启动时功率因数很低，大约为0.2左右，根据转矩的物理公
式：
T CTj 1I2 cos2
直接启动最为简单，当电网有足够的容量，应尽可能采取 此法。
存在的主要问题：启动电流很大，造成的电压降会影响同
一电网变压器下的其他电气设备的正常工作，电源容量越大，
这种不良影响越小。
2020/8/5
4
多大容量电动机可以直接启动？
—电机与拖动基础—
1、用电单位有独立的变压器，对不经常启动的异步电动机，其 容量小于变压器容量的30%可允许直接启动； 2、对于需要频繁启动的电动机，容量应小于变压器容量的20%， 才能允许启动。
3
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—电机与拖动基础—
I s IY
1 3 I
I 'S I / 3 1
IS
3I 3
若直接启动时启动转矩为 Ts ，星三角启动时启动转矩为 Ts
则：
Ts
U (
1
)
2
1
Ts
U1
3
说明，星三角启动时，尽管相电压和相电流与直接启动时相比
降低到原来的1／ 3 ，但是对供电变压器造成冲击的启动电流则 降低到直接启动时的1／3。启动转矩降低到直接启动时的1／3
2020/8/5
5
§8.2 三相鼠笼型异步电机的启动
—电机与拖动基础—
要求：掌握降压启动中常用的四种启动方法
掌握两种特殊的笼型异步电动机启动方法
掌握与笼型异步电动机有关的一些概念
§8.2.1 定子串接电抗器启动
U1 I1s (zk jX )
U '1 I'1s zk
Xst
设串电抗时电动机定子电压与
若定子回路串电阻启动，也属于降压启动，也可以降低
启动电流。但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特
别对中型、大型异步电动机更不经济。
定子串电阻或电抗启动的特点为： 启动平稳、运行可靠、 方法简单,降压后，启动转矩 Tst 与电压的平方成正比例降低， 启动电流 Ist 与电压成正比例降低。
2020/8/5
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§8.2.2 定子绕组星-三角形接法切换启动 —电机与拖动基础—
△接时每相电压等于线电压U1=UN,每相启动电流为 I Δ ,线上的启 动电流为 Is 3IΔ 。而当启动时定子绕组Y接，每相启动电压为
U 1
U1 3
UN 3
2020/8/5
每相启动电流为
IY U1 U N /
3
1
I U1
UN
3、如果动力负载与照明负载共用一个电源，允许直接启动的异 步电动机的容量，应按启动时所引起的电压降不超过5%为原则。
4、电网容量越大，允许直接启动异步电动机的容量也随之增大。 5、（1）异步电动机的功率小于7.5 KW
（2）异步电动机的功率大于7.5 KW 时 KI = I1st/I1N < 0.25*[3+(电源总容量/启动电动机容量）]
可用于拖动
TL
Ts 1.1
Ts 1.1 3
0.3Ts
的轻负载。
2020/8/5
9
§8.2.3 自耦变压器启动
Байду номын сангаас
由变压器原理知： U’/UN = N2/N1
设启动时：
电压
UN U’
电流
Is Is’’
I’’/Is = ( U’/UN =) N2/N1
IS’/IS’’ = N2/N1
IS’/Is = (N2/N1)2
§8.1.1 异步电动机的启动过程分析
异步电动机的启动：是指电机从静止
状态加速到稳态转速的整个过程。包括最 初的启动状态和加速过程。
I1
1、启动电流分析
等效电路如右图所示。
U1
I1s
U1 ( r1 r2 )2 ( x1 x2 )2
r1 x1
x2' r2'
I2'
r2
1
s
s
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表8-1
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§8.3 高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机
—电机与拖动基础—
§8.3.1 转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机
这种电动机的转子导条不是采用普通的 n
铝条，而是采用电阻率较高的铝合金， 通过 n1 1