三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的畢業(yè)論文

1、【摘 要】隨著異步電動(dòng)機(jī)作為重要的動(dòng)力設(shè)備在社會(huì)各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，研究三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)在各種起動(dòng)方式下的起動(dòng)性能就顯得尤為重要。為獲得較好的起動(dòng)效果，在對(duì)籠型異步電機(jī)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用Matlab中的Simulink仿真工具對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、定子串電抗降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)和變頻起動(dòng)等起動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。通過對(duì)起動(dòng)過程中電機(jī)的定子電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，得出各種起動(dòng)方式下電流時(shí)間、轉(zhuǎn)矩時(shí)間和轉(zhuǎn)速時(shí)間的特性曲線，從而比較不同起動(dòng)方式的起動(dòng)性能優(yōu)劣。異步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)后，使起動(dòng)電流大大減小，起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊效應(yīng)較小，并且使異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡可能大，縮短了起

2、動(dòng)時(shí)間，從而克服了傳統(tǒng)起動(dòng)的弊端。關(guān)鍵詞：籠形異步電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)方式；定子電流；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；變頻起動(dòng)【Abstract】With asynchronous motor as an important power equipment widely used in various sectors in society, study asynchronous motors starting capability in various starting methods is particularly important. In order to obtain better results of start

3、ing, through Matlab programming, we simulate the direct starting method, series reactance of stator starting method, transformer starting method and frequency conversion starting method. We detecting the stator current, starting torquen and the rotor speed., then we draw the current-time, torque-tim

4、e and speed-time map of characteristics under different circumstances. The asynchronous motor starter with frequency conversion greatly reduces the starting current and the impact on the power system .What is more , it make the starting torque of the asynchronous motor as big as possible, shortening

5、 the start-up time , overcoming the drawbacks of conventional startup, and saving energy.Key Words: asynchronous motor；various starting methods；stator current；starting torque；frequency start目錄1引言11.1三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究的意義11.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分類及其發(fā)展方向11.3變頻起動(dòng)的發(fā)展22Matlab/Simulink仿真工具32.1MATLAB語言32.2SIMULINK仿真工具32.3算

6、法選擇43鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)63.1籠型異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)63.2籠型異步電動(dòng)機(jī)主要形式94異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)原理分析104.1起動(dòng)理論分析10起動(dòng)的基本要求10起動(dòng)電流過大的危害114.2轉(zhuǎn)矩特性和電磁關(guān)系分析11轉(zhuǎn)矩平衡方程式11電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式12起動(dòng)轉(zhuǎn)矩12機(jī)械特性125籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式145.1傳統(tǒng)起動(dòng)技術(shù)14直接起動(dòng)14降壓起動(dòng)15定子繞組串電阻或串電抗降壓起動(dòng)15自耦變壓器降壓起動(dòng)18星形-三角形（-）降壓起動(dòng)20延邊三角形降壓起動(dòng)225.2軟起動(dòng)技術(shù)23軟起動(dòng)技術(shù)概述23傳統(tǒng)起動(dòng)方式與軟起動(dòng)比較25軟起動(dòng)分類25軟起動(dòng)器常用的起動(dòng)方式265.3變頻起動(dòng)27變頻起動(dòng)的背

7、景27變頻起動(dòng)的原理27變頻起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)296變頻起動(dòng)編程的數(shù)學(xué)建模317利用Matlab對(duì)變頻起動(dòng)進(jìn)行編程327.1編程思路327.2Matlab主程序327.3Matlab子程序337.4程序調(diào)試348籠型異步電動(dòng)機(jī)的Matlab仿真358.1各種起動(dòng)方式下的MATLAB仿真分析35異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)仿真35異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗起動(dòng)仿真37異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓起動(dòng)仿真41異步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)仿真438.2各種起動(dòng)方式性能比較459工作總結(jié)46致謝47參考文獻(xiàn)48 1引言1.1三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究的意義電動(dòng)機(jī)作為重要的動(dòng)力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中。

8、與電機(jī)配套的控制設(shè)備的性能已經(jīng)成為用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。電機(jī)的控制包括電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維修方便、運(yùn)行效率較高、工作特性較好等優(yōu)點(diǎn)，因而在電力拖動(dòng)平臺(tái)上得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其耗電量約占全國發(fā)電量的40%左右。當(dāng)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的過程稱為電機(jī)的起動(dòng)過程。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能最重要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此在電機(jī)的起動(dòng)過程中，如何降低起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一直是機(jī)電行業(yè)的專家們探討的重要課題。三相異步電機(jī)是一種反電勢(shì)負(fù)載，即以反電勢(shì)來平衡外加電壓。電機(jī)在起動(dòng)開始時(shí)反電勢(shì)為零，沖擊電流很大。當(dāng)電機(jī)容量較大時(shí)，

9、沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行; 起動(dòng)電流過大時(shí)將使電機(jī)本身受到過大電磁力的沖擊，頻繁起動(dòng)，繞組會(huì)發(fā)熱。同時(shí)，由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使得負(fù)載使用壽命降低。特別是對(duì)經(jīng)常需要起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)影響較大。因此，研究異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，如何力求在較小的起動(dòng)電流下得到足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且選擇合適的起動(dòng)方法是相當(dāng)重要的。1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分類及其發(fā)展方向目前，最常見的是直接起動(dòng)方式，這是一種最簡單的起動(dòng)方法。就是用閘刀開關(guān)或者接觸器把電機(jī)的定子繞組直接接到電網(wǎng)上。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是操作和起動(dòng)設(shè)備簡單，缺點(diǎn)是起動(dòng)電流很大。一般鼠籠式異步電機(jī)直接起動(dòng)的電流是額定電流的47倍，某

10、些國產(chǎn)電機(jī)甚至可達(dá)812倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的12倍。雖然,起動(dòng)電流很大,但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。因此,直接起動(dòng)方法只適用于小容量電機(jī)起動(dòng)。為了解決直接起動(dòng)帶來的一系列問題，人們采用了各種降壓起動(dòng)技術(shù)，目前應(yīng)用較為普遍的有自耦變壓器起動(dòng)、串電阻或串電抗起動(dòng)、Y-啟動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)等方法。這些傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方法在很大程度上緩解了大容量電機(jī)在相對(duì)較小容量電網(wǎng)上起動(dòng)時(shí)的矛盾，但它們只是縮短了大電流沖擊的時(shí)間，并沒有從本質(zhì)上解決問題。而且這些起動(dòng)設(shè)備還存在一些固有的缺點(diǎn):如對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力差、起動(dòng)電流不連續(xù)、觸點(diǎn)繼電器控制、維修工作量大以及浪費(fèi)能源等問題。隨著自動(dòng)化、機(jī)械化要求日益提高，這些矛盾變得更加突

11、出。為了使電機(jī)能夠迅速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速正常工作，要求電機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且起動(dòng)電流不能太大。因此，總是希望在起動(dòng)電流較小的情況下，能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。近三十年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論與電力電子技術(shù)的緊密結(jié)合，為電機(jī)的起動(dòng)節(jié)能提供了全新的思路從而出現(xiàn)了電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)。軟起動(dòng)技術(shù)具有傳統(tǒng)起動(dòng)方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。近年來，國內(nèi)外都十分重視三相異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)。軟起動(dòng)控制旨在降壓以限制電機(jī)起動(dòng)電流,減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,也達(dá)到了節(jié)能的目的。目前軟起動(dòng)方式很多,如液阻軟起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)、晶閘管軟起動(dòng)等,從起動(dòng)時(shí)間、控制方式的節(jié)能效果等多方面綜合比較,以晶閘管軟起動(dòng)

12、方式最優(yōu),代表著軟起動(dòng)的發(fā)展方向。晶閘管軟起動(dòng)相對(duì)于傳統(tǒng)的起動(dòng)方式,其突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:(1)電力半導(dǎo)體開關(guān)是無電弧開關(guān)和電流連續(xù)的調(diào)節(jié),所以電子軟起動(dòng)器是無級(jí)調(diào)節(jié)的,能夠連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng),而傳統(tǒng)起動(dòng)的調(diào)節(jié)是分檔的,即屬于有級(jí)調(diào)節(jié)范圍。(2)沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí),是通過逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角,使電機(jī)起動(dòng)電流限制在設(shè)定值以內(nèi),因而沖擊電流小,也可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升,保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械、設(shè)備和人員。(3)軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制,使電機(jī)在起動(dòng)過程中保持恒流,確保電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。1.3變頻起動(dòng)的發(fā)展雖然軟起動(dòng)仍然以各種形式的降壓(限流)軟起動(dòng)為主要形式，但是隨著變頻器價(jià)格的逐漸

13、下降及可靠性的進(jìn)一步提高，變頻軟起動(dòng)將成為軟起動(dòng)的主流。變頻器具有所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴的多，結(jié)構(gòu)也負(fù)責(zé)的多。由于其價(jià)格太高，人們購置變頻器一般都是著眼于調(diào)速，因此常常不把他歸類于軟啟動(dòng)裝置。但對(duì)于需要重載或者滿載起動(dòng)的設(shè)備，最好采用變頻軟啟動(dòng)。因?yàn)檐浧饎?dòng)器調(diào)壓不調(diào)頻，轉(zhuǎn)差率始終存在，難免過大的起動(dòng)電流，而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式，可實(shí)現(xiàn)無過流軟啟動(dòng)，且可提供1.22倍的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特別適合于重負(fù)載起動(dòng)的設(shè)備。相信隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的價(jià)格會(huì)進(jìn)一步降低，變頻器作為一種軟啟動(dòng)方式會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。各種形式的降壓起動(dòng)動(dòng)將與星三角起動(dòng)等技術(shù)一起歸并為傳統(tǒng)的起動(dòng)技術(shù)。未

14、來成為主流產(chǎn)品的軟起動(dòng)裝置將是帶有軟切換功能的廉價(jià)的變頻器。2Matlab/Simulink仿真工具2.1MATLAB語言Matlab是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。這使它成為國際控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的首選軟件工具。現(xiàn)在Matlab軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。在控制界，很多著名專家和學(xué)者為其擅長的領(lǐng)域開發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。Matlab語言有以下特點(diǎn)：(1)起點(diǎn)高：每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有

15、效。(2)人機(jī)界面適合科技人員：Matlab的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員交流。Matlab是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。(3)強(qiáng)大而簡易的作圖功能：能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。(4)智能化度高：繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法;數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長，自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。(5)功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)：Matlab軟件包括基本部分和專業(yè)部分?；静糠职?矩陣的

16、各種運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的知識(shí)編寫出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。這些工具箱就是專業(yè)部分。現(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)擴(kuò)展。Matlab語言集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視和程序設(shè)計(jì)于一體，并能用人們熟悉的符號(hào)表示出來，在工程計(jì)算方面具有不可比擬的優(yōu)越性；它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。數(shù)學(xué)函數(shù)庫中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。因此，Matlab已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算應(yīng)用軟件之一。2.2SIMULINK仿真工具Simulink是一種用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件

17、工具，它是Matlab的一個(gè)附加組件，用來提供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺(tái)。它是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確的創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的，特別是對(duì)于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它的效果更為明顯。Simulink模型可以用來模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可遇到的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外，它還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便地觀察到仿真的整個(gè)過程。Simulink沒有單獨(dú)的語言，但他它提供了S函數(shù)規(guī)則。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。一個(gè)典型的Simulink模型包括如下三種類型的元素：(1)信號(hào)源模塊(2)被模擬的

18、系統(tǒng)模塊(3)輸出顯示模塊如圖2-1所示說明了這三種元素之間的典型關(guān)系。系統(tǒng)模塊作為中心模塊是Simulink仿真建模所要解決的主要部分：信號(hào)源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（如信號(hào)波和階躍函數(shù)波等）和用戶自己在Matlab中創(chuàng)建的自定義信號(hào)。系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出顯示形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或MATLAB工作空間三種。輸出模塊主要在Sinks庫中。圖2-1Simulink模型元素關(guān)聯(lián)圖Simulink模型并不一定要包含全部的三種元素，在實(shí)際應(yīng)用中通?？梢匀鄙倨渲械囊粋€(gè)或兩個(gè)。例如，若要模擬一個(gè)系統(tǒng)偏離平衡位置后的自恢復(fù)行為，就可以建立一個(gè)沒有輸入而只有

19、系統(tǒng)模塊加一個(gè)顯示模塊的模型。在某種情況下，也可以建立一個(gè)只有源模塊和顯示模塊的系統(tǒng)。若需要一個(gè)由幾個(gè)函數(shù)復(fù)合的特殊信號(hào)，則可以使用源模塊生成信號(hào)并將其送入Matlab工作空間或文件中。2.3算法選擇Simulink提供了許多微分方程的解法。絕大多數(shù)解法是數(shù)值積分研究中的最新成果，在其中可以找到目前為止最快速且精確最高的解法。一般來說，使用變步長的自適應(yīng)解法是較好的選擇。這類算法會(huì)依照給定的精確度在各積分段內(nèi)自適應(yīng)地尋找各自的最大步長進(jìn)行積分，從而是得效率最高。各種解法及其說明見表2-1：表2-1Simulink數(shù)值解法表Simulink解法解法說明ODE45通常情況下是最好的單步解法。此解法

20、基于Dormand-Prince 4-5階的Runge-Kutta公式。是默認(rèn)解法，通常也是第一選擇。ODE23該解法是基于Bogacki-Shampine 2-3階Runge-Kutta公式。有時(shí)對(duì)輕度的剛性方程，它可以比ODE45更有效。對(duì)相同的精度，它需要比ODE45更小的步長。ODE113變階次的Adams-Bashforth-Moulton解法。此解法使用前幾次節(jié)上的值來計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)處的解，因此在相同的精度下，它可能比ODE45或ODE23更快一些。但此解法不適合用于不連續(xù)的系統(tǒng)。ODE15S剛性系統(tǒng)的變階次多步解法。此解法是基于最新的數(shù)值差分公式，如果仿真使用ODE45時(shí)運(yùn)行很慢，

21、可以試一試此解法。ODE23S剛性方程固定階次的單步解法。由于ODE23S是單步方法，因此，有時(shí)它要比ODE15S快一些。如果系統(tǒng)是剛性系統(tǒng)，可以同時(shí)嘗試兩種方法以確定哪一個(gè)更快。Discrete針對(duì)無連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的特殊解法。ODE5ODE45的確定步長的函數(shù)解法ODE4使用固定步長的經(jīng)典4階Runge-Kutta公式的函數(shù)解法。ODE3ODE23的確定步長的函數(shù)解法ODE2使用固定步長的經(jīng)典2階Runge-Kutta公式的方法，也稱為Heun方法ODE1固定步長的Euler方法3鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)3.1籠型異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)可分成同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)

22、速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間同步地旋轉(zhuǎn)，這種電機(jī)就稱為同步電機(jī)。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步，這種電機(jī)就稱為異步電機(jī)。異步電機(jī)主要作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，常稱為異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖3-1所示。圖3-1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心；7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9機(jī)座；10后端蓋；11風(fēng)罩；12風(fēng)扇定子部分：定子是

23、用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。（1）外殼：三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，另外起存放潤滑油和保護(hù)軸承的作用。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和

24、固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。 （2）定子鐵心： 定子鐵心的作用是作為電機(jī)磁路中的一部分和放置定子繞組。為了減少旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在鐵心中引起的損耗，鐵心一般采用導(dǎo)磁性良好和比損耗小的0.5毫米厚的電工硅鋼片迭成，如圖3-2所示。為了嵌放定子繞組，在定子鐵心內(nèi)圓沖擊出許多形狀相同的槽。通用的槽形有三種：（1）半閉口槽；（2）半開口槽；（3）開口槽。對(duì)于容量在100千瓦以下的中小型異步電動(dòng)機(jī)，通常采用半閉口槽。這時(shí)定子繞組由高強(qiáng)度漆包圓銅線（或鋁線）繞成，經(jīng)過槽口分散嵌入槽內(nèi)；起優(yōu)點(diǎn)是槽口較小，可以減小氣隙磁阻，使產(chǎn)生一定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需的激磁

25、電流減小，從而提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。此外，槽口較小還可減小氣隙磁場(chǎng)的脈振，從而減小電動(dòng)機(jī)中的附加損耗。從這些觀點(diǎn)來看，半閉口槽是較好的。半閉口槽的缺點(diǎn)是嵌線不方便，高壓線圈絕緣比較困難，因此一般只用于低壓中小型異步電動(dòng)機(jī)。圖3-2定子鐵心及沖片示意圖（左）定子鐵心 （右）定子沖片（3）定子繞組：定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)

26、機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。定子繞組在槽內(nèi)部分與鐵心之間必須可靠絕緣，這部分絕緣稱為槽絕緣（又稱對(duì)地絕緣）。槽絕緣的材料和厚度有電機(jī)的耐熱等級(jí)和工作電壓來定，如E級(jí)絕緣的電機(jī)一般采用附有聚脂薄膜的青殼紙作為槽絕緣。轉(zhuǎn)子部分：（1）轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞

27、線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。 繞線形繞組，與定子繞組一樣也是一個(gè)三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動(dòng)勢(shì)以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，見圖3-3。圖3-3 繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接1 集電環(huán)；2電刷；3變阻器 籠形繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如上圖所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如下圖所示。100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。圖3-4 籠形轉(zhuǎn)子繞組（a） 銅

28、排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電勢(shì)、流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組不必由外界電源供電，因此可以自行閉合而構(gòu)成短路繞組。這時(shí)工藝上最簡單的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)是：每個(gè)轉(zhuǎn)子槽中插入一根導(dǎo)條，在伸出鐵心兩端的槽口處，用兩個(gè)端環(huán)分別把所有導(dǎo)條的兩端都連接起來。如果去掉鐵心，整個(gè)繞組的外型就像一個(gè)“鼠籠”。鼠籠式轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條與端環(huán)的材料可以用銅或鋁。當(dāng)用銅時(shí)，銅導(dǎo)條與端環(huán)之間須用銅焊或銀焊的方法把他們焊接起來。對(duì)于中、小型異步電機(jī)，一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子，把導(dǎo)條、端環(huán)上的風(fēng)葉一起鑄出。其他部分：端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動(dòng)機(jī)。三相異步

29、電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。3.2籠型異步電動(dòng)機(jī)主要形式鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)有三種主要形式，即(1)正常結(jié)構(gòu)的單鼠籠電動(dòng)機(jī)；（2）深槽電動(dòng)機(jī)；（3）雙鼠籠電動(dòng)機(jī)。第一種形式的轉(zhuǎn)子大多數(shù)采用梨形半閉口槽。這時(shí)，為了改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，通常把轉(zhuǎn)子槽扭斜一個(gè)定子齒距。4異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)原理分析4.1起動(dòng)理論分析異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和直流電動(dòng)機(jī)一樣，包括以下幾項(xiàng)：起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)時(shí)繞組中消耗的能量和繞組發(fā)熱、起動(dòng)設(shè)備的簡

30、單性和可靠性、起動(dòng)時(shí)的過渡過程。其中最重要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小。為使電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并很快達(dá)到額定轉(zhuǎn)速而正常工作，要求電機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；但又希望起動(dòng)電流不要太大，以免電網(wǎng)產(chǎn)生過大的電壓降落而影響接在電網(wǎng)上的其他電機(jī)和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。此外，起動(dòng)電流過大時(shí)，將使電機(jī)本身受到過大電磁力的沖擊，如果經(jīng)常起動(dòng)，還有使繞組過熱的危險(xiǎn)。因此，我們總是希望在起動(dòng)電流比較小的情況下，能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。普通結(jié)構(gòu)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)不采取任何措施而直接接入電網(wǎng)起動(dòng)時(shí)，往往不能滿足上述要求。因?yàn)樗钠饎?dòng)電流很大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。起動(dòng)電流很大的原因，從物理現(xiàn)象看，起動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子，

31、在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)很大的電勢(shì)和電流，引起與它平衡的定子電流的負(fù)載分量也跟著急劇增加，以致定子電流很大。而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大是由于起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子電阻使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)接近90度，所以盡管電流很大但其有功分量卻不大。其次，由于起動(dòng)電流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使感應(yīng)電勢(shì)減小，磁通也將成比例減小。在選擇異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法時(shí)，必須根據(jù)電網(wǎng)容量和機(jī)械負(fù)載對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求等具體情況進(jìn)行具體分析。如果電網(wǎng)容量很大，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不會(huì)引起顯著的電壓降落，則起動(dòng)電流大小不是主要問題。如果機(jī)械負(fù)載要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，而電網(wǎng)容量相對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說又不很大，則主要考慮如何減小起動(dòng)電流。至于即要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

32、，又希望限制起動(dòng)電流的場(chǎng)合，則需要采取措施來改進(jìn)起動(dòng)性能。起動(dòng)的基本要求拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩并且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大越好，保證起動(dòng)過程很快結(jié)束，使生產(chǎn)機(jī)械能夠較快的達(dá)到正常運(yùn)行。同時(shí)，在滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，希望起動(dòng)電流越小越好。不同負(fù)載和不同供電容量電網(wǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求是不一樣的。而異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能的基本要求是相同的，這些基本要求有：（1）足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)； （2）盡可能小的起動(dòng)電流倍數(shù)； （3）起動(dòng)時(shí)間短，能夠符合生產(chǎn)技術(shù)的要求；（4）起動(dòng)平滑，即要求時(shí)加速平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊；（5）起動(dòng)設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)，操作方便等。4.1.2起

33、動(dòng)電流過大的危害起動(dòng)電流過大會(huì)造成如下影響：(1) 大的起動(dòng)電流會(huì)在線路和電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗，而引起電動(dòng)機(jī)繞組過熱。雖然這是短暫的，但對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(如卷揚(yáng)機(jī)等)，由于熱量的積累，易造成電機(jī)繞組過熱。(2) 在輸電線上造成很大的電壓損失，使電網(wǎng)負(fù)載端的電壓降低。雖然電壓降低是短時(shí)的， 但它既影響電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電源電壓的平方成正比)，而且也影響到同一線路上的其他負(fù)載正常工作(如：電燈的閃爍，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速瞬間降低，甚至造成停機(jī))。4.2轉(zhuǎn)矩特性和電磁關(guān)系分析轉(zhuǎn)矩平衡方程式 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上各種機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度就得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。是借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子傳遞到轉(zhuǎn)子上

34、的總機(jī)械功率，與之相對(duì)應(yīng)的總機(jī)械轉(zhuǎn)矩稱之為電磁轉(zhuǎn)矩，即： (4-1)輸出轉(zhuǎn)矩： (4-2)空載轉(zhuǎn)矩： (4-3)于是，轉(zhuǎn)矩平衡方程式為： (4-4) 電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式有3種：物理表達(dá)式為 (4-5)用于分析電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)下的物理過程。參數(shù)表達(dá)式為 (4-6)用于分析各個(gè)參數(shù)對(duì)于電動(dòng)機(jī)性能的影響。實(shí)用表達(dá)式為 (4-7)式中，單位為。根據(jù)產(chǎn)品目錄，做出其機(jī)械特性，工程上用于電動(dòng)機(jī)選型。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在參數(shù)表達(dá)式的基礎(chǔ)上，令s=1得： (4-8)通常用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)來描述起動(dòng)性能，即： (4-9)機(jī)械特性機(jī)械特性曲線由電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式 (4-10)可得如圖所示的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲

35、線。圖4-1 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線異步電動(dòng)機(jī)幾個(gè)特殊點(diǎn)：(1)理想空載運(yùn)行點(diǎn)：s=0, ,T=0,(實(shí)際運(yùn)行時(shí)間）。(2)額定運(yùn)行點(diǎn)：(3)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：(4)啟動(dòng)點(diǎn)：5籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式5.1傳統(tǒng)起動(dòng)技術(shù)電機(jī)的起動(dòng)：當(dāng)電流通入定子繞組的瞬時(shí)，在定子鐵心將產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組在這個(gè)磁場(chǎng)中將感應(yīng)產(chǎn)生電流，而這個(gè)電流在磁場(chǎng)中又將受到力的作用，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。5.1.1直接起動(dòng)直接起動(dòng)，也就是全壓起動(dòng)，是一種最簡單的起動(dòng)方法也是三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多的一種起動(dòng)方法。小功率電機(jī)常常采用這種起動(dòng)方式然而對(duì)較大功率的電機(jī)而言，這種起停方式的缺點(diǎn)也是顯而易見的。在這種起動(dòng)方式下，起動(dòng)電流約為標(biāo)稱電

36、流的4-7倍;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的倍。其特點(diǎn)是:電機(jī)端子少(一般為三端子電機(jī))，可帶載起動(dòng)、高電流峰值和大壓降起動(dòng)，設(shè)備簡易。直接起動(dòng)是最簡單的起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)通過空開或接觸器將電機(jī)直接接到電網(wǎng)上。具有起動(dòng)設(shè)備簡單，起動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn), 而且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比采用降壓起動(dòng)時(shí)大。在電網(wǎng)和負(fù)載兩方面都允許全壓直接起動(dòng)的情況下，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)仍以直接起動(dòng)為宜因?yàn)椴倏v控制方便，而且比較經(jīng)濟(jì)。其危害很大電網(wǎng)沖擊大。過大的起動(dòng)電流，會(huì)造成電網(wǎng)壓降，影響其他用電設(shè)備的正常進(jìn)行。還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成用電設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)過大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命；機(jī)械沖擊嚴(yán)重，過大的沖擊

37、力矩容量造成電機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定于端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致絕緣擊穿燒毀電機(jī)，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕裂等。因此盡管直接起動(dòng)方法簡單起動(dòng)設(shè)備也簡單，價(jià)格便宜，但為了限制電和機(jī)械的沖擊，以及保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量，在某種場(chǎng)合，就得采取減壓起動(dòng)方式，或者在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入阻抗進(jìn)行起動(dòng)。圖5-1為三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的電路圖。三相交流電源經(jīng)由組合開關(guān)，熔斷器，,，交流接觸器KM的主觸點(diǎn)到電動(dòng)機(jī)定子繞組，構(gòu)成了主電路。圖5-1三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的電路圖5.1.2降壓起動(dòng) 降壓起動(dòng)通過降低起動(dòng)時(shí)加在定子繞組上的電壓來減小起動(dòng)電流，起動(dòng)結(jié)束后，再將定子繞組的兩端電

38、壓恢復(fù)到額定值。降壓起動(dòng)雖然能減小起動(dòng)電流，但是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也大大減小了，所以降壓起動(dòng)一般適用于中、大容量的異步電動(dòng)機(jī)輕載貨空載起動(dòng)。降壓起動(dòng)適用于容量大于或等于并帶輕載的工況。由于輕載，故電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩很容易滿足負(fù)載要求。主要問題是起動(dòng)電流大，電網(wǎng)難以承受過大的沖擊電流，因此必須降低起動(dòng)電流。在研究起動(dòng)時(shí)，可以用短路阻抗來等效異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的起動(dòng)電流（即流過上的電流）與端電壓成正比，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)端電壓的平方成正比，這就是說起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)電流降得更快。降壓之后在起動(dòng)電流滿足要求的情況下，還要校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。常用的降壓起動(dòng)方法有三種：定子串電抗（或電阻）降壓起動(dòng)；Y-啟動(dòng)器起動(dòng)

39、；自耦變壓器起動(dòng)。5.1.2.1定子繞組串電阻或串電抗降壓起動(dòng)從減小起動(dòng)電流和改善電網(wǎng)電壓品質(zhì)的角度來看，定子回路串電阻和定子回路串電抗都能減小起動(dòng)電流，使得電網(wǎng)承受的沖擊電流減少，對(duì)改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性是有利的，即定子回路串電阻或串電抗的效果是一樣的。這兩種起動(dòng)方法都具有起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠，構(gòu)造簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是，定子回路串電阻將增加起動(dòng)損耗，浪費(fèi)電能，只有在電動(dòng)機(jī)的容量較小時(shí)才允許使用，大中型電機(jī)則采用串電抗起動(dòng)。圖5-2異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的等值電路圖5-2是異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的等值電路，由于起動(dòng)電流較大，所以略去形等值電路中的激磁電流分量。起動(dòng)時(shí)，故起動(dòng)時(shí)異步機(jī)可以用短路阻抗代替。圖3-4中代表串

40、入定子回路的起動(dòng)電阻或者起動(dòng)電抗。令代表直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，則： (5-1)如果采用串電阻起動(dòng)，起動(dòng)電阻為Rq，則串電阻后的起動(dòng)電流為： (5-2)如果采用串電抗起動(dòng)，起動(dòng)電抗為Xq，則串電抗后的起動(dòng)電流為： (5-3)如果令： (5-4)亦即通過定子回路串電阻或者電抗使起動(dòng)電流從下降為或者，從而滿足電網(wǎng)穩(wěn)定要求的數(shù)值。這里、和是給定的電機(jī)參數(shù)，是電網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定的數(shù)值，都是已知量，故利用上面的式子可以求出需要串入的起動(dòng)電阻或起動(dòng)電抗為： 、 (5-5) 起動(dòng)運(yùn)行圖5-3（a）鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)定子回路串電阻起動(dòng)原理圖起動(dòng)運(yùn)行圖5-3（b）鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)定子回路串電抗起動(dòng)原理圖圖5-3（a）（b

41、）所示分別為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)串電阻及串電抗減壓起動(dòng)時(shí)的原理圖。圖中是主開關(guān)，起到隔離電源的作用。起動(dòng)時(shí)，把換接開關(guān)投向“起動(dòng)”的位置，此時(shí)，起動(dòng)電阻或起動(dòng)電抗接入定子回路；然后，閉合主開關(guān)，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，把開關(guān)換接到“運(yùn)行”的位置，電源電壓直接加到定子繞組上，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)定子回路串電阻或串電抗起動(dòng)，由于起動(dòng)時(shí)定子繞組串入的電阻或電抗器起到了分壓作用，使加在電機(jī)上的端電壓降低，因此減小了起動(dòng)電流。由于起動(dòng)電流正比于定子端電壓，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方。如果起動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓降低到額定電壓的倍，則起動(dòng)電流降低到額定電壓時(shí)起動(dòng)電流的，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩則降到

42、原來的，因此該起動(dòng)方式只能用于空載或輕載的情況。5.1.2.2自耦變壓器降壓起動(dòng)在定子回路中串阻抗雖然能夠滿足電網(wǎng)減小起動(dòng)電流的要求，但往往因?yàn)槠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩過小而滿足不了生產(chǎn)工藝的要求，為了解決這個(gè)矛盾人們采用自耦變壓器降壓起動(dòng)。 自耦變壓器降壓起動(dòng)是利用一臺(tái)自耦變壓器（又稱為起動(dòng)補(bǔ)償器）降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓以起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，再把電動(dòng)機(jī)直接接到電源上去。 圖5-4為三相異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器起動(dòng)的原理線路圖。起動(dòng)時(shí)，把開關(guān)投向起動(dòng)邊，即端，電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過自耦變壓器接到三相電源上，這時(shí)自耦變壓器一次繞組加全壓，而電動(dòng)機(jī)定子電壓僅為抽頭部分的電壓值，電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速上

43、升到穩(wěn)定值后，開關(guān)投向運(yùn)行邊，即端，這樣自耦變壓器被短接，電動(dòng)機(jī)的定子繞組被接上全壓，進(jìn)入正常運(yùn)行。圖5-4三相異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器起動(dòng)的原理線路圖圖5-5 自耦變壓器降壓原理圖圖5-5為自耦變壓器降壓原理圖。圖中只繪出單相， 和分別表示自耦變壓器一次電壓和一次電流，亦即電網(wǎng)電壓和電流；和分別表示變壓器的二次電壓和二次電流，亦即電動(dòng)機(jī)定子的電壓和電流，和分別表示變壓器的一次繞組及二次繞組匝數(shù)（即抽頭部分的匝數(shù)）。略去自耦變壓器的微小空載電流，并取其變比為，則： (5-6)略去自耦變壓器的內(nèi)阻抗，認(rèn)為起動(dòng)時(shí)的端電壓為，故電動(dòng)機(jī)的定子繞組的起動(dòng)電流為： (5-7) 其中代表電動(dòng)機(jī)端電壓為時(shí)的直接起

44、動(dòng)電流。降壓起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)供給自耦變壓器的原級(jí)起動(dòng)電流為 (5-8)所以，當(dāng)采用自耦變壓器進(jìn)行降壓起動(dòng)時(shí)，如果自耦變壓器的變比為，則電網(wǎng)提供的起動(dòng)電流等于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流的，而和電動(dòng)機(jī)投入電網(wǎng)電壓時(shí)的直接起動(dòng)電流相比，只相當(dāng)于的。降壓起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，故采用變比為的變壓器進(jìn)行降壓起動(dòng)時(shí)，降壓起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也等于直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的。換句話說：如果采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，則起動(dòng)電流變化的比值和轉(zhuǎn)矩變化的比值是相等的，都是直接起動(dòng)時(shí)的。自耦變壓器降壓起動(dòng)具有較大的起動(dòng)能力和承受機(jī)械負(fù)載波動(dòng)的能力，且自耦變壓器的二次繞組一般有三個(gè)抽頭可供不同負(fù)載起動(dòng)時(shí)選擇，應(yīng)用很廣泛，適用于容量較大的低壓電

45、動(dòng)機(jī)。它的缺點(diǎn)是體積大，質(zhì)量大，價(jià)格高，起動(dòng)線路較復(fù)雜，滑塊觸點(diǎn)氧化，需維護(hù)檢修。5.1.2.3星形-三角形（-）降壓起動(dòng)星形-三角形降壓起動(dòng)是通過改變電動(dòng)機(jī)的繞組接法去完成降壓起動(dòng)過程，屬于電機(jī)繞組設(shè)計(jì)上的問題，只能用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組連接成三角形的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)，將異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組接成星形，等起動(dòng)完成后，再接成三角形，從而異步電動(dòng)機(jī)需要六個(gè)出線端。圖5-6為星形-三角形（-）降壓起動(dòng)原理線路圖。起動(dòng)時(shí)，先接通電源開關(guān)，將開關(guān)投向“Y”位置，定子繞組連接成星形，電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時(shí)，可將開關(guān)迅速投向側(cè)，使定子繞組連接成三角形運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。圖5-6星形-三角形

46、（-）降壓起動(dòng)原理線路圖 WUWVVUZZZ圖5-7定子繞組作三角形聯(lián)結(jié)和星形聯(lián)結(jié)的原理圖現(xiàn)在來比較電動(dòng)機(jī)作三角形聯(lián)結(jié)和星形聯(lián)結(jié)直接起動(dòng)時(shí)線路電流和的大小。這兩種聯(lián)結(jié)方式的原理圖如圖5-9所示。星形聯(lián)結(jié)時(shí)加在每相繞組上的電壓為： (5-9) 線電流為： (5-10)式中為電源電壓=電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再改接到三角形聯(lián)結(jié)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓為額定值。電網(wǎng)中的起動(dòng)電流（定子繞組線電流）應(yīng)為定子每相繞組中的起動(dòng)電流的倍。即: (5-11) 比較以上兩式得： (5-12) 所以: (5-13)上述結(jié)果表示，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)電流只有三角形聯(lián)結(jié)的，但是，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與所加的電壓的

47、平方成正比，所以這兩種情況下的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩之比為: (5-14) 這就是說，起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有原來三角形聯(lián)結(jié)的。星形-三角形降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，對(duì)使用者來說，減少了設(shè)備投資，節(jié)約銅與硅鋼片，物美價(jià)廉，運(yùn)行可靠，檢修方便。此外，起動(dòng)電流只有全壓起動(dòng)的，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的影響很小。但它的缺點(diǎn)就是起動(dòng)電壓只能降到，不能象自耦補(bǔ)償起動(dòng)那樣，可以按不同的負(fù)載選擇不同的起動(dòng)電壓。5.1.2.4延邊三角形降壓起動(dòng)延邊三角形降壓起動(dòng)是在星形-三角形減壓起動(dòng)方法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一種起動(dòng)方法，也是通過改變電動(dòng)機(jī)的繞組接法去完成降壓起動(dòng)的過程，屬于電機(jī)繞組設(shè)計(jì)上的問題。延邊三角形降壓起動(dòng)是利用電動(dòng)機(jī)引

48、出九個(gè)出線端（即每相定子繞組多引出一個(gè)出線端）來達(dá)到減壓起動(dòng)的目的的一種聯(lián)結(jié)法。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，定子繞組的一部分接成三角形，從圖形上看，就是一個(gè)三角形的三條邊延長，因此稱為延邊三角形。當(dāng)起動(dòng)結(jié)束后，把繞組改接成三角形，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。V499887766554332211UUVWW (a) (b)圖5-8（a）（b）延邊三角形起動(dòng)原理圖采用延邊三角形起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)每相繞組有三個(gè)出線端，如圖5-8（a）所示，其中端子1、2、3為首端，端子4、5、6為尾端，端子7、8、9為中間抽頭。起動(dòng)時(shí)，電源電壓為額定值，三相繞組的1-7、2-8、3-9部分為星形聯(lián)結(jié)，7-4、8-5、9-6為三角形聯(lián)結(jié)，

49、如圖5-8（b）所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，三相繞組又接成如圖5-8（b）的三角形聯(lián)結(jié)。延邊三角形聯(lián)結(jié)與三角形聯(lián)結(jié)相比較，它們的電阻和感抗的比值并沒有改變，因此起動(dòng)時(shí)定子功率因數(shù)不變。而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流和功率因數(shù)的乘積成正比，功率因數(shù)不變，故認(rèn)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流成正比。所以延邊三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩之比和它們的起動(dòng)電流之比，可以認(rèn)為是相同的，取決于中間抽頭的位置。采用不同的抽頭比例，可以改變延邊三角形接法的相電壓。其值比星形-三角形起動(dòng)時(shí)的星形接法高，因此起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較星形-三角形起動(dòng)時(shí)大，能用于重載起動(dòng)。延邊三角形起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是只要調(diào)節(jié)定子繞組的抽頭變比，就可以得到不同

50、數(shù)值的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以適應(yīng)不同的使用要求。延邊三角形降壓起動(dòng)還具有體積小，質(zhì)量輕，允許經(jīng)常起動(dòng)，節(jié)省有色金屬與黑色金屬等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)就是采用延邊三角形起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)需要有九個(gè)出線頭，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部接線較為復(fù)雜。5.2軟起動(dòng)技術(shù)5.2.1軟起動(dòng)技術(shù)概述以上介紹的四種降壓起動(dòng)方式是傳統(tǒng)的起動(dòng)方法，這些起動(dòng)方法使得異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的起動(dòng)電流過高的問題得到了改善。但是，從20世紀(jì)70年代開始推廣利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的軟起動(dòng)器，以及采用微控制器代替模擬控制電路，發(fā)展成為現(xiàn)代的電子軟起動(dòng)器。軟起動(dòng)器是一種用于控制鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備，集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能且多種保護(hù)功能于一體的新

51、型電機(jī)控制裝置。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器一般以大功率雙向晶閘管構(gòu)成三相交流調(diào)壓電路。以微處理器及信號(hào)采集、保護(hù)環(huán)節(jié)構(gòu)成控制器，通過控制晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無觸點(diǎn)降壓軟起動(dòng)、軟停車和空載、輕載的節(jié)能及保護(hù)功能。其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比。用軟起動(dòng)器起動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。0.50.250.50.8圖5-9異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可用來表示，其特性曲線如圖5-9所示。圖中表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；表示電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)速；表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；表示電動(dòng)機(jī)額定電壓；表示電動(dòng)機(jī)最大

52、轉(zhuǎn)矩；表示電動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率。從圖5-9可以看出采用一般降壓起動(dòng)時(shí)，假若起動(dòng)電壓，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為，即起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩只有電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的，如果在此時(shí)將電壓U加大到電動(dòng)機(jī)額定電壓，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩一下子就從跳到，這樣的起動(dòng)過程是跳躍的、不平滑的，所以又叫作硬起動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)定起動(dòng)的場(chǎng)合就不宜采用。而軟起動(dòng)的電壓從初始電壓開始連續(xù)平穩(wěn)的增大，從圖中的的那根曲線連續(xù)平滑的不斷向右平行移動(dòng)，一直平移到與額定電壓那根曲線重合時(shí)為止，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就會(huì)平滑地增大，一直到轉(zhuǎn)矩為最大值時(shí)為止，起動(dòng)過程也就結(jié)束，這樣在起動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是平滑的而不是跳躍的，起動(dòng)過程是平穩(wěn)的，所以被稱為軟起動(dòng)

53、。5.2.2傳統(tǒng)起動(dòng)方式與軟起動(dòng)比較傳統(tǒng)的起動(dòng)方法屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯的缺點(diǎn)，即起動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流，而軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)的不同之處是：（1）無沖擊電流，軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流從零線性上升到設(shè)定值，對(duì)電網(wǎng)無沖擊。 （2）恒流起動(dòng)，軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在起動(dòng)過程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。（3）根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由的無級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流。（4）不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。由于軟起動(dòng)以電流為設(shè)定值，電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，通過增減晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，仍可維持起動(dòng)電流恒值，保證電機(jī)正常起動(dòng)。（

54、5）可實(shí)現(xiàn)軟停車。電機(jī)停機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的。而軟起動(dòng)器中的軟停車功能是在晶閘管得到停機(jī)指令后，從全導(dǎo)通逐漸的減小導(dǎo)通角，經(jīng)過一段時(shí)間過渡到全關(guān)閉的過程（停車時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在0120s調(diào)整）。5.2.3軟起動(dòng)分類軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的，后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。在電動(dòng)機(jī)定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，叫做降壓或者限流軟起動(dòng)，按限流器件不同可分為：(1)液阻軟起動(dòng) 液阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。液阻有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它的阻值正比于相對(duì)的兩塊電極板的距離，反比于電解液的電導(dǎo)率，極板距離和電導(dǎo)率都便于控制；二是液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點(diǎn)恰恰是軟起動(dòng)所需要的。加上另一個(gè)十分重要的優(yōu)勢(shì)即低成本使液阻軟起動(dòng)得到廣泛的應(yīng)用。液阻軟起動(dòng)也有缺點(diǎn)，一是液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減小容積引起溫升加大。一次軟起動(dòng)后電解液通常會(huì)有1030的溫升，使軟起動(dòng)的重復(fù)性差。二是移動(dòng)極板需要有一套伺服機(jī)構(gòu)，它的移動(dòng)速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)方式的多樣化。三是液阻軟起動(dòng)需要維護(hù)，液箱中的水需要定期補(bǔ)