第11章三相异步电动机起动及起动设备计算

黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 11 1三相异步电动机的起动方法 11 1 1电动机的起动指标 11 1 2三相异步电动机直接起动存在的问题 11 1 3三相异步电动机的起动方法 11 2改善起动性能的三相笼型异步电动机 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 11 1三相异步电动机的起动方法 11 1 1电动机的起动指标 1 起动转矩足够大Tst 1 1 1 2 TZ 2 起动电流不超过允许范围 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程 对电动机的起动性能要求 起动电流小 起动转矩大 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 1 起动电流大 起动时 n 0 s 1 转子感应电动势大 使转子电流大 根据磁动势平衡关系 定子电流必然增大 2 起动转矩不大 起动时 s 1 远大于运行时的s 转子漏抗X2s sX2很大 cos 2很低 尽管I2很大 但I2cos 2并不大 因此 起动转矩不大 11 1 2三相异步电动机直接起动存在的问题三相异步电动机直接起动是指电动机直接加额定电压 定 转子回路不串任何电器元件时的起动 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 异步电动机的实际起动情况起动电流 Ist KIIN 5 5 7 IN起动转矩 Tst KstTN 1 6 2 2 TN 3 起动电流大产生的危害对于经常启动的电动机 过大的起动电流将造成电动机发热 影响电机寿命 起动电流将造成电动机绕组电动力过大 使绕组发生变形 可能造成短路而烧毁电动机 过大的起动电流使线路压降增大 使电网电压下降过多 从而使接在该电网中的其它负载不能正常工作 返回目录页 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 结论 异步电动机起动应考虑 限制起动电流 足够的起动转矩 满足Tst 1 1 1 2 TZ条件 起动的经济性 包括设备简单 操作方便和低起动损耗 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 返回目录页 11 1 3三相异步电动机的起动方法 三相笼型异步电动机的起动方法有 直接起动 减压起动与软起动三种方法 三相绕线转子异步电动机的起动方法 转子串联电阻及转子串联频敏变阻器两种起动方法 1三相笼型异步电动机的起动方法 1 直接起动 起动时 通过一些直接起动设备 把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组 显然 这时起动电流较大 可达额定电流的4 7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8 12倍 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 一般规定 异步电动机的功率低于7 5kW时允许直接起动 如果功率大于7 5kW 而电源总容量较大 能符合下式要求的 电动机也可允许直接起动 如果不能满足上述要求 必须采用降压起动 黑龙江科技学院电力系统教研室 M 3 B C KM1 KM2 A L3 L1 L2 QF 2FU FR FR 1FU KM2 KM1 KM1 SB3 KM2 KM1 KM2 SB2 SB1 N 鼠笼式电动机正反转直接起动控制原理图 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 正转直接起动 停车 黑龙江科技学院电力系统教研室 M 3 B C KM1 KM2 A L3 L1 L2 QF 2FU FR FR 1FU KM2 KM1 KM1 SB3 KM2 KM1 KM2 SB2 SB1 N 鼠笼式电动机正反转直接起动控制原理图 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 反转直接起动 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 M3 起动 运行 2 三相笼型异步电动机的降压起动 1 定子串接电抗器或电阻降压起动 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 特点 起动平稳 运行可靠 结构简单 电压减压后 起动转矩与电压的成平方比例地减小 电抗起动用于高压电动机 电阻起动用于低压电动机 成本较高 实际应用较少 黑龙江科技学院电力系统教研室 2 自耦减压起动 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 起动 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 3 UN S1FU S2 运行 黑龙江科技学院电力系统教研室 自耦减压起动是指利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组上的电压 以减小起动电流 自耦变压器减压原理如下 图中U 及I1分别表示自耦变压器一次侧相电压和电流 Ux和Ix分别表示变压器的二次侧相电压和电流 也就是电动机定子的相电压和电流 N1和N2分别表示变压器的一次绕组及二次绕组匝数 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 由变压器原理 得 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 设Ix为当定子电压为Ux时的起动电流 Ist则为全压U 时的起动电流 则 再由变压器原理 得 从而得到 另外 由于Ux N2 N1 U T U2 故起动转矩了降低为 N2 N1 2Tst 起动转矩与起动电流降低同样的倍数 黑龙江科技学院电力系统教研室 自耦变压器减压起动的起动电流 自耦变压器减压起动的起动转矩 I1 N2 N1 2Ist Tsta N2 N1 2Tst 降压比 N2 N1 可调QJ2型三相自耦变压器 KA 0 55 0 64 0 73QJ3型三相自耦变压器 KA 0 4 0 6 0 8 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 I1 Imax 线路中允许的最大电流 Tsta TZ否则不能采用此方法 自耦变压器降压比的选择方法 自耦变压器减压起动的使用条件 N2 N1 2Ist Imax N2 N1 2Tst TZ N2 N1 2 TZTst ImaxIst 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 异步电动机串自耦变压器适用于大容量低压电动机的降压起动 优点 电压抽头可供不同负载降压起动时选择 缺点 体积大 质量大 价格高 需维护检修 黑龙江科技学院电力系统教研室 M 3 B C A L3 L1 L2 QF FR 2FU SB2 SB1 FR 1FU N KA KM2 KT KM2 KM2 KM1 KM1 KT KA KA KA KM2 KM1 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 自耦变压器降压起动控制原理图 黑龙江科技学院电力系统教研室 适用于 正常运行为 联结的电动机 3 星形 三角形减压起动 Y 起动 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 适用于 正常运行为 联结的电动机 3 星形 三角形减压起动 Y 起动 Y起动 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 适用于 正常运行为 联结的电动机 3 星形 三角形减压起动 Y 起动 运行 定子相电压比 定子相电流比 起动电流比 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 Y型起动的起动电流 起动转矩比 Y型起动的起动转矩 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 SB2 SB1 KM2 FU1 KM1 KM1 KM2 KM3 KM3 KM3 KM1 M 3 KT KM2 B C A Z X Y KM3 L3 L1 L2 QF 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 起动 停机 黑龙江科技学院电力系统教研室 IstY Imax 线路中允许的最大电流 TstY TZ 否则不能采用此法 Y 起动的使用条件 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 优点 体积小 重量轻 价廉物美 运行可靠 缺点 起动电压只能降到1 星形 三角形 Y D 降压起动只适用于空载或轻载起动 星形 三角形 Y D 降压起动只适用于正常运行为三角形接法的电动机 黑龙江科技学院电力系统教研室 例11 1 一台Y250M 6型三相笼型异步电动机 UN 380V 联结 PN 37kW nN 985r min IN 72A Kst 1 8 KI 6 5 如果要求电动机起动时 起动转矩必须大于250N m 从电源取用的电流必须小于360A 试问 1 能否直接起动 2 能否采用Y 起动 3 能否采用KA 0 8的自耦变压器起动 解 1 能否直接起动 直接起动时起动转矩和起动电流为Tst KstTN 1 8 359N m 646N mIst KIIN 6 5 72A 468A 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 虽然Tst 250N m 但是Ist 360A 所以不能采用直接起动 2 能否采用Y 起动 虽然IstY 360A 但是TstY 250N m 所以不能采用Y 起动 3 能否采用KA 0 8的自耦变压器起动Tsta KA2Tst 0 82 646N m 413N mIsta KA2Ist 0 82 468A 300A 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 由于Tsta 250N m 而且Ista 360A 所以能采用KA 0 8的自耦变压器起动 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 4 延边三角形降压起动 延边三角形起动的电动机 定子绕组共有9个出线端 即每相绕组中间引出一个出线端 在起动时 先将三相定子绕组联结成延边三角形 待转速接近稳定时再改联结成三角形 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 采用不同的抽头比例 可改变延边三角形联结的相电压 其值比Y D起动时Y接法的相电压高 起动转矩也比Y D起动时大 能用于重载起动 优点 延边三角形起动具有体积小 重量轻 允许经常起动 节约金属材料 缺点 电动机内部接线比较复杂 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 前面介绍的几种降压起动均为有级起动 起动的平滑性不高 能实现鼠笼式异步电动机的无级平滑起动的方法称为软起动方法 软起动器分为磁控式与电子式两种 目前主要使用电子式软起动器 电子式软起动器的五种起动方法 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 主要用于轻载软起动 5 软起动方法 黑龙江科技学院电力系统教研室 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 返回目录页 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 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 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 然后转矩平滑上升 此法也适用于重载软起动 电压控制起动法 用电子软起动器控制电压以保证电机起动时产生较大起动转矩 是较好的轻载软起动方法 黑龙江科技学院电力系统教研室 1 起动过程 1 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动 串联R 1和R 2起动 特性a 总电阻RT2 R2 R 1 R 2 nS a RT2 T2 a1 a2 T1 切除R 2 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 2三相绕线转子异步电动机的起动方法 黑龙江科技学院电力系统教研室 1 起动过程 b RT1 b1 b2 合上S2 切除R 2 特性b 总电阻RT1 R2 R 1 1 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动 切除R 1 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 合上S1 切除R 1 特性c 总电阻 R2 1 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动 c R2 c1 c2 1 起动过程 p 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 2 起动级数未定时起动电阻的计算 选择T1和T2起动转矩 T1 0 8 0 9 Tmax切换转矩 T2 1 1 1 2 TZ 起切转矩比 求出起动级数m 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 同理可得 因为sa2 sb1 sb2 sc1sm R2 所以 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 因此有下面的关系 RT1 R2RT2 RT1 2R2对于m级起动 有RTm mR2式中RTm R2 R 1 R 2 R m于是得到下式 因为 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 对于m级起动 则有 在固有特性c上 有关系 因此可得 重新计算 校验是否在规定范围内 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 求转子每相绕组的电阻R2 计算各级总电阻和各级起动电阻RT1 R2RT2 RT1 RTm RT m 1 2R2 mR2 R 1 RT1 R2R 2 RT2 RT1 R m RTm RT m 1 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 3 起动级数已定时起动电阻的计算 T1 0 8 0 9 Tmax 验算 T2 1 1 1 2 TZ 若不满足 重新调整 直到满足要求 计算各级总电阻和各级起动电阻 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 例11 2 JR41 4型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械 已知电动机的PN 40kW nN 1435r min KT 2 6 U2N 290V I2N 86A 已知起动时的负载转矩TZ 200N m 采用转子电路串电阻起动 起动级数初步定为三级 求各级应串联的起动电阻 解 1 选择起动转矩T1 Tmax KTTN 2 6 266 32N m 692 43N mT1 0 8 0 9 Tmax 553 94 623 19 N m取T1 580N m 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 2 求出起切转矩比 3 求出切换转矩T2 由于T2 1 1TZ 所以所选m和 合适 4 求出转子每相绕组电阻R2 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 5 求出各级总电阻RT1 R2RT2 RT1RT3 RT2 6 求出各级起动电阻R 1 RT1 R2R 2 RT2 RT1R 3 RT3 RT2 2 2 0 0843 0 186 2 2 0 0186 0 408 2 2 0 408 0 899 0 186 0 0843 0 102 0 408 0 186 0 222 0 899 0 408 0 491 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 为简化计算 异步电动机的机械特性可视为直线 则其方程式简化为 2 图解法计算起动电阻 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 当转子串电阻时 Tmax保持不变 而临界转差率sm与转子回路总电阻RT成正比 由上式可知 Tmax不变时 当转矩T一定时 临界转差率sm与转差率s成正比 由此可得 当转矩T一定时 转差率s与转子回路总电阻RT成正比 黑龙江科技学院电力系统教研室 下图为异步电动机转子电路及三级起动的机械特性图 返回目录页 第11章三相异步电动机的起动及起动设备的计算 黑龙江科技学院电力系统教研室 起