异步电机降压启动的仿真

《计算机仿真及应用B》

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异步电机降压启动的原理

降压启动通过降低起动时加在定子绕组上的电压来减小起动电流，起动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。降压起动虽然能减小起动电流，但是起动转矩也大大减小了，所以降压起动一般适用于中、大容量的异步起动机轻载或空载起动。

降压起动适用于容量大于或等于20kw并带轻载的工况。由于轻载，故电动机起动时电磁转矩很容易满足负载要求。主要问题是起动电流大，电网难以承受过大的冲击电流，因此必须降低起动电流。

在研究启动时，可以用短路阻抗R

k +jX

k

来等效异步电动机。电机的起动电流（即

流过R

k

+jX上的电流）与端电压成正比，而起动转矩与电机端电压的平方成正比，

也就是说起动转矩比起起动电流降的更快。降压之后再起动电流满足要求的情况下，还要校该起动转矩是否满足要求。

常用的降压起动方法有三种：定子串电抗（或电阻）降压起动；Y-Δ起动器起动；自耦变压器起动。

自耦变压器降压起动

在定子回路中串阻抗虽然能够满足电网减小起动电流的要求，但往往因为起动转矩过小而满足不了生产工艺的要求，为了解决这个矛盾人们采用自耦变压器起动。

自耦变压器降压起动是利用一台自耦变压器（又称起动补偿器）降低加到电动机定子绕组的电压以起动电动机，待电动机启动完成后，再把电动机直接接到电源上去。

图1为三相异步电动机自耦变压器的原理线路图。起动时。吧开关投向起动

边，即Q

2

端，电动机的定子绕组通过自耦变压器TA接到三相电源上，这时自耦变压器一次绕组加全压，而电动机定子电压仅为抽头部分的电压值，电动机减压

起动；当转速上升到稳定值后，开关投向运行变，即Q

1

端，这样自耦变压器TA 被短接，电动机的定子绕组被接上全压，进入正常运行。

图1 三相异步电动机自耦变压器起动的原理线路图

图2 自耦变压器降压原理图

图2为自耦变压器原理图。图中只绘出单相，U 1和I 1分别表示自耦变压器一次电压和一次电流，也就是电网电压和电流；U 2和I 2分别表示变压器的二次电压和二次电流，也就是电动机定子的电压和电流，W 1和W 2分别表示变压器的一次绕组及二次绕组匝数（W2即抽头部分的匝数）。略去自耦变压器的微小空载电流，并取其变比为K4，则：

K A =

21U U =q q I I 12=2

1

W W

略去自耦变压器的内阻抗，认为起动时的端电压为U 2，故电动机的定子绕组的启动电流为：

I 2q =

k Z U 2=K

A Z K U 1

=I 1Z /K A 其中I 1z =U 1/Z K 代表电动机端电压为U1时的直接起动电流。 降压启动时电网供给自耦变压器的原机启动电流I 1q 为: I 1q =I 2Q /K A =I 1/K A 2

所以，当采用自耦变压器进行压降启动时，如果自耦变压器的变比为K A ，，则电网提供的起动电流I 1q 等于电动机的起动电流I 2q 的

A

K 1

，而和电动机投入电网电压U 1时的直接起动电流I 1z 相比，I 1q 只相当于I 1z 的1/K 2A 。降压启动，电动机的起动转矩和电压的平方成正比，故采用变比为K A 的变压器进行降压启动时，降压启动转矩也等于直接起动转矩的1/K 2A 。换句话说：如果采用自耦变压器降压启动，则起动电流变化的比值和和转矩变化的比值是相等的，都是直接起动时的1/K 2A

自耦变压器降压起动具有较大的起动能力和承受机械负载波动的能力，且自由变压器的二次绕组一般有三个抽头可供不同负载起动时选择，应用很广泛，使用于容量较大的低压电动机。他的缺点是体积大，质量大，价格高，起动线路较杂，滑块触点氧化，需维护检修。

异步电机降压启动仿真模型

图中为异步电动机自耦变压器降压起动仿真模型。起动时，串联的一组breaker开关合上，并联在变压器两端的一组breaker开关打开，这样使得变压器接入电源，其二次侧抽头接电动机，使电动机降压起动。当转速接增加到一定转速时，将串联的一组开关打开，并联在变压器两端的开关闭合，则电动机接入全电压（此时自耦变压器已经脱离电源），继续起动，但此时的电流冲击已经很小。再过一小段时间，电机进入正常运行状态。升压时间为1s时的仿真波形：（转子电流、定子电流、转速、转矩波形）

升压时间为2s时的仿真波形：（转子电流、定子电流、转速、转矩波形）升压时间为3s时的仿真波形：（转子电流、定子电流、转速、转矩波形）