《电机控制技术》课件-教案 4.4.2绕线转子异步电动机的起动

淄博职业学院《电机控制技术》课单元教学设计方案教师：序号：4.4.2授课时间授课班级上课地点教学单元名称绕线转子异步电动机的起动课时数0.5教学目标电动机怎样起动。培养学生分析问题、解决问题的能力。教学重点电动机启动与其他的关系教学难点电动机启动与其他的关系目标群体普专教学环境实训室教学方法项目驱动、讲练结合等时间安排教学过程设计1对于笼型异步电动机，无论采用哪一种降压起动方法来减小起动电流，电动机的起动转矩都随着减小。所以，对某些重载下起动的生产机械（如起重机、带运输机等）不仅要限制起动电流，而且还要求有足够大的起动转矩，在这种情况下就基本上排除了采用笼型转子异步电动机的可能性，而采用起动性能较好的绕线式异步电动机。通常绕线转子异步电动机用转子电路串接电阻或串接频敏变阻器的方法实现起动。1.转子电路串接起动电阻器绕线电阻异步电动机的转子回路串入适当的电阻，既可降低起动电流，又可提高起动转矩，改善电动机的起动性能。其原理如图4-21所示。当异步电动机的转子回路中接入适当的电阻（使R2增大），不仅可以使起动电流减小，而且可以使起动转矩增大。如果使转子回路的总电阻（包括串入电阻）R2与电动机漏感抗X20相等，则起动转矩可达到最大值。起动时，先将变阻器调到最大位置如图4-22中R´´´Q，然后合上电源开关，转子便转动起来。随着转速的升高，电磁转矩将沿着Tem=f(n)曲线而变化，如图4-35所示。例如起动后转速沿曲线4变化，转速由零升到某值时，切除一段电阻（由R´´´Q减小到R´´Q），此时电动机的转速跳变（由a点到A点），使转矩沿曲线3变化。之后，将串入的电阻逐渐切除，直到全部切除为止，转速上升到正常转速，此时电动机稳定运行于D点（曲线1）。起动完毕后，要用举刷装置把电刷举起，同时把集电环短接。当电动机停止时，应把电刷放下，且将电阻全部接入，为下次再起动作好准备。图4-21绕线转子异步电动机的起动图4-22绕线转子异步电动机的机械特性曲线绕线转子异步电动机不仅能在转子回路串入电阻减小起动电流，增大起动转矩，而且还可以在小范围内进行调速，因此，广泛地应用于起动较困难的机械（如起重吊车、卷扬机等）上。但它的结构比笼型异步电动机复杂，造价高，效率也稍低。在起动过程中，当切除电阻时，转矩突然增大，会在机械部件上产生冲击。当电动机容量较大时，转子电流很大，起动设备也将变的庞大，操作和维护工作量大。为了克服这些缺点，目前多采用频敏变阻器作为起动电阻。2.绕线转子电动机转子串接频敏变阻器频敏变阻器是一个三相铁心绕组（三相绕组接成星形），铁心一般做成三柱式，由几片或几十片较厚（30～50mm）的E形钢板或铁板迭装制成，其结构和起动线路如图4-23所示。电动机起动时，电阻绕组中的三相交流电通过频敏变阻器，在铁心中便产生交变磁通，该磁通在铁心中产生很强的涡流，使铁心发热，产生涡流损耗，频敏变阻器线圈的等效电阻随着频率的增大而增加，由于涡流损耗与频率的平方成正比，当电动机起动时（s=1），转子电流（即频敏变阻器线圈中通过的电流）频率最高（f2=f1），因此频敏变阻器的电阻和感抗图4-23频敏电阻器降压起动a）频敏变阻器的结构示意图；b）起动线路图最大。起动后，随着转子转速的逐渐升高，转子电流频率（f2=sf1）便逐渐降低，于是频敏变阻器铁心中的涡流损耗及等效电阻也随之减小。实际上频敏电阻器相当于一个电抗器，它的电阻是随交变电流的频率而变化的，故称为频敏变阻器，它正好满足了绕线转子异步电动机起动的要求。由于频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻抗，使得机械特性比固有机械特性软一些，因此，在起动完毕后，可用接触器将频敏变阻器短接，使电动机在固有特性上运行。频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器，它具有结构简单、起动平滑、运行可靠、成本低廉、维护方便等优点。[例3]现有一台异步电动机铭牌数据如下：PN=10kW，nN=1460r/min，UN=380/220V，星/三角联结，ηN=0.868，cosφ1N=0.88，IQ/IN=6.5，TQ/TN=1.5，试求：（1）额定电流和额定转矩；（2）电源电压为380V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩；（3）电源电压为220V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩；（4）要求采用星-三角起动，其起动电流和起动转矩。此时能否带60%和25%PN负载转矩。解（1）IN=星形联结时，UN=380V故相应额定电流：三角形联结时，UN=220V，则相应额定电流：不管星形联结还是三角形联结，定子绕组相电压相同（等于其额定相电压），则TN=9550PN/nN=9550×10/1460N·m（2）电源电压为380V时，电动机正常运行应为星形联结，直接起动时：IQΥ=6.5INΥ=6.5×19.9A=129.35ATQΥ=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（3）电源电压为220V时，电动机正常运行应为三角形联结，直接起动时：IQD=6.5IND=6.5×34.4A=224ATND=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（4）星-三角起动只适用于正常运行为三角形的电动机，故正常运行应在三角形，相应电源电压为220V。起动时为星形联结，定子绕组相电压等于其额定相电压的1/，即127V。所以IQΥ=×IQD=1/3×224A=74.6ATQΥ=×TQD=1/3×98.1N·m=32.7N·m60%TN负载下起动时的反抗转矩T2Q=0.6TN=0.6×65.4N·m=39.2N·mT2Q>TQ，故不能移动。25%TN负载下起动时的反抗转矩T2Q=0.25TN=0.25×65.4N·m=1