三相异步电动机的电力拖动

1、第三章三相异步电动机的电力拖动本章要求 了解有关异步电机调速的基本概念； 掌握三相异步电机的机械特性方程及画法； 掌握异步电机各种人为机械特性的画法和变化的规律； 重点掌握三相异步电机的起动、 制动、调速过程以及绕线式异步电机的分段起动电阻和各种制动方法中限流电阻的计算。本章重点三相异步电机的机械特性, 起动、制动过程 .本章简述三相异步电机拖动与直流电机拖动相比电机可靠性高、维护小，随着电力电子技术的发展，异步电机调速的精度达到甚至超过直流电机调速精度，三相异步电机的应用会更加广泛。利用机械特性可以分析在异步电机拖动中的各种运行情况，包括电机的起动、制动、和调速。为了限制起动电流采用了降压起

2、动方式，在制动的三种方法涵盖异步电机的各种运行状态， 包括正向电动和制动、反向电动和制动、 能耗制动及回馈再生发电状态。 这些组成了异步电机的四象限运行。本章学时9 学时第一节三相异步电动机的机械特性本节学时2 学时本节重点1、三相异步电机的机械方程（固有特性和人为特性）2、三相异步电机的实用机械特性表达式的求法3、三相异步电机的人为机械特性的画法以及各自的变化规律教学方法结合理论，推导出三相异步电机的机械特性方程，在此基础上分析并得出机械特性的实用表达式。认识各种人为机械特性及其变化规律。教学手段 以传统教学手段与电子课件相结合的手段，让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。教学内容：三相异

3、步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动机的转速 n 与电磁转矩 T 之间的关系 n=f(T) 。由于异步电动机的转速n 与转差率s 及旋转磁场的同步速n1 之间的关系为n (1 s)n1 , 所以异步电动机的机械特性往往用T=f(s) 的形式表示。简称为 T-S 曲线。从电机学中已知，电磁转矩ppM（3-1 ）T1式中 p 为极对数，1 =2 f 1 ， PM 为电磁功率，它有两种表达式，即PMm1E2' I 2' cos 2（3-2 ）PMm1I 2'2 r2'（3-3 ）sr2'coss（3-4）2( r2' )2x2'2s其中 r

4、2' 和x2' 分别为折算到定子边的转子电阻和漏抗，cos 2 是转子边的功率因数。由公式（ 3-2 ），（ 3-3 ），电磁转矩也有两种表达式，一种是物理表达式，另一种是参数表达式，分述如下。一、机械特性的物理表达式将公式（ 3-2 ）代入（ 3-1 ），并考虑到E2'E12 f1 N1K 1 m（3-5 ）Tpm1N 1K1m I 2' cos 2CT m I 2' cos 2（3-6 ）2式中，CTpm1 N1 K 1是常数，2N1 为定子绕组每相串联匝数，KW1 为基波绕组系数。将式（ 3-6 ）和直流电机电磁转矩的表达式相比 , 三相异步电动机

5、的电磁转矩除了和气隙磁通及转子电流有关外，还和转子电路的功率因数有关。 这是由于在异步电动机中，转子电流滞后于转子电势，在同一极性气隙磁场下面的各转子有效导体中，电流方向不完全相 图 3-1 异步电动机的 T 形等效电路同。所以异步电动机的电磁转矩与气隙磁通和转子电流的有功分量成正比。此式常用于从物理意义上分析异步电动机在各种运行状态下T与 m ,I 2' cos 2之间的数量与方向关系。二、机械特性的参数表达式1机械特性参数表达式的推导由异步电动机的 T 型等效电路图3-1 ，略去激磁电流可得，I 2'u1（3-7 ）(r1r2' ) 2( x1 x2' )

6、2s图 3-2异步电动机的机械特性将此式连同式（3-3 ）代入式（ 3-1 ），得m1 p 2r2's（3-8 ）Tu1r2'1)2(x1'2(r1x2 )s式（ 3-8 ）表明了电动机的电磁转矩与电源相电压, 频率 , 电机定转子参数以及转差率之间的关系。对于一台已经制造好了的电机, 其参数 r1、 r2'、 x1、x2'、 p、m1 等均不变，若u1 , f 1 不变，则 T=f(s)或 T=f(n),称为机械特性的参数表达式。图3-2为按式（ 3-8 ）绘制的机械特性曲线，即三相异步电动机的T S 曲线。图中第一象限的部分n n1， T0 ，为电动

7、机运行状态；第二象限部分，nn1 ,T 0 ，为发电回馈制动状态。图3-2 中的 Sm 称为临界转差率，其值大约在0.2左右。从图3-2可见，在电动机运行状态，当转差率0 S Sm 时，随着 S 的增加，T 也增加，到 SSm 时，转矩 T 达到最大值 Tmax 。而当 S Sm以后， S 增加时，电磁转矩反而减小。T S 曲线的形状可分析如下。式（3-8 ）可以写成T m1 p( u1 )2(sr1r2' ) 2s 1 r2'L'2 )2（3-9 ）1s212(L1式中， L1x1 ， L'2x2'分别为定、转子的漏电感。11当 S 很小时，忽略上式分

8、母中S各项，则有T m1 p( u1 ) 2 s 1s（3-10 ）1r2'说明高速时， TS 曲线近似为一直线， 如图 3-2中 DCB段所示。当 S1时，可忽略式（ 3-9 ）分母中的 r 2', 则有T m1p( u1 )2sr121 r2'L '2)2 1（ 3-11 ）112 (L1s说明 S 接近于 1 时， T S 曲线为对称于原点的一段双曲线，如图3-2中 BA段所示， S为中间数值时， T S 曲线从直线过渡到双曲线。另外T S 曲线上 Tmax 和 S1时的起动转矩是异步电动机两个重要的参数，分述如下。2最大转矩和临界转差率dTTmax是电动

9、机所能提供的极限转矩，对式（3-8 ）求导数 , 并令=0，得到：dSr2'Sm（3-12 ）r12 （ x1x2' )2将式（ 3-12 ）代入（ 3-8 ），可得最大转矩Tmax 为Tpm1u21（3-13 ）1maxr12(x1x2' ) 212 r1式中（ +）对应电动状态， （ - ）适用于发电状态。通常：r1( x1x2' )式（ 3-12 ）和（ 3-13 ）可近似变为Smr2'（3-14）x1x2pm121（ 3-15 ）Tmaxu112( x1x2' )由式（ 3-14 ），（ 3-15）可见，发电和电动两种情况下，Sm 和 T

10、max 的绝对值是相等的。由式（3-12 ）到式（ 3-15）可看出如下几点：当电机各参数及电源频率不变时，Tmax 与电源电压 U 12 成正比，但 sm 与 U1 无关； Tmax 与 r2' 值无关，而 sm 与 r2' 值成正比。因此，改变转子电阻的大小，可以改变产生最大转矩的转差率。 也就是说， 选择不同的转子电阻值， 可以在某一特定的转速时电动机产生的转矩为最大。这一性质对于绕线式异步电动机是有重要意义的；当电源电压和频率不变时，sm 和 Tmax 都近似地与 ( x1x2' ) 成反比。应该指出， Tmax 是电动机可能产生的最大转矩，如果负载转矩大于最大

11、转矩，则电动机将因为承担不了而停转。 为了保证电动机不会因短时过载而停转，一般电动机都具有一定的过载能力。过载能力用最大转矩Tmax 与电动机额定转矩 TN 之比来表示，即TTmax（ 3-16 ）TN一般电动机的过载能力T 1.62.2，起重、冶金机械专用的电动机, T2.2 2.8 。 T 是三相异步电动机的一个很重要的参数，它反映了电动机短时过载的极限。3起动转矩S=1 时的电磁转矩，称为起动转矩，它是三相异步电动机接交流电源开始起动时的电磁转矩。将 S=1 代入式（ 3-8 ）得pm12r2'Tstu1 (r1r2' ) 2（ 3-17 ）1( x1 x2' )

12、 2由上式可知，起动转矩仅与电动机本身参数和电源有关，是在一定条件下电动机本身的一个参数， 而与电动机所带的负载无关。 对于绕线转子电动机， 若在一定范围内增大转子电阻（转子电路外接电阻）可以增大起动转矩，以改善起动性能；而对于笼型异步电动机，其转子电阻不能用串接电阻的方法改变，即在额定电压下 TST 是一个恒值。这时 Tst 与 TN 之比称为起动转矩倍数 K T ，即KTTst（ 3-18 ）TNKT 是三相笼型异步电动机的一个重要参数，它反映了电动机的起动能力。显然只有当Tst 大于负载转矩 TL 时，电动机才能起动；如要求满载起动时，则K T 必须大于 l 。起动转矩倍数 K T 的数

13、值可由产品目录中查到，一般KT =0.9 1.3 。除 Tst 和 Tmax 以外，在 T S曲线上还有两个比较重要的点。一个是 nn1 (s0) , 即同步速点。 此时转子感应电势为零，所以 I =0，T=0。既然电动机没有电磁转矩，也就不可能以nn1 的速度运转。所以这一点2也称为理想空载点。另一个点是额定运行点，此时nnN , ssN , 对于某一台电动机，其额定运行点是一定的。4稳定运行范围关于电机拖动系统稳定运行的条件前面已经讨论过， 其结论完全适合于异步电动机拖动系统，即拖动系统的平衡稳定运行既决定于电动机的机械特性，又决定于负载转矩特性。对于恒转矩负载（图3-3 中的负载转矩特性

14、1），不难判定它在A 点能够平衡稳定运转，而在 B 点却只能平衡而不能稳定运转，所以线性段对恒转矩负载为稳定运行区，非线性段为不稳定运行区。对于通风机类负载， （图 3-3 中的负载特性2），C 点虽然处于特性曲线的非线性段，但图 3-3异步电动机拖动系统稳定运行点仍满足稳定运行条件，所以整条特性曲线都可以平衡稳定运行。5固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指异步电动机在额定电压和额定频率下，线方式接线， 定、转子外接电阻为零时的转速n与电磁转矩 T 的关系。 图 3-4动机的固有机械特性。图中曲线1 是气隙磁场按正方向旋转时的固有特性，曲线按规定的接为三相异步电 2 是气

15、隙图 3-4三相异步电动机的固有特性磁场按反方向旋转的固有特性。气隙磁场的旋转方向取决于定子电压的相序。人为机械特性是指人为地改变电机参数或电源参数而得到的机械特性。由式（3-8 ）可见，可以改变的量有：加到定子端的电源电压U 1 、电源频率f 1 、极对数P，定子电路的电阻或电抗、转子电路的电阻或电抗等等。所以三相异步电动机的人为机械特性种类很多，这里介绍几种常见的人为机械特性。（1）降低定子电压时的人为机械特性2当定子电压 U 1 降低时，由式（ 3-8 ）可见，电动机的电磁转矩将与U 1 成正比地降低，但产生最大转矩的临界转差率sm 与电压无关，因此同步速n1 也不变。可见降低电压的人为

16、特性是一组通过同步速点的曲线簇。图 3-5 绘出了 U 1 U N 的固有特性和 U 1 = 0.8U N 及 U 1 0.5U N 时的人为机械特性。图 3-5降低定子电压时的人为机械特性由图可见，当电动机在某一负载下运行时，若降低电压，将使电机转速降低，转差率增大；而转子电流将因转子电势E2 ssE2 的增大而增大，从而引起定子电流的增大。若电流超过额定值， 则电动机的最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，如果电压降低过多，致使最大转矩小于负载转矩，则会发生电动机的停转。（ 2）转子电路中串对称电阻时的人为特性在绕线转子异步电动机转子电路内，三相分别串接大小相等的电阻，由前述分析可知，

17、此时电动机的同步转速n 不变，最大转矩T也不变，临界转差率s 则随外接电阻R 的1maxms增大而增大。人为特性是一组通过同步点的曲线簇，如图 3-6b 在一定范围内增加转子电阻， 显然可以增大电机的起动转矩，所示。图3-6a 为其电路图。若所串接的附加电阻如图图 3-6绕线转子异步电动机转子电路串图 3-7异步电动机定子电路串接对称电抗接对称电阻a）电路图b）人为机械特性中的Rs3 ，使ssm1，对应的起动转矩Tst 等于最大转矩Tmax。如果再增大转子电阻，起动转矩反而会减小。转子电路串接附加电阻，适用于绕线转子异步电动机的起动、制动和调速。这在以后还要讨论。（ 3）定子电路串接电阻或电抗

18、的人为特性在笼型异步电动机定子电路三相分别串接对称电抗X st ，由式（ 3-12 ）、式（ 3-13 ）和式（ 3-17 ）可见， n1 不变， Tmax 、 Tst 及 sm 将随 Tst 的增大而减小。如图3-7b 所示。定子电路串接电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。定子串接三相对称电阻的电路图和人为机械特性，与上述串接X ST 的相似。串接电阻的目的同样是为了限制起动电流。此外， 关于改变电源频率，改变定子绕组极对数的人为机械特性，将在异步电动机的调速一节中予以介绍。三、机械特性的实用表达式用电动机参数表示的机械特性方程式，即机械特性的参数表达式，在进行某些

19、理论分析时是非常有用的， 它清楚地表示了转矩、转差率与电动机参数之间的关系。但是电动机的定子转子参数都是些设计数据，在电动机产品目录或铭牌上是查不到的。因此， 对于某一台具体的电动机， 要利用参数表达式来绘制机械特性进行分析计算就很不方便，这就希望能利用电动机的一些技术数据和额定值来表示并绘制机械特性，这就是机械特性的实用表达式。将式（ 3-13 ）除式（ 3-8 ），并考虑到式（3-12 ），化简后得2Tmax (1smr1 )Tr2ssmr1（3-19 ）sms2sm r2'如忽略 r1 ，得 :2Tmax（ 3-20 ）Tsmssms此式即为机械特性的实用表达式。只要知道 Tma

20、x 和 sm 的值，就可以求出 T 与 S 的关系。Tmax 和 sm 的值，可由产品目录中给出的过载能力T , 额定功率 PN ( kw ) 及额定转速求出。有了实用表达式，只要给定一系列的S 值，就可画出 T S 曲线。式（3-20 ）还可进行机械特性的其它计算，其应用极为广泛。当三相异步电动机在额定负载以下运行时，它的转差率很小， 我们知道额定转差率 sN 仅为 0.02 0.05 。这就是说ssmssms如忽略sm式（ 3-20 ）就变成为：T2Tmax S（ 3-21 ）sm经过简化，使机械特性呈线性变化关系，式（3-21 ）称为机械特性的近似计算公式，使用起来更为方便。但式（3-2

21、1 ）只能用于转差率在0 SSm 的范围内。使用该式时对应于最大转矩的转差率 sm 可按下式计算， sm2 T sN 。例 3-1 ，一台三相异步电动机额定值如下：PN95kw, nN 960r / min, U N 380V ,Y接法，cos N 0.86, N90.5%, 过载能力T2.4 。试求电动机机械特性的实用表达式 .解：额定转差率sNn1nN10009600.04n11000额定转矩TN9550 PN(9550 95 ）N m 945N mnN960最大转矩 :TmaxT TN(2.4945)N m2268N mS=SN时， T=TN，由式（ 3-20）TN2TmaxsmsNsN

22、sm解得Sm SN ( T21) 0.04(2.42.421) 0.1832T机械特性的实用表达式T2Tmax22268N m4536N mssms0.183s0.183sms0.183s0.183s第二节三相异步电动机的起动本节学时2.5 学时本节重点1、笼型三相异步电机的直接起动和降压起动方法2、绕线式三相异步电机的起动方法3、绕线式三相异步电机转子串电阻分级起动的级数及各级电阻的求法教学方法 通过理论分析，得出三相异步电机的起动要求，在此基础上分析笼型三相异步电机降压起动，包括定子串电阻（电抗）起动、自耦变压器降压起动和 Y- 起动；还重点研究绕线异步电机的转子串电阻分级起动的方法。教学

23、手段 以传统教学手段与电子课件相结合的手段，让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。教学内容 :三相异步电动机的起动就是使电动机从静止状态转动起来。 起动过程是指电动机从静止状态加速到某一稳定转速的过程。一、对异步电动机起动性能的要求对异步电动机起动性能有如下要求:（1）具有足够大的起动转矩TST ，以保证生产机械能够正常地起动；（2）在保证一定大小的起动转矩的前提下，电动机的起动电流I1ST 越小越好；（3）起动设备力求结构简单，运行可靠，操作方便；（4）起动过程的能量损耗越小越好，起动时间tST 越短越好。以上起动性能中最主要的是要求在起动电流比较小的情况下得到较大的起动转矩。这是因为过大

24、的起动电流的冲击， 对于电网和电动机本身都是不利的。对电网而言， 它可能引起电网电压的大幅度下降。因为电动机的起动电流流过具有一定内阻抗的发电机、变压器和供电线路会造成电压降落，特别是对于那些小容量的电网更为显著。电网电压的降低会影响接在同一电网上其他负载（主要是其他异步电动机）的正常运行。对电动机本身来说，当工作在频繁起动的情况下，过大的起动电流将会造成电动机严重发热，以致加速绝缘老化， 大大缩短电动机的使用寿命； 同时在大电流的冲击下， 电动机绕组 （尤其是端部）受电动力作用易发生位移和变形，甚至烧毁，另一方面，起动转矩小会拖长起动时间。二、异步电动机的固有起动特性不论是鼠笼电机还是绕线式

25、电机，如果不采取措施直接接入电源起动，这样的起动特性称为固有起动特性，主要指起动电流和起动转矩。起动电流 I 1st 可根据图 3-1 计算。略去激磁电流，令 S=1 得I 1stu1（3-22 ）( r1 r2' )2( x1x2' )2由于额定运行时 SN=0.02-0.05,而起动时 S=1，所以在额定电压下起动时，起动电流约为额定电流的 5-7 倍。这是由于起动时气隙旋转磁场以同步速切割转子，在转子上感应有较大的电势，产生较大的转子电流，从而定子绕组也有较大的电流。起动转矩如式（3-17 ）所示。起动转矩倍数K T0.9 1.3为什么异步电动机的起动电流很大，而起动转矩

26、却不大呢？这是由于起动时S 1，由式（ 3-4 ）可见 ，起动时功率因数很低，大约在0.2左右；另一方面I 1 st 大，所以定子漏阻抗压降大，电势E1 减小，主磁通m 要相应减小。综上所述，异步电动机的固有起动特性并不理想。从式（ 3-17 ）可见，如适当增加转子电阻，可以改善起动特性。在绕线电机的转子回路中能够通过集电环接入附加电阻。因此，在既要求限制起动电流又要求有较大起动转矩的场合，通常采用绕线转子异步电动机。鼠笼式异步电动机转子回路无法外接附加电阻，考虑到运行效率， 也不易设计成有较大的转子电阻，为了改善起动性能又保留鼠笼式电动机的结构优点， 可以采用特殊结构形式的转子。电机界进行了

27、大量研究工作，其中，以深槽式电动机和双鼠笼式电动机效果较好，其工作原理留待后文叙述.三、鼠笼式异步电动机的起动鼠笼式电动机有直接起动和降压起动两种方法。（一） 直接起动小容量电动机起动方法直接起动也称为全压起动。 这种起动方法最简便，不需要复杂的起动设备， 但因起动电流较大，只允许在小容量电动机中使用。在一般电网容量下，7.5KW的电动机就认为是小容量，所以 PN7.5KW的异步电动机可以直接起动。但是所谓小容量也是相对的，如果电网容量大就可以允许容量较大的电动机直接起动。因此，对容量较大的电动机，若能满足下列要求，也可允许直接起动。I1ST1电源总容量（)3KVAI N4起动电机容量 KW式

28、中， I1St / I NK I 为笼型异步电动机的起动电流倍数，其值可根据电动机的型号和规格从有关手册中查得。（二） 降压起动大中容量电动机轻载起动方法对于不允许直接起动的笼型异步电动机，为限制起动电流， 只有降低加在绕组上的电压U1 。但是由于 T 和 U 12 成正比，因此，这种方法只适用于空载或轻载起动的负载。降压起动时，可以采用近几年得到应用的电机软起动器，也可以采用传统的降压起动方法，前者在本书第二篇再作介绍，以下介绍三种传统的降压起动方法。1 定子电路串电阻器或电抗器降压起动（ 1）起动线路定子串联电阻起动的原理线路图如图3-8 所示。起动时，先将转换开关 QC投向“起动”侧，然

29、后合上主开关Q，电机开始起动。此时起动电阻 Rst 串入定子电路中，较大的起动电流在 Rst 上产生了较大的电压降， 从而降低了加到定子上的电压，限制了起动电流。 当转速升高到一定数值时， 把 QC转换到“运行”侧，切除起动电阻，电动机全压起动，起动结束后将运行于某一稳定转速。在定子电路中串接电抗X st 起动，效果相同， 都能起到减小起动电流的目的。接线原理图同图3-8 ，只要将 X st 取代 Rst 即可。定子串电阻起动能耗较大，所以只在电动机容量较小时使用。容量较大的异步电动机多用串电抗起动。（ 2）起动电流和起动转矩设加在定子绕组上的电压为U1，并令图 3-8 笼型异步电动机电阻减压

30、起动原理图uNu1'在式（ 3-22 ）中令(r1r2' ) 2( x1x'2 ) 2r k2xk2zk直接起动时，u NI 1stzku1'uNI 1st降压起动时，I 1'stzkzk由式（ 3-17 ） :'TstTst2式中， rK r1r2 , x Kx1x2 , 分别为每相的短路电阻和电抗。由上可知，降压后，起动电流降低到全压时的 1/，起动转矩将会降到全压时的1/2（ 3）起动电阻或电抗的计算设起动时，定子绕组串入的电阻为Rst则 :uN(Rstrk ) 2xk2I1' st将 I 1 sT ,I 1 sT 代入上式I化简后

31、可得：(Rstrk )22uN22xkaa rkxkI1stRst2 rk2(a 21)xk2rk如定子串电抗起动，则Xst 的计算公式为xst2 xk2(a 21) rk2xk最后还应校核起动转矩Tst ，应使之满足以下关系'Tst1.1TLstTsta 2式中， TLst 为起动时的负载转矩，如不满足，则应考虑选用其他起动方法。（ 4） r K 和 xK 的估算从上可知，要计算 Rst 或 X st ，应预先知道电动机的短路参数rK 和 xk 。 rK 和 xk 可根据电动机的铭牌值上给定的额定线电压和线电流估算。当定子 Y 接时U 1NU 1 NZ K3I 1 st3K1 I1

32、N当定子 D（三角形）按时Z KU 1N3U 1NI1 st / 3KII1N设电动机直接起动时的功率因数为 cosst ，则rK Z K cosstxkZK sinstZK1cos按一般电动机的平均数值，可认为cos st0.25 0.42 自耦变压器降压起动2st（ 1）起动线路这种起动方法是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。图 3-9a 为其接线图。起动时，把开关QC投向“起动”位置，这时自耦变压器一次绕组加全电压，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。 待转速接近稳定时, 再把开关转换到“运行”位置，这样就把自耦变压器切除, 电动机全电压运行

33、，起动结束。（ 2）起动电流和起动转矩自耦变压器降压起动时，其一相电路如图（3-9b ）所示，设自耦变压器的变比为Ka 由电机学可知uNu2'（3-23 ）ka由图 3-9b 可见 :I 2'st K a I1'st（ 3-24 ）I ,1 ST 为由电网供给的起动电流'I2STu2'uNI 1st（ 3-25 ）I1 stK aK a Z Kk 2a zkka2I 1 st 为额定电压下直接起动时的起动电流。起动转矩与加在电子绕组上的电压平方成正比，因此,Tst（ 3-26）Tstka2式（ 3-25 ）和式（ 3-26 ）表明，采用自耦变压器减压起动

34、与直接起动相比较，电压降低到1a, K 起动电流和起动转矩都降低到全压起动时的 1 K a2。与定子串电抗（或电阻）的起动方法比较，在同样的起动电流下，采用自耦变压器减压起动时，电动机可产生较大的起动转矩。故这种减压起动可带较大的负载。自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用。由于这种方法可获得较大的起动转矩，加上自耦变压器副边一般有三个抽头，可以根据允许的起动电流和所需的起动转矩选用，故这种起动方法在10kW 以上的三相笼a）接线图b）自耦变压器一相电路型异步电动机得到广泛应用。其缺点是图 3-9 异步电动机自耦变压器减压起动原理线路图起动设备体积较大，初投资大，需维护检修。常用

35、的起动用自耦变压器有QJ3 和 QJ2 两种系列。QJ2 型的三个抽头分别为电源电压的 55、 64和 73； QJ3 型的 40、 60和 80。自耦变压器容量的选择与电动机的容量、起动时间和连续起动次数有关。3 Y 起动用这种方法起动的异步电动机，运行时定子绕组必须是接法, 起动时改接成Y。（ 1）起动线路图 3-10 为 Y起动时的原理线路图。起动时，将 QC投向起动侧，再将 Q 合上，定子绕组结成 Y，每相的电压为 U N / 3 ，实现降压起动， 待转速接近额定值时，将 QC投向运行侧，使定子绕阻接成全压运行。起动结束。（ 2）起动电流和起动转矩如图 3-11 设接法时电网供给的起动

36、电流为I1 stuN图 3-10异步电动机 Y-起动原理线路图3（ 3-27 ）zKY 接法时电网供给的起动电流为I 1'stuN（ 3-28 ）3zk,1I 1STI 1ST（3-29 ）3则式（ 3-29 ）表明，用 Y减压起动时， 起动电流和起动转矩都降为直接起动时的1/3 。Y起动操作方便，起动设备简单，应用较为广泛。但由于以下几点使它的应用有一定的限制：只适用于正常运行为联结电动机，为便于推广容量为 4KW 以上的电动机，绕组都是联结，额定电压为Y起动方法，Y 系列中，380V 。由于起动转矩减小到图 3-11Y 形和 形接法时的电压和电流直接起动时的1/3 ，故只适用于空载

37、或轻载起动。这种起动方法的电动机定子绕组必须引出六个出线端，这对于高电压电动机有一定的困难，所以 Y起动只限于 500V 以下的低压电动机上。4 减压起动方法的比较表 3-1 列出了上述三种减压起动方法的主要数据，为便于说明问题， 现将直接起动也列于表内。表 3-1减压起动方法比较起动方法U I1n/I 1nTn/Tn优缺点1/U N直接起动111起动最简单，但起动电流大，起动转矩小，只适用于小容量轻载起动串电阻或电抗起动111起动设备较简单，起动转矩较小，2适用于轻载起动自耦变压器起动111起动转矩较大，有三种抽头可选，KK 2K 2起动设备较复杂，可带较大负载起动Y- 起动111起动设备简

38、单，起动转矩较小，333适用于轻载起动；只用于 联结电机'''表中 U 1 /U N 、 I 1st / I st 和 Tst / Tst 分别为起动电压、起动电流和起动转矩的相对值。'U1 / U N 表示减压起动加于定子一相绕组上的电压与直接起动时加于定子的额定相电压之比； I1'st / I 1st 表示减压起动时电网向电动机提供的线电流与直接起动时的线电流之比； Tst' / Tst 为减压起动时电动机产生的起动转矩与直接起动时起动转矩之比。例 3-2 ，一台三相笼型异步电动机，PN 75kW ， nN=1470r/min ， U1N=3

39、80V ，定子接，I 1N=137.5A ， N=2%,cos1N =0.90,起动电流倍数 KI =6.5，起动转矩倍数 K T=1.0, 拟带半载起动，电源容量为 1000KV ·，选择适当的起动方法。解： 1）直接起动。电源允许电动机直接起动的条件是K II 1st1电源总容量131000I1 N4344电动机容量75因 K I 6.5>4，故该电动机不能采用直接起动法起动。2）半载指 50额定负载转矩，尚属轻载，拟用减压起动：定子串电抗（电阻）起动从上面可知， 电源允许该电动机的起动电流倍数K/I1N=4，而电动机直接起动的电I=I 1st流倍数 KI =I 1st/I

40、 1N =6.5。定子串电抗（电阻）减压满足起动电流条件时，对应的a 为I1 stK I6.51.625aK I4I1 st对应的起动转矩为 TstTst12 Tst12 KTTN121 TN0.38T Naa1.625取 a =1.625 ，虽满足了电源对起动电流的要求，但因Tst=0.38 TN <T Lst=0.5 TN，起动转矩不能满足要求，故不能用定子串电抗（或电阻）的起动方法。 Y-起动I 1st1 I 1st1KI I1N1 6.5I 1N2.17 I1N4I 1N333Tst1 Tst1 KTTN11TN0.33TN0.5TN333同样，起动电流可满足起动要求，而起动转矩

41、不满足，故不能用Y 起动法。自耦变压器起动设选用 QJ2 系列，其电压抽头为55、 64、 73。如选用 64一档抽头时，变比K 1 0.64=1.562I 1st1I 1st16.5I1N2.66I1N4I1 NK 21.56112TstK 2 Tst1.561TN0.41TNTLst0.5TN起动转矩不能满足要求。如选用 73一档时，变比K11.370.7312I 1st6.5I1N3.46I1N4I1N1.3712Tst1TN0.53TNTLst0.5TN1.37根据计算结果，可以选用电压抽头为73的自耦变压器减压起动。四、特种笼型转于异步电动机的起动普通笼型电动机，虽然结构简单、运行可

42、靠， 但其起动性能较差， 只能应用在空载或轻载起动的生产机械上。例如，在一般的金属切削机床、鼓风机、泵等的拖动上使用。为了改善它的起动性能，即既要有较大的起动转矩，又要有较小的起动电流。除采用绕线型异步电动机外，常采用特殊结构形式转子的笼型电动机。使它在起动时， 如同绕线转子异步电动机那样具有较大的转子电阻，以改善起动性能；而在运行时， 又如普通笼型转子电动机那样具有较高的效率。 最为常见的有深槽式和双笼型两种异步电动机， 它们都是利用交流电流的“集肤效应”达到起动时转子电阻较大，而正常运行时转子电阻自动变小的要求。（一） 深槽式异步电动机这种电动机的转子槽深而窄，通常槽深与槽宽之比为1012 ，当转子导条中通过电流时，槽漏磁通的分布如图 3-12a 所示。由图可见，与导条底部相交链的漏磁通比槽口部分所交链的漏磁通要多，因此，若把槽导条看成是由许多单元导体并联组成，则愈靠近槽底的导体单元的漏电抗愈大，图 3-12深槽笼型转子异步电动机a）槽漏磁分布b）导条