1、第十一章第十一章 三相异步电动机的起三相异步电动机的起动及起动设备的计算动及起动设备的计算第一节第一节 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法一、三相笼型异步电动机的起动方法一、三相笼型异步电动机的起动方法（一）直接起动（一）直接起动 起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全压）起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全压）直接加到电动机的定子绕组，显然，这时起动电流较大，可达额定直接加到电动机的定子绕组，显然，这时起动电流较大，可达额定电流的电流的47倍，根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机倍，根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机甚至可达甚至可达8
2、12倍。倍。 一般规定，异步电动机的功率低于一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如时允许直接起动。如果功率大于果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。机也可允许直接起动。11NstIIKIAkVAkV341起动电动机容量电源总容量2如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法 。（二）减压起动（二）减压起动 1电阻减压或电抗减压起动电阻减压或电抗减压起动 笼型异步电动机电阻笼型异步电动机电阻减压起动的原理图减压起动的原理图笼型异步电动机电抗笼型异步电动
3、机电抗减压起动的原理图减压起动的原理图32自耦补偿起动自耦补偿起动 自耦变压器的自耦变压器的减压原理图减压原理图异步电动机自耦补偿异步电动机自耦补偿起动的原理线路图起动的原理线路图21xUNUNxxstIUIU21xstININ121xININ所以所以2121stININ通过自耦变压器，从电网吸通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为取的电流降低为222111xstNNIIINN43星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 在起动时，先将三相定子绕组联结成在起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三角形。这样，起动时联结成星形的三角形。这样
4、，起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联定子绕组电压与电流都只有三角形联结时的结时的 ，由于三角形联结时绕组，由于三角形联结时绕组内的电流是线路电流的内的电流是线路电流的 ，而星形，而星形联结时两者则是相等的。因此，联结联结时两者则是相等的。因此，联结成星形起动时的线路电流只有联结成成星形起动时的线路电流只有联结成三角形直接起动时线路电流的三角形直接起动时线路电流的1/3 。 3/13/1笼型异步电动机星形三笼型异步电动机星形三角形起动的原理线路图角形起动的原理线路图5*4延边三角形起动延边三角形起动 笼型异步电动机定子三相笼型异步电动机定子三相绕组连接成延边三角形绕组连接成延边三
5、角形引出引出9 9个出线端的个出线端的定子三相绕组定子三相绕组6（三）软起动方法（三）软起动方法 1限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载制电动机起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动；软起动；2斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电压由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；压由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；3转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起
6、动转矩由小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，是较好的重载软起动方法；是较好的重载软起动方法； 4转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似，转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动；然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动； 5电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动
7、时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。7二、三相绕线转子异步电动机的起动方法二、三相绕线转子异步电动机的起动方法（一）转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动 电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将定子接通电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将定子接通电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增加，均匀地减小电阻，电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增加，均匀地减小电阻，直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将集电环短接，同时举起电直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将集电环短接，同时举起电刷刷 。8（二）转子串联频敏变阻器起动（二）
8、转子串联频敏变阻器起动 FR 当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大，成正比的涡流损耗较大， 值也因之较大，起限制起动电流及增值也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及阻器铁心的涡流损耗及 值跟着下降，使电动机起动平滑。值跟着下降，使电动机起动平滑。 FR频敏变阻器的结构频敏变阻器的结构频敏变阻器频敏变阻器的等效电路的等效电路9带感应圈的频带感应圈的频敏变阻器结构敏变阻器结构10第
9、二节第二节 改善起动性能的三相异步电动机改善起动性能的三相异步电动机一、深槽异步电动机一、深槽异步电动机转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率 仅为仅为13Hz，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻条电阻变为较小的直流电阻 2f11二、双笼型异步电动机二、双笼型异步电动机双笼异步电动双笼异步电动机的机械特性机的机械特性双笼型转子的双笼型转子的结构与漏磁通结构与漏磁通这种异步电动机的转子上有两套导条，如图这种异步电动机的转子上有两套导条，如图11
10、-13a所示的上笼与下笼，两笼间由狭长的所示的上笼与下笼，两笼间由狭长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小。的材料制成，故电阻较小。 12第三节第三节 三相笼型异步电动机定子对称起动三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算电阻的计算stR定子串联对称电阻定子串联对称电阻 起动，在此介绍起动，在此介绍 的计算方法的计算方法 stR设全压直接起动时，电动机的起动电流设全压直接起动时，电
11、动机的起动电流 和起动转矩分别为和起动转矩分别为 、stI1stT定子串电阻起动时，电动机的起动电流定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为和起动转矩分别为 、stI1stTN11IKIIstNTKTstst1N1IaIIstNTaTTstaaKIIIIstst11baKTTTstststRRaXaRst22221或或RbRXbRst221按一般电动机的平均数值可令按一般电动机的平均数值可令 ZR4 . 025. 013当定子绕组为星形联结时当定子绕组为星形联结时 N1N11N133IKUIUZIst当定子绕组为三角形联结时当定子绕组为三角形联结时 1N1N1N133IKUIUZI
12、stZRZX97. 091. 022 例例11-111-1 一笼型异步电动机的电压为一笼型异步电动机的电压为380V；电流为；电流为13.6A；起动电流倍数；起动电流倍数 ；起动转矩倍数；起动转矩倍数 ，试就下列两种情况，求定子串，试就下列两种情况，求定子串接电阻接电阻 ； 4 . 4IK3stKstR（1）起动电流减小到直接起动时的一半；）起动电流减小到直接起动时的一半； （2）起动转矩减小到直接起动时的一半。）起动转矩减小到直接起动时的一半。14解解 定子星形接法时定子星形接法时68. 36 .134 . 4338031N1NIKUZI47. 168. 34 . 04 . 0 ZR35.
13、368. 391. 091. 0ZX（1）2aRRaXaRst222215)47. 147. 1235. 312(2222（2）2bRbRXbRst22146. 2)47. 147. 1235. 312(2215第四节第四节 三相笼型电动机起动自耦变压器的计算三相笼型电动机起动自耦变压器的计算自耦变压器容量自耦变压器容量 （kVA）的计算公式如下）的计算公式如下 TAP式中式中 电动机额定容量（电动机额定容量（kVA）；）； 电动机起动电流的倍数；电动机起动电流的倍数； 自耦变压器的抽头电压，以额定电压百分数表示；自耦变压器的抽头电压，以额定电压百分数表示； n 起动次数；起动次数； t 起动
14、一次的时间（起动一次的时间（min）；）； dPIK%TAUTAP2%dITAstP KUntt16电动机起动时，自耦变压器的起动功率为电动机起动时，自耦变压器的起动功率为2%TAIdTAstUKPP 例例11-211-2 电动机容量为电动机容量为 ；如直接起动时起动电流的倍；如直接起动时起动电流的倍数数 ；按生产机械的要求，电动机起动时容许的最小电压；按生产机械的要求，电动机起动时容许的最小电压为额定电压的为额定电压的60%；设起动器起动次数；设起动器起动次数n=3，每次起动的时间，每次起动的时间t=30s=0.5min。试计算并选择自耦变压器（选择最大起动时间。试计算并选择自耦变压器（选择
15、最大起动时间T=2min的类型）。的类型）。 AkV5005IK可选择电压抽头可选择电压抽头65%时容量略大于时容量略大于 的自耦变压器，其最的自耦变压器，其最大起动时间为大起动时间为 2 min。 AkV792解解 选择选择%65% TAUAkV792AkV25 . 03100/6555002TntUKPTAId2%TAP17第五节三相绕线转子异步电动机转子对称起动第五节三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算电阻的计算 （一）图解解析法（一）图解解析法为简化计算，异步电动机的机械特性可视为直线为简化计算，异步电动机的机械特性可视为直线 max2mTTss一般取一般取21bdTsRsRm
16、ax0.85T1TzT2 . 11 . 12T18 为转子每相绕组电阻为转子每相绕组电阻 2RN2N22N3s ERI121TRRR221RkbkdRR212RRkbbdkbR122232bdRRkbdfRRkbfhRRkb（二）解析法（二）解析法 RT1msT1Rsm所以所以(1)211(1)(2)122T mTmTTT mT mTRRRRTRRRRT1912TT 令令T122T22Tm2mRRRRRR1NN2mTs T NTmN 12lglglglgTRs TRm1mTmT(m-1)2 m-112(m-1)T(m-1)T(m-2)2 m-222T2T1211T1T221mmmmRRRRRR
17、RRRRRRRRRRRRR 20 例例11-311-3 某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为：据为： kW28NPA5 .55/961NI87. 0cosN%87NV2502NEA712NIr/min1420NnV380/220N1U2TK过载能力过载能力 ，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。 解解：N2N22N3s ERI108. 07132500533. 0NN1500 14200.05331500snnsn取取 N17 . 1 TT N1mNTs T 22. 27 . 10533. 0
18、13NN12766. 022. 27 . 1TTTT21转子每相各段起动电阻为转子每相各段起动电阻为 12(1)0.108 (2.22 1)0.132RR212.22 0.1320.297RR322.22 0.2930.662RR转子每相串接总的电阻为转子每相串接总的电阻为1231.092RRR22第六节第六节 三相异步电动机的起动过程三相异步电动机的起动过程一、图解法一、图解法ZddadTTTtnGDTad3752tnGDTadtnGDT/375/22ntTGD2其他三个比例尺系数根据图形尺寸而任意选择，而其他三个比例尺系数根据图形尺寸而任意选择，而 23二、解析法二、解析法 当当 ，电力拖
19、动运动方程式为，电力拖动运动方程式为 0zTtnGDTdd3752代入机械特性的实用表达式，并考虑到代入机械特性的实用表达式，并考虑到 (1), d /d(d /d )ssnnsntnst 2max2d/375dsmmTGD nss ssst 2max1dd3752smmGD nsstsTss 令令2max375sMAGD nTTsssssTttxstssmmMAtd2d00 xstmmxstMAssssssTtln22220空载起动时间空载起动时间 05. 01ln205. 012220mmMAstssTtmmMAssT5 . 14124求求 最短时的最短时的 ，令，令 ，得，得0t0ms0
20、d/d0mstxstxstmsssssln2220在空载起动时在空载起动时 407. 00stms 例例11-411-4 某某机床的主拖动电机床的主拖动电动机为双速电动机，其技术数动机为双速电动机，其技术数据见表。控制线路设计为：起据见表。控制线路设计为：起动分两级，第一级为自加速到动分两级，第一级为自加速到接近接近1500r/min，电动机定子绕，电动机定子绕组接成三角形联结；第二级为组接成三角形联结；第二级为自自1500r/min左右加速到近左右加速到近3000r/min，定子绕组换接成双，定子绕组换接成双星形（星形（YY）联结。）联结。25求第一级的起动时间。设拖动系统的飞轮惯量为求第一
21、级的起动时间。设拖动系统的飞轮惯量为2mN19. 3解解 机床的拖动电动机为空载起动机床的拖动电动机为空载起动 033. 0150014501500Ns137. 0)12 . 22 . 2(033. 0)1(22NTTmKKssNmaxNN6.595502.2 9550N m89.8N m1450TTPTK TKns273. 0s )139. 05 . 1139. 041(2 .94375150019. 30stt起动时间为起动时间为 26第七节第七节 三相异步电动机过渡过程的能量损耗三相异步电动机过渡过程的能量损耗异步电动机定子与转子电路均有铜耗，则过渡过程的能量损耗为异步电动机定子与转子电
22、路均有铜耗，则过渡过程的能量损耗为22112200W3d3dttI R tI R t粗略地可忽略粗略地可忽略I0，则，则 212202W31dtRI RtR由于由于 222(3/ )/sTI Rs2223sI RTs 102W1dtsRsT tRtJTdd1ss则则ddsT tJs 27212W1dxstsssRJs sR222121W12sstxRJssR一、空载起动过程电动机的能量损耗一、空载起动过程电动机的能量损耗空载起动时空载起动时 1sts0 xs2121W12stsRJR二、空载反接制动过程电动机的能量损耗二、空载反接制动过程电动机的能量损耗空载反接制动时空载反接制动时 2sts1
23、xs2221121W1212TsRJR2121313W2sstRJR28三、空载能耗制动过程电动机的能量损耗三、空载能耗制动过程电动机的能量损耗 2223sRIvT2223sI RTvT 空载能耗制动时空载能耗制动时 tJTdd02112221Wd112sTsRRJJRR 四、减少异步电动机过渡过程能量损耗的方法四、减少异步电动机过渡过程能量损耗的方法 （一）减少拖动系统的动能储存量（一）减少拖动系统的动能储存量 2/2J29（二）合理选择电动机的起、制动方式（二）合理选择电动机的起、制动方式（三）合理选择电动机的参数（三）合理选择电动机的参数 例例11-511-5 一台四速异步电动机的四个同
24、步转速为：一台四速异步电动机的四个同步转速为：3000、1500、1000及及500 r/min。试计算空载直接起动（。试计算空载直接起动（n=03000 r/min）和分级）和分级起动（起动（n=0经经500，1000，1500到到3000 r/min ）时电动机的能量损耗。）时电动机的能量损耗。如果电力拖动系统的转动惯量如果电力拖动系统的转动惯量固定损耗可以忽略。固定损耗可以忽略。2mkg98. 0J5 . 1/21RR解解 （1）空载直接起动时电动机的能量损耗）空载直接起动时电动机的能量损耗222121W12stsstxRJssRsW015 . 11603000298. 021222J1
25、21000sW12100030（2）空载分级起动时电动机的能量损耗）空载分级起动时电动机的能量损耗 2222112W0.98 (1 1.5)500 (10 )260st22500602)5 . 11 (98. 021 22222121000500W0.98 (1 1.5)100002601000st2605002)5 . 11 (98. 02122223121500 1000W0.98 (1 1.5)150002601500st2605002)5 . 11 (98. 0213122224123000 1500W0.98 (1 1.5)300002603000st26015002)5 . 11 (98. 021空载分四级起动时电动机的能量损耗空载分四级起动时电动机的能量损耗 1234WWWWWststststst 2602)5 . 11 (98. 021J40333sW40333sW1500500500500222232第十一章第十一章 结结 束束
