三相異步電機(jī)的起動(dòng)方式與調(diào)速

1、 三相異步電機(jī)的起動(dòng)方式與調(diào)速綜 述 應(yīng)用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能互換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，統(tǒng)稱電機(jī)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)，稱為發(fā)電機(jī)；把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)，稱為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)又分為單相的和三相的，異步的和同步的。我公司使用的大部分為三相異步電動(dòng)機(jī)。所以我們這里只討論三相異步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)問題。1、 三相異步電機(jī)概述1、 結(jié) 構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)兩大類。生產(chǎn)上主要應(yīng)用為籠型異步電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成：定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）?；\型異步電機(jī)的主要部件如圖1所示 圖1a、 定 子三相異步電機(jī)的定子由機(jī)

2、座和裝在機(jī)座中的定子鐵心與定子繞組組成。定子鐵心由沖有槽的硅鋼片疊成，片間涂有絕緣漆。三相繞組是用絕緣銅線或鋁線繞制成三相對(duì)稱的繞組按一定規(guī)則連接嵌放在定子槽中。按國(guó)標(biāo)規(guī)定三相繞組始端以U1.V1.W1表示。末端以U2.V2.W2表示。這六個(gè)接線端引出至接線盒可以接成如下圖2中所示的星形或三角形 圖 2b、轉(zhuǎn) 子籠型轉(zhuǎn)子繞組是在鐵心槽放置銅條，銅條兩端焊接繞組形成如鼠籠型，故稱為籠型轉(zhuǎn)子，為簡(jiǎn)化工藝，小容量異步電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子是用鋁澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子二、三相異步電機(jī)起動(dòng)方式 對(duì)于容量的異步電動(dòng)機(jī)，考慮到大小和性質(zhì)不同的負(fù)載，與電網(wǎng)的容量，解決起動(dòng)電流大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的問題，采用不同的起動(dòng)方式。

3、1.全壓起動(dòng) 全壓起動(dòng)又稱直接起動(dòng)。就是利用開關(guān)或接觸器將電機(jī)繞組直接接到額定電壓的電源上。直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)時(shí)間短、起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于維護(hù)、投資省、設(shè)備故障率低等優(yōu)點(diǎn)。 為了能夠利用這些優(yōu)點(diǎn)，目前設(shè)計(jì)制造的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都按全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊力矩與發(fā)熱條件來(lái)考慮其機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性。所以，只要被拖動(dòng)的設(shè)備能夠承受全壓起動(dòng)的沖擊力矩，起動(dòng)引起的壓降不超過允許值，就應(yīng)該選擇全壓起動(dòng)的方式。尤其是消防泵等應(yīng)急設(shè)備希望起動(dòng)快，故障少，凡能采用全壓起動(dòng)者，均不應(yīng)采用降壓起動(dòng)。 在工程實(shí)踐中，直接起動(dòng)可按下列經(jīng)驗(yàn)公式核定為電機(jī)起動(dòng)電流；為電機(jī)額定電流；為電機(jī)額定功率（KW）為電源總

4、容量（KV·A） 直接起動(dòng)的缺點(diǎn)為起動(dòng)電流大，籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流一般為額定電流57倍，如果電動(dòng)機(jī)的功率較大，達(dá)到可與為其供電的變壓器容量相比擬時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流將會(huì)引起配電系統(tǒng)的電壓顯著下降，影響接在同一臺(tái)變壓器或同一條供電線路上的其他電氣設(shè)備的正常工作。 2. 降壓起動(dòng) 對(duì)中、大型異步電機(jī)，可采用降壓起動(dòng)方法，以限制起動(dòng)電流。待電機(jī)起動(dòng)完畢，再恢復(fù)全壓工作。但是降壓起動(dòng)的結(jié)果，會(huì)使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降較多，所有降壓起動(dòng)只適用于在空載或輕負(fù)載情況下起動(dòng)電機(jī)。下面介紹幾種常見的降壓起動(dòng)方法。 A.定子電路串接電阻起動(dòng) 在定子電路中串接電阻起動(dòng)線路，如圖3所示。起動(dòng)時(shí)，先合上電源開關(guān)Q1

5、，將Q2打到“起動(dòng)”位置，電機(jī)即串入電阻R起動(dòng)。待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時(shí)，將Q2打到“運(yùn)行”位置，R被切除，電機(jī)恢復(fù)正常工作情況。由于起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流在R上產(chǎn)生一定電壓降，使得加在定子繞組端的電壓降低，因此限制了起動(dòng)電流。調(diào)節(jié)電阻R的大小可以將起動(dòng)電流限制在允許圍。 圖3 采用定子串電阻降壓起動(dòng)時(shí)，雖然降低起動(dòng)電流，但也使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大減小。 B. 星-三角降壓起動(dòng) 對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組規(guī)定是三角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)可采用星形聯(lián)結(jié)，使電機(jī)每相所承受的電壓降低，因而降低起動(dòng)電流，待起動(dòng)完畢，再接成三角形，這種方式為星-三角形降壓起動(dòng)。接線原理線路如下 圖4 圖4 注意：采用星-三角形降壓起動(dòng)

6、，電網(wǎng)供給的電流下降為三角形聯(lián)結(jié)直接起動(dòng)時(shí)的1/3. 星-三角形起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低的倍數(shù)與電流降低的倍數(shù)一樣，一般適用于500V以下，且正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)低壓電機(jī)。常見的額定電壓為380/220V的電機(jī)其表達(dá)為當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)用星形聯(lián)結(jié)，線電壓為220V時(shí)用三角形聯(lián)結(jié)。所以，當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，這類電機(jī)就不能用此方法。 C. 自耦變壓器降壓起動(dòng)此起動(dòng)方式是利用自耦變壓器將電壓降低后再加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)再將電機(jī)接入電網(wǎng)。原理圖如下 圖5起動(dòng)時(shí)，將開關(guān)打到“起動(dòng)”位置，自耦變一次側(cè)接入電網(wǎng)，二次側(cè)接電動(dòng)機(jī)定子繞組，實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，將開關(guān)打到

7、“運(yùn)行”位置，則切除自耦變壓器，電機(jī)接入電網(wǎng)全壓運(yùn)行。自耦變壓器的二次側(cè)備有不同的電壓抽頭，例如QJ型有三個(gè)，每個(gè)其輸出電壓也不同。在電機(jī)容量較大或正常運(yùn)行為星形時(shí)，并帶一定負(fù)載起動(dòng)的，可采用自耦降壓起動(dòng)，可根據(jù)負(fù)載。選擇合適餓抽頭，獲得所需起動(dòng)電壓和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。我公司動(dòng)力站中就有用自耦變壓器起動(dòng)的電機(jī)。 三、異步電機(jī)的調(diào)速 在生產(chǎn)中，為獲得最高的生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，常要求生產(chǎn)機(jī)械能在不同的轉(zhuǎn)速下工作。這就需要調(diào)速。如果采用電氣調(diào)速，就可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。 由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式可知：要調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可采用改變電源頻率f1極對(duì)數(shù)p以與轉(zhuǎn)速差s等三種基本方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、 改變電

8、源頻率f1 由上式可見，當(dāng)改變電源頻率時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以平滑的調(diào)節(jié)。就可以實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。由于電網(wǎng)的頻率時(shí)50Hz，因此改變頻率f1需要專門的變頻設(shè)備。變頻調(diào)速：有兩種調(diào)速方式：1恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速f<f0 2恒功率調(diào)速f>f02、 變極調(diào)速當(dāng)定子繞組的組成和接法不同時(shí)，可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。當(dāng)電源頻率恒定，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N1與極對(duì)數(shù)成反比，所以改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變極調(diào)速一般都是籠型轉(zhuǎn)子。籠型轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)的隨著定子極對(duì)數(shù)的改變而改變，使定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)總是相等。3、 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法有：改變電源電壓，改變轉(zhuǎn)子回路電阻，

9、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。 1）改變電壓U1調(diào)速，這種方法當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)，能調(diào)節(jié)速度的圍不大；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻大時(shí)，可以有較大調(diào)節(jié)圍，但又增大損耗。所以這里不詳細(xì)說明。 2）改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下。電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。這種方法調(diào)整圍有限，主要應(yīng)用于小型電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 3）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械一般是用機(jī)械聯(lián)軸器硬軸聯(lián)接起來(lái)的。電磁轉(zhuǎn)差離合器就是一種利用電磁方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的聯(lián)軸器。電磁離合器是由電樞和感應(yīng)子（勵(lì)磁線圈與磁場(chǎng)）兩基本部分所組成，這兩個(gè)部分沒有機(jī)械上的聯(lián)接，都能自由的圍繞同一軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，彼此間的圓周氣隙為0.5mm。 一般情況下電樞與電動(dòng)機(jī)硬軸聯(lián)接，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，稱為主動(dòng)部分，其轉(zhuǎn)速由異步電動(dòng)機(jī)決定，是不可調(diào)的；感應(yīng)子則通過聯(lián)軸器與生產(chǎn)機(jī)械固定聯(lián)接，稱為從動(dòng)部分。當(dāng)感應(yīng)子上的勵(lì)磁線圈沒有電流通過時(shí)，由于主動(dòng)與從動(dòng)部分之間無(wú)任何聯(lián)系，顯然主動(dòng)軸以轉(zhuǎn)速N1旋轉(zhuǎn)，但從動(dòng)軸不動(dòng)，相當(dāng)于離合器脫開。當(dāng)通入勵(lì)磁電流時(shí)，建立了磁場(chǎng)，形成了磁極。使得電樞與感應(yīng)子之間有了電磁聯(lián)系。當(dāng)二者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便在電樞鐵心中產(chǎn)生渦