第十一章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算

1、第十一章第十一章 三相异步电动机的三相异步电动机的起动及起动设备的计算起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n 直接起动直接起动n 减压起动减压起动 l 自耦补偿起动自耦补偿起动 l 电阻减压或电抗减压起动电阻减压或电抗减压起动 l星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 l延边三角形起动延边三角形起动 n软起动软起动（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电源电压（即全压）直接加到电

2、动机的定子绕组，显然，这时起动电流较大，可达额定电流组，显然，这时起动电流较大，可达额定电流的的47倍，根据对国产电动机实际测量，某些倍，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笼型异步电动机甚至可达812倍。倍。 22NstKKUIRXn电动机起动瞬间，从电网获得的电流电动机起动瞬间，从电网获得的电流1 1、经常起动的电机，过大的起动电流将会造成、经常起动的电机，过大的起动电流将会造成电机发热，影响电机寿命；电机发热，影响电机寿命；2 2、电动机绕组（特别是端部）在电动力的作用、电动机绕组（特别是端部）在电动力的作用下，会发生变形，可能造成短路而烧坏电机；下，会发生变形，可能造成

3、短路而烧坏电机；3 3、过大的起动电流，会使线路压降增大，造成、过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网显著下降而影响接在同一电网的其他用电设电网显著下降而影响接在同一电网的其他用电设备的工作，有时甚至使其他电动机停下来或无法备的工作，有时甚至使其他电动机停下来或无法带动负载起动。带动负载起动。 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时时允许直接起动。如果功率大于允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。直接起动。11NkV A134kV AstIIKI

4、电源总容量起动电动机容量如果不能满足要求，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，通过降低电压，把起动电流通过降低电压，把起动电流I1st限制到允许的数值。限制到允许的数值。（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 2自耦补偿起动自耦补偿起动 3星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 4延边三角形起动延边三角形起动 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机电抗减压起动的原理图减压起动的原理图电机启动用电抗器电机启动用电

5、抗器电机启动用电阻器电机启动用电阻器如果定子端口电压被降低到如果定子端口电压被降低到Ux，则，则此时电机的起动转矩与起动电流此时电机的起动转矩与起动电流2()xxUststNUTTUxstxUIZZ 2自耦补偿起动自耦补偿起动 利用自耦变压器降低加载在电机利用自耦变压器降低加载在电机定子绕组上电压，以定子绕组上电压，以减小流入电减小流入电机的起动电流。机的起动电流。一般用于一般用于容量较大容量较大的的低电压低电压电动电动机的减压起动。机的减压起动。异步电动机自耦补偿起异步电动机自耦补偿起动的原理线路图动的原理线路图2121stININ21xUNUNxxstIUIU21xstININ121xIN

6、IN自耦变压器的减自耦变压器的减压原理图压原理图通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为222111xstNNIIINNI1为电网电流为电网电流 (自耦变压器一次侧电流自耦变压器一次侧电流)Ist为电机起动电流为电机起动电流 (自耦变压器二次侧电流自耦变压器二次侧电流)式中式中自耦变压器一次电压与二次电压之比为自耦变压器一次电压与二次电压之比为 k k 1 1自耦变压器的一次电流为自耦变压器的一次电流为 Ist1= Ist2/ k = Ist/ k2 起动转矩为起动转矩为 Tst= Tst/ k2 121 = 1xxUINkUIN设设 电机端口的输入阻抗为电

7、机端口的输入阻抗为Z 电机直接起动时的起动电流为电机直接起动时的起动电流为NstUIZ电机经变比为电机经变比为k的自耦变压器降压，且电机端口的自耦变压器降压，且电机端口电压为电压为Ux时时电机端口的起动电流电机端口的起动电流为为xNxstUkUIkIZZ于是，对应电机端口的于是，对应电机端口的自耦变压器一次侧起动电流自耦变压器一次侧起动电流21NxstkUIkIkk IZn起动电流起动电流 Ist1求解的另一种方法求解的另一种方法3星形一三角形（星形一三角形（Y）起动）起动 n 在起动时，在起动时，先先将三相定子绕将三相定子绕组联结成组联结成星形星形，待转速接近，待转速接近稳定时稳定时再再改联

8、结成改联结成三角形三角形。n适用采用星形一三角形适用采用星形一三角形(Y-)起动的电动机：起动的电动机：1 1、正常运行时应采用三角形、正常运行时应采用三角形联结。联结。2 2、每相绕组引出两个出线端、每相绕组引出两个出线端, ,三相共引出六个出线端三相共引出六个出线端 起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只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结时的有三角形联结时的 ，由于三角形联结时，由于三角形联结时绕组内的电流是线路电流的绕组内的电流是线路电流的 ，而星形联，而星形联结时两者则是相等的。因此，联结成星形起动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三角形

9、直接起动时线时的线路电流只有联结成三角形直接起动时线路电流的路电流的1/3 。 3/13/1 设电机设电机每相每相绕组的阻抗为绕组的阻抗为 Z，额定电压为，额定电压为UN 当电机采用直接启动（绕组三角形连接）时电当电机采用直接启动（绕组三角形连接）时电压为额定电压压为额定电压UN，则启动瞬时，则启动瞬时线电流线电流为为3NstUIZ 如果电机采用星形连接启动，则此时每相绕组电压如果电机采用星形连接启动，则此时每相绕组电压为为 ，则启动瞬时，则启动瞬时线电流线电流为为3NU33NNYstUUIZZ于是于是1333NYstNstUIZUIZ由于由于绕组采用星形连接时绕组端电压为三角形连接时绕组采用

10、星形连接时绕组端电压为三角形连接时降低了降低了 ，而电机的起动转矩与端电压的平方成正，而电机的起动转矩与端电压的平方成正比，比，于是于是采用星形连接启动的采用星形连接启动的转矩转矩相应的降低了相应的降低了 。1313*4延边三角形起动延边三角形起动 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采用延边三角形启动的电动机，定子采用延边三角形启动的电动机，定子绕组共有九个抽头。绕组共有九个抽头。由于采用延边三角形启动的鼠由于采用延边三角形启动的鼠笼异步电动机三相定子绕组比笼异步电动机三相定子绕组比一般的多了三个中间抽头，因一般的多了三个中间抽头，因此使绕组结构较为复杂，电动此使绕组结

11、构较为复杂，电动机必须专门生产，从而限制了机必须专门生产，从而限制了本方法的实际应用范围。本方法的实际应用范围。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角形启动时启动时4 4与与8 8，5 5与与9 9，7 7与与6 6分别连接成左边那个图分别连接成左边那个图的形式，正常运行时则的形式，正常运行时则1 1与与6 6，2 2与与4 4，3 3与与5 5分别连分别连接成右边那个图的形式。接成右边那个图的形式。正常运行时，正常运行时，则则1 1与与6 6，2 2与与4 4，3 3与与5 5分别连接成三分别连接成三角形联结方式。角形联结方式。延边三角形起动延边三

12、角形起动这种启动方法介于这种启动方法介于Y-Y-星三角降星三角降压启动方法之间，即压启动方法之间，即启动启动时，电动机定子每相绕时，电动机定子每相绕组所承受的电压，组所承受的电压，比接成全星形接法时大比接成全星形接法时大，所以，所以启动转矩也较大启动转矩也较大，同时可以采用改变每相两段绕，同时可以采用改变每相两段绕组（如组（如1 1与与7 7和和7 7与与4 4）的匝数比来得到不同的启动）的匝数比来得到不同的启动电流和启动转矩。电流和启动转矩。采用不同的抽头比例，可以改变延边三角形联采用不同的抽头比例，可以改变延边三角形联结的相电压结的相电压，其值比，其值比Y-Y-起动时起动时Y Y联结高，能

13、用联结高，能用于较重负载起动。于较重负载起动。1 1、延边三角形起动延边三角形起动起动时每相绕组所承受的起动时每相绕组所承受的电压电压估算估算（以以抽头比例是抽头比例是1:11:1为例为例）假设抽头比例是假设抽头比例是1:11:1，Z Z1111:Z:Z12 12 = 1:1= 1:1设起动时每相绕组所承受的电压为设起动时每相绕组所承受的电压为Ux根据延边三角形接线电压相量图有根据延边三角形接线电压相量图有=22211113802cos120 xxUUU U=2221111380 xxUUU U于是于是，由方程由方程组（组（1 1）、（）、（2 2）解得：解得：Ux = 266V(1)(1)x

14、UUU1112IUUI ZUZUZZU1111111212111211121111331.577(2)(2)Z11: Z12=1:1实测值：抽头比例为实测值：抽头比例为1:11:1，电机堵转状态下，相，电机堵转状态下，相电压位电压位264V264V；抽头比例为；抽头比例为1:21:2，相电压位，相电压位294V294V。连接成连接成Y Y形联结的绕组比例越大，起形联结的绕组比例越大，起动时电动机的线电压降的越低。动时电动机的线电压降的越低。2、延边三角形起动延边三角形起动起动起动电流电流估算估算=1112313NstUIZZ式中，式中，Ist-延边三角形起动时的起动电流；延边三角形起动时的起动

15、电流； UN-电源线电源线电压；电压；Z11-延边三角形起动时，联接成星形部分的每延边三角形起动时，联接成星形部分的每相阻抗；相阻抗；Z12-延边三角形起动时，联接成三角形部分延边三角形起动时，联接成三角形部分的每相阻抗；的每相阻抗；1213Z 为将联接成三角形部分的每相阻抗等效成星形为将联接成三角形部分的每相阻抗等效成星形时的每相阻抗时的每相阻抗。 Z12=Z23=Z31Y：Z=3ZY 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来，起动时间也短于一级降电流自动衰减下来，起动

16、时间也短于一级降压起动。主电路采用晶闸管交流调压器，用压起动。主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。闸管不必要地长期工作。（三）软起动方法（三）软起动方法 视起动时所带负载的大小，起动电流可在视起动时所带负载的大小，起动电流可在 (0.54) IsN 之间调整，以获得最佳的起动效果，之间调整，以获得最佳的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时

17、的或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。脉冲电流，以缩短起动时间。 软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车软停车。 软起动方法框图软起动方法框图 n限流或恒流起动方法限流或恒流起动方法n斜坡电压起动法斜坡电压起动法n转矩控制起动法转矩控制起动法n加突跳转矩控制启动加突跳转矩控制启动n电压控制启动电压控制启动异步电动机软启动器的方式异步电动机软启动器的方式 1.限流或恒流起动方法限流或恒流起动方法。在电动机启动过程中。在电动机启动过程中限制启动电流，使其不超过某一设定值（限制启动电流，使其不超过某一设定值（Im）。这种方

18、法主要用于轻载启动，其输出电压从。这种方法主要用于轻载启动，其输出电压从零开始迅速增加，直到电流达到预先设定值零开始迅速增加，直到电流达到预先设定值 Im ，然后在保持输出电流，然后在保持输出电流 I Im的条件下，逐渐升的条件下，逐渐升高电压，直到额定电压，使电机转速逐渐升高高电压，直到额定电压，使电机转速逐渐升高到额定转速。到额定转速。0tIsIs1Is2Is3这种方法的优点是启动电流小，对电网电压影这种方法的优点是启动电流小，对电网电压影响小。缺点是启动时难以知道启动电压，不能响小。缺点是启动时难以知道启动电压，不能充分利用降压空间，启动转矩不能保持最大，充分利用降压空间，启动转矩不能保

19、持最大，启动时间相对较长。启动时间相对较长。 3.电压斜坡启动电压斜坡启动。软起输出电压按预先设定的。软起输出电压按预先设定的斜坡线性上什。主要用于重载启动。其缺点是斜坡线性上什。主要用于重载启动。其缺点是启动转矩小，且转矩特性呈抛物线上升，对启启动转矩小，且转矩特性呈抛物线上升，对启动不利，启动时间长，对电机不利。动不利，启动时间长，对电机不利。0tUs1UsNUs电压斜坡启动电压斜坡启动的改进方法是采用双斜坡启动的改进方法是采用双斜坡启动。输出电压先迅速升致输出电压先迅速升致U1（ U1为电机启动所需为电机启动所需最小转矩所对应的电压值），然后按设定的速最小转矩所对应的电压值），然后按设定

20、的速率逐渐上压，直到达到额定电压。该方法的特率逐渐上压，直到达到额定电压。该方法的特点是启动电流相对较大，但启动时间相对较短，点是启动电流相对较大，但启动时间相对较短，适用于重载启动。适用于重载启动。 0tTeiTeiqTeiq1TL3转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时，起动时，电动机的启动转矩电动机的启动转矩由小到大由小到大线性上升线性上升的规律控制软起的输出电压的规律控制软起的输出电压，起动的平滑性好，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，是较好的重载能够降低起动时对电网的冲击，是较好的重载软起动方法，软起动方法，但是启动时间较长。但是

21、启动时间较长。 4.加突跳转矩控制启动加突跳转矩控制启动。与转矩控制启动一样。与转矩控制启动一样也用于重载启动。所不同的是在启动瞬间加突也用于重载启动。所不同的是在启动瞬间加突跳转矩，以克服拖动系统的静转矩，然后转矩跳转矩，以克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升。这样可以缩短启动时间，但加突跳平滑上升。这样可以缩短启动时间，但加突跳转矩会给电网带来冲击，干扰其它负载。转矩会给电网带来冲击，干扰其它负载。 0tTLTei转矩加脉冲突跳控制起动法与转矩控制转矩加脉冲突跳控制起动法与转矩控制起动法类似，其差别在于：起动瞬间加起动法类似，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，脉冲

22、突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然后转矩平滑上升。此法也适用于重载然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动；软起动； 5.电压控制启动电压控制启动。在保证启动降压的前提下使。在保证启动降压的前提下使电机获得最大的启动转矩，尽可能地缩短启动电机获得最大的启动转矩，尽可能地缩短启动时间。该方法是最优的轻载软起方式。时间。该方法是最优的轻载软起方式。 0tIsIsq1IsqIsNt1n常用起动方法起动过程的常用起动方法起动过程的电流比较电流比较异步电动机的起动过程与电流冲击异步电动机的起动过程与电流冲击一级降压起动一级降压起动 软起动器软起动器 直接起动直接起动n 转子串联频敏变阻器起动转子串联频敏

23、变阻器起动 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n 转子串联电阻起动转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动 电动机起动时，变阻器应调在电动机起动时，变阻器应调在最大电阻最大电阻位位置，然后将定子接通电源，电动机开始转动。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，随着电动机转速的增加，均匀地减小电阻，直到均匀地减小电阻，直到将电阻完全切除将电阻完全切除。待转。待转速稳定后，将速稳定后，将集电环短集电环短接接，同时举起电刷，同时举起电刷 。适当可以获得最大适当可以获得最大起动转矩起动转矩（二）转子串联频敏变阻器起动（二）

24、转子串联频敏变阻器起动 采用串联电阻起动的绕线转子异步电动机，当功率采用串联电阻起动的绕线转子异步电动机，当功率较大时，转子电流很大，电阻逐段（逐级）变化，较大时，转子电流很大，电阻逐段（逐级）变化，会引起转矩变化较，进而会对机械产生较大的冲击。会引起转矩变化较，进而会对机械产生较大的冲击。而控制设备也较大，操作维修也不方便。而控制设备也较大，操作维修也不方便。绕线转子异步电动机串联电阻起动的不足之处绕线转子异步电动机串联电阻起动的不足之处采用采用转子串联频敏变阻器转子串联频敏变阻器可以避免可以避免转子串联转子串联电阻起动的不足电阻起动的不足FR当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频

25、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，率平方成正比的涡流损耗较大， 值也因之较大。而此值也因之较大。而此时，对于时，对于XF，由于起动电流较大，铁心处于饱和状态，由于起动电流较大，铁心处于饱和状态，磁导率减小，从而使磁导率减小，从而使XF并不大，相当于并不大，相当于转子回路串入一转子回路串入一个较大的电阻个较大的电阻，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。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，频敏变阻器铁心随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及的涡流损耗及 、XF值跟着下降，使电动机值跟着下降，使电动机起

26、动平滑起动平滑。 FR频敏变阻器的特点是其电阻值随转速上频敏变阻器的特点是其电阻值随转速上升而自动减小，使电动机能平滑起动。升而自动减小，使电动机能平滑起动。44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反映铁心损耗反映铁心损耗 带感应圈的带感应圈的频敏变阻器频敏变阻器结构结构相当于次级绕组相当于次级绕组短路短路，以增大一，以增大一次侧有功电流，次侧有功电流，提高功率因数提高功率因数第二节第二节 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普通笼型异步电动机普通笼型异步电动机缺点缺点：普通笼型异步电动机的启动转矩较小，起动电流很大。普通笼型异步电动机的

27、启动转矩较小，起动电流很大。n利用利用“集肤效应集肤效应”，使启动时转子电阻增大，以增使启动时转子电阻增大，以增大大启动转矩，减小电流，而在电机正常运行时转子启动转矩，减小电流，而在电机正常运行时转子电阻又能自动变小。电阻又能自动变小。n能改善起动性能的笼型异步电动机：能改善起动性能的笼型异步电动机：l深槽异步电动机深槽异步电动机l双笼型异步电动机双笼型异步电动机第二节第二节 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。转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率当起动完毕，频率 f2 仅为仅为1

28、3Hz，集肤效应基，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻本消失，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变为较小的直流电阻 ，对运行性能基本不受影，对运行性能基本不受影响。响。2槽低槽低槽口槽口槽低槽低槽口槽口集肤效应不仅会影响集肤效应不仅会影响转子电阻转子电阻，同时还会影响，同时还会影响转子漏转子漏电抗电抗。通过某一小导体中的电流。通过某一小导体中的电流仅仅产生仅仅产生从该小导体从该小导体到槽口处的漏磁通，而到槽口处的漏磁通，而不产生不产生从该一小导体到槽底的从该一小导体到槽底的漏磁通。这样，同样大小的电流，越靠近槽底，产生漏磁通。这样，同样大小的电流，越靠近槽底

29、，产生的漏磁就越多，而越靠近槽口的，则产生的漏磁通就的漏磁就越多，而越靠近槽口的，则产生的漏磁通就越小。由此可见，集肤效应把导条中的电流挤压到槽越小。由此可见，集肤效应把导条中的电流挤压到槽口时，同一电流产生的槽漏磁通将减小，槽漏抗就减口时，同一电流产生的槽漏磁通将减小，槽漏抗就减小了。因此集肤效应增加了转子电阻，而减小了转子小了。因此集肤效应增加了转子电阻，而减小了转子漏电抗，磁路的饱和程度较小。漏电抗，磁路的饱和程度较小。二、双笼型异步电动机二、双笼型异步电动机这种异步电动机的转子上有两套导条，在结构这种异步电动机的转子上有两套导条，在结构分为分为“上笼上笼” 与与“下笼下笼” ，两笼间由

30、狭长的缝，两笼间由狭长的缝隙隔开。隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝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，故电阻较大青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小成，故电阻较小。 气隙作用：气隙作用：减小漏电抗，减小漏电抗，增大起动转矩增大起动转矩起动笼起动笼（上笼）（上笼）运行笼运行笼（下笼）（下笼）铸铝转子铸铝转子铜转子铜转子n转子电流分布转子电流分布n起动时起动时，转子电流频率较高，下笼漏电抗较大，电，转子电流频率较高，下笼漏电抗较大，电流的大部分流过上笼，集肤效应显著，流

31、的大部分流过上笼，集肤效应显著，上笼上笼电阻较电阻较大，流过的电流也相对较大，产生较大的起动转矩，大，流过的电流也相对较大，产生较大的起动转矩，在起动时起主要作用在起动时起主要作用。n起动结束，电动机进入正常运行时起动结束，电动机进入正常运行时，转子电流频率，转子电流频率很小，集肤效应基本消失。两笼漏电抗都很小，电很小，集肤效应基本消失。两笼漏电抗都很小，电流在两个笼的分配主要取决于各自的电阻，由于下流在两个笼的分配主要取决于各自的电阻，由于下笼电阻相对较小，电流主要流过电阻较小的下笼。笼电阻相对较小，电流主要流过电阻较小的下笼。下笼在运行时起主要作用下笼在运行时起主要作用。双笼异步电动双笼异

32、步电动机的机械特性机的机械特性n机械特性机械特性：l上笼机械特性为上笼机械特性为T1，下笼，下笼机械特性为机械特性为T2；l不同转速下把不同转速下把T T1和和T2叠加叠加可得出合成机械特性可得出合成机械特性与普通笼型异步电动机相比，因与普通笼型异步电动机相比，因转子漏电抗较大转子漏电抗较大，故，故额定功率因数及最大转矩稍低额定功率因数及最大转矩稍低。由于用铜量较大，制。由于用铜量较大，制造工艺较复杂，因此价格较高。造工艺较复杂，因此价格较高。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设定子串联设定子串联对称起动电阻对称起动电阻为为 。stR

33、设设全压全压直接起动时，电动机的起动电流直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩和起动转矩分别为分别为 、stI1stT定子串电阻定子串电阻起动时，电动机的起动电流起动时，电动机的起动电流 和起动转矩和起动转矩分别为分别为 、stI1stT1I 1NstIK INTKTstst11 1NstIa I TNstTa T 11stIstIIKaIastststTTKbTa起动时起动时s =1，若忽虑励磁电流，则根据电机近似等效，若忽虑励磁电流，则根据电机近似等效电路有电路有 ，于是，于是 21ststTI12II2ab2122()smRTIs根据根据 、1stUIZ11ststIIIaIKa222

34、212121212()()()()stUUaRRXXRRRXXRRaXaRst22221RbRXbRst22112RRR12XXX设设又有又有根据根据2ab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. 0n 当定子绕组为星形联结时当定子绕组为星形联结时 N1N11N133IKUIUZIstn 当定子绕组为三角形联结时当定子绕组为三角形联结时 1N1N1N133IKUIUZIstZRZX97. 091. 022笼型异步电笼型异步电动机阻抗近动机阻抗近似计算公式似计算公式n系数系数a和和b的数值由生产机械要求决定，的数值由生产机械要求决定，必须保证减压起动时，电动机降

35、低的必须保证减压起动时，电动机降低的起动转矩起动转矩Tst应大于负载转矩应大于负载转矩Tz，使电，使电动机能够起动。动机能够起动。n除了限制起动电流，有时减小转矩为除了限制起动电流，有时减小转矩为其主要目的，以减轻对机构的冲击，其主要目的，以减轻对机构的冲击，并保证平稳加速。并保证平稳加速。 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；起动转矩倍数数 ，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；）

36、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。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. 368. 391. 091. 0ZX（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2a5)47. 147. 1235. 312(22222222(1)stRaXa RR（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2bRbRXbRst22146. 2)47. 147. 1235. 312(22第四节第四节

37、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自耦变压器容量容量 （kVA）的计算公式如）的计算公式如下下 TAP电动机额定电动机额定容量容量（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 起动一次的时间（起动一次的时间（min）；）； dPIK%TAUTAP2%dITAstP KUntt式中式中 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%TAIdTAstUKPP1coscosNdPPP表达式中

38、出现表达式中出现 二次方是由于当利用自耦使电动二次方是由于当利用自耦使电动机定子端口电压降低时，如果定子端口电压为额定电机定子端口电压降低时，如果定子端口电压为额定电压的压的 时，定子电流也将按相同的比例降低为直时，定子电流也将按相同的比例降低为直接起动电流的接起动电流的 。 %TAU%TAU%TAUTAP2%dITAstP KUntt2%TAIdTAstUKPP 例例11-211-2 电动机容量为电动机容量为 ；如直接起；如直接起动时起动电流的倍数动时起动电流的倍数 ；按生产机械的；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要求，电动机起动时容许的最小电压为额定电压的压的60%；设

39、起动器起动次数；设起动器起动次数n=3，每次起动，每次起动的时间的时间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，其最大起动时间为的自耦变压器，其最大起动时间为 2 min。 AkV792解解 选择选择%65% TAU2500 565 1003 0 5kV A=792kV A2/. TntUKPTAId2%TAP第五节三相绕线转子异步电动机转子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对称起动电阻的

40、计算 （一）图解解析法（一）图解解析法（二）解析法（二）解析法 转子电路的转子电路的总总电阻电阻 RT 在转矩为恒定的条件下，转差率与转子电路的总电阻在转矩为恒定的条件下，转差率与转子电路的总电阻成正比。成正比。21max2211212sUmTRXXR222112mRsRXX mTsRmax2mTTss 与转子与转子电路的总电电路的总电阻阻 RT无关无关 maxTmssT、Tmanman一定时一定时TsR（一）图解解析法（一）图解解析法为简化计算，机械特性可视为直线为简化计算，机械特性可视为直线 max2mTTss起动最大转矩一般取起动最大转矩一般取max0.85T1TzT2 . 11 . 1

41、2T切换转矩一般取切换转矩一般取bsds由于机械惯性远由于机械惯性远远大于电磁惯性，远大于电磁惯性，所以认为切除起所以认为切除起动电阻瞬间电机动电阻瞬间电机转速保持不变，转速保持不变，即即转差率保持不转差率保持不变变 为转子每相绕组电阻为转子每相绕组电阻 2RN2N22N3s ERI121TRRR21bdTsRsR根据异步电动机起动特性及公式根据异步电动机起动特性及公式可得可得221RkbkdRR212RRkbbdkbRsbsbsbsdsddsnnnnnskbnnnnskdn122232bdRRkbdfRRkbfhRRkb同样，当同样，当T = T1时时（二）解析法（二）解析法 1TTR1mT

42、smax2mTTss222112mRsRXX S 不变（转不变（转速不变）速不变）mTsRRT 转子回转子回路总电阻路总电阻在转速（或转差率）不变时，电磁转矩在转速（或转差率）不变时，电磁转矩Te与与转子电路的总电阻成反比。转子电路的总电阻成反比。1TTR即为解析法计算起动电阻的理论依据。即为解析法计算起动电阻的理论依据。由于机械惯性远远大于电磁惯性，所以认为切除起动由于机械惯性远远大于电磁惯性，所以认为切除起动电阻瞬间电机转速保持不变，即电阻瞬间电机转速保持不变，即转差率保持不变转差率保持不变所以所以(1)211(1)(2)122T mTmTTT mT mTRRRRTRRRRT根据切换点转速

43、相等根据切换点转速相等1122TTRTRb、c转速相等转速相等1221TTTRTRd、e转速相等转速相等12TT 令起动转矩比令起动转矩比T122T22Tm2mRRRRRR22NNTmN22N2N 1233mmmmstNstNEIITRs ERs Is TINTmN 12lglglglgTRs TRmTm2mRR如给定如给定122cosTmTCI起动转矩比起动转矩比起动级数起动级数1mTmT(m-1)2 m-112(m-1)T(m-1)T(m-2)2 m-222T2T1211T1T221mmmmRRRRRRRRRRRRRRRRRRR 分段电阻起动时的各段电阻值分段电阻起动时的各段电阻值l启动级

44、数m已知已知l启动级数m未知未知用分析法求解启动电阻时，与直流电机用分析法求解启动电阻时，与直流电机启动电阻求解同样也分成两种情况：启动电阻求解同样也分成两种情况： 例例11-311-3 某生产机械用绕线转子异步电动机拖某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为：动，其技术数据为： 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，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。电阻（用解析法）。 解解：N2N22N3s ERI108. 07132500533. 0

45、NN1500 14200.05331500snnsn取取 N17 . 1 TT N1mNTs T 22. 27 . 10533. 013NN12766. 022. 27 . 1TTTT由于电动机是空载起动，故切换转矩由于电动机是空载起动，故切换转矩T2要比空载转矩要比空载转矩Tz大得多，满足要求。大得多，满足要求。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1231.092RRR第六节第六节 三相异步电动机的起动过程三相异

46、步电动机的起动过程一、图解法一、图解法addZdTTTtnGDTad3752tnGDTadtnGDT/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 二、解析法二、解析法 当当 ，电力拖动运动方程式为，电力拖动运动方程式为 0zTtnGDTdd3752代入机械特性的实用表达式代入机械特性的实用表达式 (1)snnsmax2mmTTssssdd()ddsnsntt 2max2d375dsmmTGD nssstss 2max1375dd2mmssstsssGD nT 2max375sMATGD nT异步电动机拖动系异步电动机拖动系统

47、的统的机械时间常数机械时间常数xstmmxstMAssssssTtln22220空载起动时间，此时空载起动时间，此时sst = 1，sst = 0.05(nx= 99.5% ns）05. 01ln205. 012220mmMAstssTtmmMAssT5 . 141sssssTttxstssmmMAtd2d00空载过渡过程持续时间与空载过渡过程持续时间与Sm的大小相关的大小相关2max1375dd2mmssstsssGD nT 令令 ，可以求得最短空载启动时间，所对应的，可以求得最短空载启动时间，所对应的临界转差率临界转差率0d0dmtsxstxstmsssssln2220当电机临界转差率为当

48、电机临界转差率为 时，电机具有时，电机具有最大平均启动最大平均启动转矩，电机启动持续时间最短转矩，电机启动持续时间最短0ms在空载起动时，如果电机的临界转差率为在空载起动时，如果电机的临界转差率为 00.407m sts0stt电机启动持续时间电机启动持续时间 最短最短n最短空载启动时间的求取最短空载启动时间的求取电机具有电机具有最大平最大平均启动转矩，电均启动转矩，电机启动持续时间机启动持续时间最短最短电机具有电机具有最大顺最大顺时时启动转矩，电启动转矩，电机启动持续时间机启动持续时间不一定不一定最短最短xstxstmsssssln2220sst = 1sst = 0.05(nx= 99.5

49、% ns） 例例11-411-4 某某机床的主拖动电动机为双速电动机，其机床的主拖动电动机为双速电动机，其技术数据见表。控制线路设计为：起动分两级，第一技术数据见表。控制线路设计为：起动分两级，第一级为自加速到接近级为自加速到接近1500r/min，电动机定子绕组接成三，电动机定子绕组接成三角形联结；第二级为自角形联结；第二级为自1500r/min左右加速到近左右加速到近3000r/min，定子绕组换接成双星形（，定子绕组换接成双星形（YY）联结。）联结。求第一级的起动时间。求第一级的起动时间。设拖动系统的飞轮惯量为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

50、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 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 由于异步电机铁耗和机械损耗很小，并且过由于异步电机铁耗和机械损耗很小，并且过渡过程持续时间很短，所以可以可以认为过渡渡过程持续时间很短，所以可以可以认为过渡过程的能量损

51、耗为定子与转子电路铜耗过程的能量损耗为定子与转子电路铜耗22112200W3d3dttI R tI R t212202W31dtRI RtR粗略地可忽略励磁电流粗略地可忽略励磁电流I0，则，则 12II 212W1dxstsssRJs sR222121W12sstxRJssRtJTdd1ssddsT tJs 由于由于 222(3/ )/sTI Rs223sI RTs 则则1202212201W31ddttsRI RtRRsT tR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 xs2121W12stsRJR222121W12sstxRJssR二

52、、空载二、空载反接反接制动过程电动机的能量损耗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 2sts1xs2221121W1212TsRJR2121313W2sstRJR222121W12sstxRJssR 空载反接制动过程电动机的能量损耗空载反接制动过程电动机的能量损耗, ,为为起动过程能量损耗的起动过程能量损耗的三倍，三倍，能量损耗能量损耗最大最大三、空载三、空载能耗能耗制动过程电动机的能量损耗制动过程电动机的能量损耗 02112221Wd112sTsRRJJRR 2223sRIvT2223sI RTvT 空载能耗制动时空载能耗制动时 ddTJt 212202W31dtRI RtR

53、 空载起动空载起动过程电动机的能量损耗、空载过程电动机的能量损耗、空载反接制动反接制动过程电动机的能量损耗、过程电动机的能量损耗、空载空载能耗能耗制动制动过程电动机的能量损耗均与系统的动能过程电动机的能量损耗均与系统的动能存储量成正比。存储量成正比。 空载反接制动过程电动机的能量损耗空载反接制动过程电动机的能量损耗,为为起动过程能量损耗的起动过程能量损耗的三倍，三倍，也几乎为能耗制也几乎为能耗制动过程能量损耗的动过程能量损耗的三倍，三倍，能量损耗能量损耗最大最大四、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 减少拖动系统的动能储存量减少拖动系统的动能储存量 2/2J合理选择电动机的起、制动方式合理选择电动机的起、制动方式合理选择电动机的参数合理选择电动机的参数（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 2/2J1 1、经常起动、制动的异步电机转子设计成细而长、经常起动、制动的异步电机转子设计成细而长的形状，从而较小转动惯量的形状，从而较小转动惯量J J2 2、采用两个一半功率的电机组成的双电机拖动系、采用两个一半功率的电机组成的双电机拖动系统统3 3、适当选择电动机的额定转速，即选择最恰当的、适当选择电动机的额定转速，即选择最恰当的传