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1、Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,,,,第十一章 三相異步電動機的起動及起動設(shè)備的計算,,,11.2 改善起動性能的三相異步電動機,,,11.3 三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算,,,,,11.5三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算,,,,,,11.1 三相異步電動機的起動方法,11.4 三相籠型異步電動機起動自耦變壓器的計算,,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,起動電流倍數(shù)I1st/I1N; 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN; 起動時間； 起動時消耗的能量； 起動設(shè)備的簡單

2、和可靠； 起動的過渡時間,三相異步電動機的起動性能指標(biāo),Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,第一節(jié) 三相異步電動機的起動方法,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,三相籠型異步電動機的起動方法有： 直接起動 減壓起動 軟起動 三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法： 轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動 轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動,三相異步電動機的起動方法,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,（一）直接起動（全壓起動） 條件：1）異步電動機功率低于7.5KW；

3、2）若功率大于7.5KW ，,三相籠型異步電動機的起動方法,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,直接起動時的影響： a）起動電流較大，可達(dá)額定電流的47 倍，甚至達(dá)到812倍。 b）過大的起動電流造成電機過熱，影響電動機的壽命。 c）過大的起動電流使電動機受到電動力的沖擊，繞組變形可能造成短路而燒毀電動機。 d）過大的起動電流會使電網(wǎng)線路電壓降增大，對同一線路中的其他電器設(shè)備造成影響。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,定子串電阻或電抗減壓起動； 自耦變壓器減壓起動； 星形三角形（Y）

4、起動 延邊三角形起動,常用的減壓起動方法,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,（1） 電阻減壓或電抗減壓起動,起動過程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動電流在電阻或電抗上將產(chǎn)生壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也從而得到減小。 工作過程：起動時將Q2投向“起動”位置，再合上電源主開關(guān)Q1（起隔離電源作用），電動機減壓起動。待電機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速，把Q2投向“運行”位置，切除電阻或電抗，電壓全加到定子繞組上，電動機起動結(jié)束。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,電阻減壓或電抗減壓

5、起動的特點： （1）起動平穩(wěn)、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單。 （2）電壓減壓后，起動轉(zhuǎn)矩與電壓的成平方比地減小，因此一般用在輕載起動的場合。 （3）電抗減壓起動一般用于高壓電動機，電阻減壓起動一般用于低壓電動機。 （4）存在手動及自動等多種控制線路，成本較高，起動時電能消耗較多，實際應(yīng)用較少。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,（2）自耦減壓起動,利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流。,Ix,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,工作過程：起動時開關(guān)投向“起動”位置。自耦變壓

6、器串接入定子側(cè)，而定子電壓只是自耦變壓器二次側(cè)電壓，即減壓起動。待電機速度接近額定轉(zhuǎn)速時，開關(guān)投向“運行”位置，切除自耦變壓器，起動結(jié)束。,特點：,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,（3）星形三角形起動,起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結(jié)成三角形。這樣，起動時聯(lián)結(jié)成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)結(jié)時的 ，因此，聯(lián)結(jié)成星形起動時的線路電流只有聯(lián)結(jié)成三角形直接起動時線路電流的1/3 。 另外，起動轉(zhuǎn)矩 也要降低到直接起動時的1/3，因此這種起動方法只適用于空載或輕載起動。,Copyright 2008,

7、 , TW. All rights reserved.,工作過程：將開關(guān)Q2投向“Y”位置，再合上開關(guān)Q1，定子接成星形，電動機降壓起動，待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將開關(guān)Q2迅速投向“三角形”位置，使定子繞組接成三角形工作，起動過程結(jié)束。 注意：停機后，應(yīng)該將Q2斷開，使其處在中間位置，以避免下次起動構(gòu)成直接起動。,特點： （1）只適用于正常運轉(zhuǎn)時定子為三角形聯(lián)結(jié)的電動機。 （2）體積小、運行可靠，檢修方便。 （3）起動電壓只能降低 。 （4）起動電流降低為1/3，起動轉(zhuǎn)矩也降低為1/3，適用于空載起動或輕載起動。,Copyright 2008, , TW. All rights

8、 reserved.,（4）延邊三角形起動,利用電動機引出的9個出線端（即每相定子繞組多引出一個出線端）的一種聯(lián)結(jié)法，能達(dá)到減壓起動的目的。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,采用一些自動控制線路組成的軟起動器（磁控式或電子式）實現(xiàn)籠型異步電動機的無級平滑起動，稱為軟起動方法： （1）限流或恒流起動法：主要用于輕載軟起動 （2）斜坡電壓起動法：主要用于重載軟起動 （3）轉(zhuǎn)矩控制起動法：較好的重載軟起動方法 （4）轉(zhuǎn)矩加脈沖突變控制起動法：適用于重載軟起動 （5）電壓控制起動法：較好的輕載軟起動方法,（三） 軟起動方法（優(yōu)先考慮）,Copy

9、right 2008, , TW. All rights reserved.,1、轉(zhuǎn)子串接電阻起動,三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法,電動機起動時，變阻器應(yīng)調(diào)在最大電阻位置，然后將定子接通電源，電動機開始轉(zhuǎn)動。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時舉起電刷 。 注：該方法既可限制起動時的轉(zhuǎn)子及定子電流，還能增大起動轉(zhuǎn)矩，減少起動時間，有較好的起動特性，適用于功率較大的重載起動。,,轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱 電阻時的人為機械特性,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,2、轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動,

10、頻敏變阻器的特點：其電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而自動減小，使電動機能平滑起動。,當(dāng)電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大, 值也因之較大，起限制起動電流及增大起動轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及 值跟著下降，使電動機起動平滑。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,第二節(jié) 改善起動性能的三相異步電動機,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,集膚效應(yīng),將導(dǎo)體看成許多單元導(dǎo)體的并聯(lián)；漏磁通只穿過槽一次，由槽底鐵心形成閉合回路，。 越

11、接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少， 即漏抗??；接近槽底的單元，漏抗大， 使導(dǎo)體電流密度分布不均， 產(chǎn)生把電流向槽口排擠的集膚效應(yīng)； 電機起動時，轉(zhuǎn)速越低， 轉(zhuǎn)子電流頻率越高， 集膚效應(yīng)越突出； 導(dǎo)體的導(dǎo)電高度和截面縮小， 轉(zhuǎn)子電阻增加，從而增加了起動轉(zhuǎn)矩與限制了起動電流。 起動完畢，轉(zhuǎn)子電流頻率降低，僅為13Hz，集膚效應(yīng)基本消失，電流均勻分布，導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小 的直流電阻。,,轉(zhuǎn)子槽漏磁,,電流密度的分布,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,深槽異步電動機： 高度是寬度的1012倍， 起動時， 集膚效應(yīng)顯著，電阻達(dá)額定運行的3倍， 隨著轉(zhuǎn)

12、速升高， 頻率降低， 電流分布趨向均勻， 轉(zhuǎn)子電阻自動減小。,雙鼠籠式異步電動機： 兩套繞組， 材料不同， 截面也不同。 上籠1： 起動籠， 截面小， 材料選用電阻系數(shù)大； 下籠2： 運行籠， 截面大， 電阻系數(shù)小。,起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，下籠漏抗大，故電流小，大部分通過上籠，集膚作用顯著，上籠電阻大，流過電流大，產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩。對應(yīng)的機械特性為T1 。 起動結(jié)束，電動機正常運行，轉(zhuǎn)子電流頻率很小，兩籠的漏抗都很小，電流主要流過電阻較小的下籠。對應(yīng)的機械特性為T2。 疊加合成為T，說明具有較好的起動特性。,Copyright 2008, , TW. All rights reser

13、ved.,第三節(jié) 三相籠型異步電動機定子 對稱起動電阻的計算,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,定子串聯(lián)對稱電阻 起動，在此介紹 的計算方法,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,當(dāng)定子繞組為星形聯(lián)結(jié)時,當(dāng)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)時,或,按一般電動機的平均數(shù)值可令,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,（1）起動電流減小到直接起動時的一半； （2）起動轉(zhuǎn)矩減小到直接起動時的一半。,解: 定子星形接法時,Copyright 2008,

14、, TW. All rights reserved.,（1）,（2）,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,第四節(jié) 三相籠型異步電動機起動 自耦變壓器的計算,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,自耦變壓器容量PTA的計算公式如下：,式中： Pd電動機的額定容量(kVA); KI電動機起動電流的倍數(shù); UTA%自耦變壓器的抽頭電壓，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示; n起動次數(shù); t起動一次的時間(min); PTA對應(yīng)于抽頭電壓UTA%時自耦變壓器的容量(kVA); t

15、st起動器規(guī)定的一次或數(shù)次連續(xù)起動的最大起動時間， 對于不同類型的起動器，,電動機起動時，自耦變壓器的起動功率為,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,例11-2 電動機容量為 ；如直接起動時起動電流的倍數(shù) ；按生產(chǎn)機械的要求，電動機起動時容許的最小電壓為額定電壓的60%；設(shè)起動器起動次數(shù)n=3，每次起動的時間t=30s=0.5min。試計算并選擇自耦變壓器（選擇最大起動時間T=2min的類型）。,可選擇電壓抽頭65%時容量略大于 的自耦變壓器，其最大起動時間為 2 min。,Copyright 2008,

16、 , TW. All rights reserved.,第五節(jié) 三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機 轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,本節(jié)介紹圖解法及解析法兩種計算起動電阻的方法：,1.圖解法,圖解法的依據(jù)。 即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下， 轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下， 轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,2.解析法,

17、解析法的依據(jù)。 即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,兩邊取對數(shù)，得：,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,欲求每級的分段電阻值，可由相鄰兩級總電阻值相減求得，即,用解析法計算時，可能有起動級數(shù)m已定與未定兩種情況。,解：,取,Copyright 2008, , TW. All ri

18、ghts reserved.,轉(zhuǎn)子每相各段起動電阻為,轉(zhuǎn)子每相串接總的電阻為,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,小 結(jié),標(biāo)志異步電動機起動性能的主要指標(biāo)是起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 和起動電流倍數(shù) 。生產(chǎn)機械一般要求電動機具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，以便很快達(dá)到正常轉(zhuǎn)速而進(jìn)行工作，對于經(jīng)常起動、制動的生產(chǎn)機械更可提高生產(chǎn)率；另一方面，又希望起動電流不要太大，以免電網(wǎng)產(chǎn)生過大的電壓降，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備的正常運行。,Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,異步電動機的起動電流很大，

19、而起動轉(zhuǎn)矩不大，為此必須限制起動電流。對于籠型異步電動機，起動電流用減壓起動的方法來限制，但此時起動轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)地減小了。,小 結(jié),Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,解決這一矛盾較好的辦法是增大轉(zhuǎn)子電阻，這樣對改善起動性能十分有利。此時，一方面可以減小起動電流，另一方面由于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)提高了，起動轉(zhuǎn)矩也能提高。在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機中，增大轉(zhuǎn)子電阻顯然較易做到，只要在轉(zhuǎn)子電路中串入電阻或頻敏電阻器即可。對于籠型異步電動機，可利用“集膚效應(yīng)”來達(dá)到要求。,小 結(jié),Copyright 2008, , TW. All rights reserved.,熟悉異步電動機各種起動方式的工作原理和起動特性。 掌握籠型異步電動機定子對稱起動電阻的計算，以及起動自耦變壓器的計算。 掌握繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算。,小 結(jié),