电动机直接启动与变压器容量的关系分解

电动机直接启动与变压器容量的关系

交流电动机以其结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜、转子惯量小等特点，得到了最广泛的应用。

但其启动电流高达电机额定电流的5～10倍，不仅对电动机及所拖动的设备造成电气和机械损伤，而且引起电网电压下降，影响同一电网的其他电气设备的运行。

为了保证电动机启动时对端电压的要求和避免对同一电网的其他电气设备的运行的影响，就需要增大电源变压器的容量，一般来说，需要经常直接启动的电动机其功率不大于变压器容量的20％；不需要经常直接启动的电动机其功率不大于变压器容量的30％。

如果采用直接启动方式，不仅需要增大变压器的一次投资，而且更重要的是增大了变压器的基本电费（容量电费）。因此，这种启动方式，大型电动机已极少采用。需要采用降压启动和软启动方式。

验证电动机能否直接起动的经验公式

电动机能否直接起动，可有下列经验公式来确定：

式中：C——系数，随电源总容量的比值而变动，见下表；

I

——电动机的起动电流，安；

Q

I

——电动机额定电流，安；

n

电源总容量

1 1.5

2 2.5

3 3.5

4 4.

5 5 5.5 6

电动机容量

C 1 0.750 0.625 0.550 0.500 0.465 0.438 0.417 0.400 0.381 0.375

例：设电源总容量为2000千瓦，电动机的容量为910千瓦。则：

从表中查出C值为0.625

因此,在这种情况下电动机是可以直接起动的。

三相异步电动机的启动控制线路

三相异步电动机具有结构简单，运行可靠，坚固耐用，价格便宜，维修方便等一系列优点。与同容量的直流电动机相比，异步电动机还具有体积小，重量轻，转动惯量小的特点。因此，在工矿企业中异步电动机得到了广泛的应用。三相异步电动机的控制线路大多由接触器、继电器、闸刀开关、按钮等有触点电器组合而成。三相异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机，二者的构造不同，启动方法也不同，其启动控制线路差别很大。

一、鼠笼式异步电动机全压启动控制线路

在许多工矿企业中，鼠笼式异步电动机的数量占电力拖动设备总数的85%左右。在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。

电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。图1是电动机单向起动控制线路的电气原理图。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。

图1单向运行电气控制线路

在图1中，主电路由隔离开关QS、熔断器FU、接触器KM的常开主触点，热继电器FR的热元件和电动机M组成。控制电路由起动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM线圈和常开辅助触点、热继电器FR的常闭触头构成。

控制线路工作原理为：

1、起动电动机合上三相隔离开关QS，按起动按钮SB2，按触器KM的吸引线圈得电，3对常开主触点闭合，将电动机M接入电源，电动机开始起动。同时，与SB2并联的KM的常开辅助触点闭合，即使松手断开SB2，吸引线圈KM通过其辅助触点可以继续保持通电，维持吸合状态。凡是接触器（或继电器）利用自己的辅助触点来保持其线圈带电的，称之为自锁（自保）。这个触点称为自锁（自保）触点。由于KM的自锁作用，当松开SB2后，电动机M仍能继续起动，最后达到稳定运转。

2、停止电动机按停止按钮SB1，接触器KM的线圈失电，其主触点和辅助触点均断开，电动机脱离电源，停止运转。这时，即使松开停止按钮，由于自锁触点断开，接触器KM线圈不会再通电，电动机不会自行起动。只有再次按下起动按钮SB2时，电动机方能再次起动运转。

也可以用下述方式描述：

合上开关QS

起动→KM主触点闭点→电动机M得电起动、运行

按下SB2→KM线圈得电—→KM常开辅助触点闭合→实现自保

停车→KM主触点复位→电动机M断电停车

按下SB1→KM线圈失电—→ KM常开辅助触点复位→自保解除

3、线路保护环节

（1）短路保护

短路时通过熔断器FU的熔体熔断切开主电路。

（2）过载保护

通过热继电器FR实现。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件上流过几倍额定电流的电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机起动时间不太长的情况下，热继电器经得起电动机起动电流的冲击而不会动作。只有在电动机长期过载下FR才动作，断开控制电路，接触器KM失电，切断电动机主电路，电动机停转，实现过载保护。

（3）欠压和失压保护

当电动机正在运行时，如果电源电压由于某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备的损坏，甚至造成人身事故。对电网来说，同时有许多电动机及其他用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫失压保护或零压保护。

当电动机正常运转时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路不正常工作，可能产生事故；电源电压过分地降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定允许值以下时将电源切断，这就是欠电压保护。

欠压和失压保护是通过接触器KM的自锁触点来实现的。在电动机正常运行中，由于某种原因使电网电压消失或降低，当电压低于接触器线圈的释放电压时，接触器释放，自锁触点断开，同时主触点断开，切断电动机电源，电动机停转。如果电源电压恢复正常，由于自锁解除，电动机不会自行起动，避免了意外事故发生。只有操作人员再次按下SB2后，电动机才能起动。控制线路具备了欠压和失压的保护能力以后，有如下三个方面优点：

•防止电压严重下降时电动机在重负载情况下的低压运行；

•避免电动机同时起动而造成电压的严重下降；

•防止电源电压恢复时，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。

二、三相鼠笼式异步电动机降压起动线路

鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动。这是因为异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的4-7倍。过大的起动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减少电动机本身的起动转矩，甚至使电动机根本无法起动，还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。如何判断一台电动机能否全压起动呢？一般规定，电动机容量在10kW以下者，可直接起动。10kW以上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的电动机，一般用下面的经验公式来估计。

Iq/Ie≤3/4+电源变压器容量(kVA)/[4×电动机容量(kVA)]

式中 Iq—电动机全电压起动电流（A）；Ie—电动机额定电流（A）。

若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压起动，否则不予全压起动,应考虑采用降压起动。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式。

鼠笼式异步电动机降压起动的方法有以下几种：定子电路串电阻（或电抗）降压起动、自耦变压器降压起动、Y-△降压起动、△-△降压起动等.使用这些方法都是为了限制起动电流,(一般降低电压后的起动电流为电动机额定电流的

2-3倍)，减小供电干线的电压降落，保障各个用户的电气设备正常运行。

1、串电阻（或电抗）降压起动控制线路

在电动机起动过程中，常在三相定子电路中串接电阻（或电抗）来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起动，以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时，切除串联电阻（或电抗），使电动机进入全电压