电机与拖动基础8章

8.4 三相绕线式异步电动机的启动

前面我们已经分析了绕线式异步电动机的相关特性知识,从 中我们知道通过给绕线式异步电动机的转子侧串电阻可以 很好的改善电机的起动性能。
8.4.1
转子串频敏变阻器起动
• 频敏变阻器励磁阻抗：Z p Rp jX p
频敏变阻器与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在 以下两点： （1）频率为50Hz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗 小得多。这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致 使起动电流过小而减小起动转矩。 （2）频率为50Hz的电流通过时, Rp>>Xp，其原因是：频敏变 阻器中磁密取得高，铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因 此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损 耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变 压器相比较要大几百倍，因此较大。


一般地说，容量在7.5kw以下的小容量鼠笼式异步电动机 都可直接起动。启动电流较大有什么影响呢？ 1、首先对于绕组来说是非常不利的，如果电机是属于频 繁起动的，频繁出现短时大电流会使电动机内部发热较多 而过热。 2、变压器容量却是有限的。若变压器额定容量相对不够 大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压 短时下降幅度较大，超过了正常规定值。1）使当电动机 负载较重时，启动不了。2）影响由同一台配电变压器供 电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常， 重载的异步电动机可能停转等。
2 Ts U 1 Zk 2 ( ) u ( )2 Ts U1 Zk X

显然，定子串电抗器起动，降低了起动电流，但起动转矩降 低得更多。因此，定子串电抗器起动，只能用于空载和轻载。
8.2.2 Y一起动
在这里主要是利用了Y一电压之间的关系，我们知道在Y接 中线电压是相电压的3倍，注意这种方法只适用与绕组在 起动的时候是Y接，而运行的时候是接。

- n1 （- n） s 0 - n1
各 种 运 行 状 态 的 机 械 特 性
来自百度文库
8.5 三相异步电动机的各种运行状态

异步电动机的电磁转矩和转子的转速是同方向时，电动机运 行在电动状态，若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处 于制动状态。
而在制动运行状态中，根据 转矩和转速的不同情况，又可 分为：回馈制动、反接制动、 到拉反转及能耗制动等。

8.5.1 电动运行： 当工作在第Ⅰ象限时为正 向电动状态。工作在第Ⅲ 象限时为反向电动状态。
Is N2 U Is UN N1
Is N2 Is N1


降压启动自耦变压器一次电 流与直接启动时电流的关系
Is N2 2 ( ) Is N1
N2 N 1
2 2

降压启动转矩与直接 启动转矩的关系
T's U U Ts N
• 降低起动电流的方法有：①降低电源电压；②加大定子边电 抗或电阻；③加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只 有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反而可能减 小。 而直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备。
8.2 三想鼠笼异步电动机的降压启动
8.2.1 定子串接电抗器起动： 三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子 电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。

启动时，s＝1，转子回路中的电流的频率为5OHz。转子回 路串入Zp，而Rp>>Xp ，因此转子回路主要是串入了电阻。这 样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动电流，又 提高了起动转矩。

8.4.2 转子串电阻分级启动

为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异 步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。
8.4.2 转子串电阻分级启动
• 主要优点：可得到最大的起动转矩；而且转子回路只有电阻
没有电抗，启动过程中功率因数比串频敏变阻器还要高；启 动电阻同时可兼作调速电阻。 • 但当要求启动尽可能转矩大时，启动级数多，特别是容量 大的电动机，将需要较多的设备，投资大，维修不方便。而 且启动过程中能量损耗大，不经济。
8.5.4 倒拉反转制动运行


倒拉反转制动运行是转差率s＞1的一种稳态，其功 率关系与反接制动过程一样，电磁功率PM＞0，机械 功率Pm＜0，转子回路总铜耗pCu2=PM+|Pm|。但是倒 拉反转运行时负载向电动机送入的机械功率是靠着 负载贮存的位能的减少，是位能性负载倒过来拉着 电动机反转。 这种运行状态与直流电动机倒拉反转运行的情况是 一样的。

启动必须满足的条件是：启动电流要足够小；启动转矩要 足够大。 启动电流和启动转矩：
I 1s I' 2 s U1 )2 ( X 1 X 2 )2 ( R1 R2
2 3 pU1 R2 Ts )2 ( X 1 X 2 )2 ] 2f1 [( R1 R2
8.5.5 回馈制动运行

当三相异步电动机拖动位能性 恒转矩负载，电源为负相序 （A、 C、 B）时，电动机运 行于第IV象限，如图 中的B点， 电磁转矩T＞0，转速 n＜0,称 为反向回馈制动运行。
8.5.5 回馈制动运行
电动机的转速n<0 ，转差率为 从三相异步电动机等值电路上 2 1 s 0 Pm 3 I 2 R2 看出，电动机总的机械功率为 s 电磁功率为 2 R2 PM 3 I 2 0 s • Pm<0，表示机械功率输送给电机，减去转子铜损耗变为电 磁功率PM。PM<0 ，表示电机发出功率，减去定子损耗后， 回馈给电网。

直接启动时每相起动电压为 每相启动电流 I 每相启动电流 I I Y 3
U1 U N
启动线电流
I s 3I
U1 3 UN 3
• Y一启动时每相启动电压为 U 1
启动线电流 I I I S Y
I 1 IY 3 1 IS IS 3
3
• 电动机的运行点 从A-B-C ，到C点 后，-TL＜T＜TL 可以准确停车。
8.5.3 反接制动过程

当拖动较小负载转矩时，如 果反接制动停车，在降速到 n=0时切断电源并停车，否 则电动机会反向启动。
• 与他励直流电动机一样，三 相异步电动机反接制动停车 不能耗制动快，但能量损失 大。
8.5.3 反接制动过程


反接制动停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动 转矩进行。为了简单起见，可以认为反接制动后瞬间的 转差率s2，处于反接制动机械特性的s＝0～sm 之间。 鼠笼式异步电动机转子回路无法串电阻，因此反接制动 不能过于频繁。
8.5.4 倒拉反转制动运行

我们知道，拖动位能性恒 转矩负载运行的三相绕线 式异步电动机，若在转子 回路内串入一定值的电阻， 电动机转速可以降低。如 果所串的电阻超过某一数 值后，电动机还要反转， 称之为倒拉反转制动运行 状态。

采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低 到 N 2 倍，起动电流与起动转矩降低到 ( N 2 )2 倍。 N1 N1
实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如 QJ2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出厂 时接在73%抽头上）；QJ3型也有三种抽头，分别为40％、 60%、80%（出厂时接在 60％抽头上）等。这也是我们前面 所讲的优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带 重负载起动。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。

三相异步电动机的直接启动
对于电动机来说最简单、最直接的起动方法就是我们大家能 最先想到的直接起动法。由前面所介绍的机械特性出发，我 们知道如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最 初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cos2 很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。 普通鼠笼式三相异步电动机， 启动电流 Is=KI IN=(4~7)IN ,启动 转矩 Ts=KTTN=(0.9~1.3)TN
TS U 1 1 TS U 1 3
2
8.2.3 自耦变压器（启动补偿器） 降压启动

利用了自耦变压器有抽头可供选 用，可以实现不同要求的降压。

电动机启动电压与直 接启动时电压的关系
U N2 UN N1

降压启动电流与直接 启动时电流的关系
自耦变压器一次电流 与启动电流的关系
( Z jX ) U1 I 1s k U '1 I '1 s Z k
• 串电抗起动时，可以近似把 Zk看成是电抗性质。设串电抗时 电动机定子电压与直接起动时 电压比值为u。 U 1
U 1
Rk
jXk
I 1S
jX
Rk
jXk
I 1S
U 1
U1 IS Zk u I S U1 Zk X

8.5.2 能耗制动
2.能耗制动的机械特性
对鼠笼式电动机取：I==(4~5)I0 对绕线式电动机取：I==(4~5)I0
E2 N RS ( 0.2 ~ 0.4 ) 3I 2 N
8.5.3 反接制动过程

处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电 源的相序时，电动机便进入了反接制动过程。同时，转子回 路串入较大的制动电阻。
第8章 三相异步电动机的启动与制动
我们知道异步电动机的作用就是拖动负载工作， 那么关于它的起动、制动和调速问题就是我们关心 的重点。 在三相异步电动机电力拖动系统中，电动机转速、 电磁转矩、负载转矩等物理量的正方向，都按电动 机惯例规定。本章讨论三相异步电动机的起动、制 动及各种运行状态。

8.1


前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方 法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程 度不同地降低了起动转矩，因此只适合空载或轻 载起动。对于重载起动，尤其要求起动过程很快 的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。 加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线 式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于 鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电 阻值，这类电动机有高转差率鼠笼式异步电动机、 双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机。 下面介绍绕线式三相异步电动机的起动。
8.5.2 能耗制动
1. 能耗制动基本原理 切断电动机的三相交流电源，同时把直流电源通入它的定子绕 组，三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势。 空间固定不转的磁动势F=相对 于旋转的转子来说变成了一个旋 转磁动势,旋转方向为顺时针。显 然T与n反方向，电动机处于制动 运行状态，T为制动性的阻转矩。 在此转矩作用下电动机减速运行， 直到n＝0，T＝0，减速过程才完 全终止。