三相異步電動機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)以及啟動方式(DOC)

1、1三相異步電動機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1、 三相異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著 相對運(yùn)動而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。 與單相異步電動機(jī)相比，三相異步電動機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 的不同，三相異步電動機(jī)可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難。繞線式三 相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連 接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機(jī)的起動性能和調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。2、異步電動機(jī)存在的缺點(diǎn)2.12

2、.1 籠型感應(yīng)電動機(jī)存在下列三個主要缺點(diǎn)。(1)起動轉(zhuǎn)矩不大， 難以滿足帶負(fù)載起動的需要。當(dāng)前社會上解決該問題的多數(shù)辦法是提高電動機(jī)的功率容量(即增容)來提高其起動轉(zhuǎn)矩，這就造成嚴(yán)重的“大馬拉小 車”既增加購買設(shè)備的投資，又在長期的應(yīng)用中因處于低負(fù)荷運(yùn)行而浪費(fèi)大量電量， 很不經(jīng)濟(jì)。第二種辦法是增購液力偶合器，先讓電動機(jī)空載起動，在由液力偶合器驅(qū)動 負(fù)載。這種辦法同樣要增加添購設(shè)備的投資，并因液力偶合器的效率低于97%97%因此至少浪費(fèi) 3%3%勺電能，因而整個驅(qū)動裝置的效率很低，同樣浪費(fèi)電量，更何況添加液力偶合 器之后，機(jī)組的運(yùn)行可靠性大大下降，顯著增加維護(hù)困難，因此不是一個好辦法。(2) 大

3、轉(zhuǎn)矩不大，用于驅(qū)動經(jīng)常出現(xiàn)短時過負(fù)荷的負(fù)載，如礦山所用破碎機(jī)等時， 往往停轉(zhuǎn)而燒壞電動機(jī)。以致只能在輕載狀況下運(yùn)行，既降低了產(chǎn)量又浪費(fèi)電能。(3)起動電流很大，增加了所需供電變壓器的容量，從而增加大量投資。另一辦 法是采用降壓起動來降低起動電流，同樣要增加添購降壓裝置的投資，并且使本來就不 好的起動特性進(jìn)一步惡化。2.22.2 繞線型感應(yīng)電動機(jī)繞線性感應(yīng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，三相繞組通過集電環(huán)短路。起動時，為減小起動電流， 轉(zhuǎn)子中可以串入起動電阻，轉(zhuǎn)子串入適當(dāng)?shù)碾娮?，不僅可以減小起動電流，而且由于轉(zhuǎn) 子功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流有功分量增大，起動轉(zhuǎn)矩也可增大。這種電動機(jī)還可通過改 變外串電阻調(diào)速。三相異步

4、電動機(jī)降壓啟動課程設(shè)計2繞線型電動機(jī)雖起動特性和運(yùn)行特性兼優(yōu)，但仍存在下列缺點(diǎn)：(1) 由于轉(zhuǎn)子上有集電環(huán)和電刷，不僅增加制造成本，并且降低了起動和運(yùn)行的可靠性，集電環(huán)和電刷之間的滑動接觸，是這種電動機(jī)發(fā)生故障的主要原因。特別是集電環(huán)與電刷之間會產(chǎn)生火花，使傳統(tǒng)繞線型電動機(jī)在礦山、井下、石油、華工等防爆要求 的場所，對于灰土、粉塵濃度很高的地方，也不敢使用，這就限制了其應(yīng)用范圍。（2 2）當(dāng)前的傳統(tǒng)繞線型電動機(jī)為了提高可靠性，多數(shù)不提刷，因此運(yùn)行時存在下列 電能浪費(fèi)：集電環(huán)和電刷間的摩擦損耗和接觸電阻上的電損耗，電刷至控制柜短路開關(guān) 間三根電纜的電損耗，若電動機(jī)與控制柜之間距離很長，貝 U U

5、 該損耗將非常嚴(yán)重。并且由 于集電環(huán)與電刷產(chǎn)生碳粉、電火花和噪聲，長期污染周圍環(huán)境，損害管理人員和周圍居 民健康。（3 3）傳統(tǒng)繞線型電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩比籠型電動機(jī)的有所提高， 但仍往往不能滿足滿 載起動的需要，以至仍然需要增容而形成“大馬拉小車”。上述傳統(tǒng)感應(yīng)電動機(jī)存在的嚴(yán)重缺點(diǎn)的根本原因在于“起動”、“運(yùn)行”和“可靠性”三 者之間存在難以調(diào)和的矛盾，因此勢必顧此失彼，不可兼優(yōu)。三相異步電動機(jī)起動方式三相交流異步電動機(jī)直接起動，雖然控制線路結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便，但起動電 流很大（約為正常工作電流的 4747 倍），如果電源容量不比電動機(jī)容量大許多倍，則起 動電流可能會明顯地影響同一電網(wǎng)中其它

6、電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對于鼠籠型異步電動機(jī)可采用：定子串電阻（電抗）降壓起動、定子串自耦變壓器降壓起動、星形一三 角形降壓起動等方式；而對于繞線型異步電動機(jī)，還可采用轉(zhuǎn)子串電阻起動或轉(zhuǎn)子串頻 敏變阻器起動等方式以限制起動電流。1、直接啟動定義：直接啟動就是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機(jī)的定子繞組直接接在交流電源上，電機(jī) 在額定電壓下直接啟動。優(yōu)點(diǎn)：在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機(jī)應(yīng)該盡可能采用全電壓直接起動， 控制線路簡單，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。缺點(diǎn)：直接啟動的啟動電流一般可達(dá)額定電流的 4747 倍，過大的啟動電流會降低電動機(jī) 壽命，使變壓器二次電壓

7、大幅度下降，減小電動機(jī)本身的啟動轉(zhuǎn)矩，甚至?xí)r電動機(jī)無法 啟動，過大的電流還會引起電源電壓波動，影響同一供電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常工作。一 般異步電機(jī)的功3率小于 7.57.5 千瓦時允許直接啟動，對于更大容量的電機(jī)能否使用要視配 電變壓器的容量和各地電網(wǎng)部門而定。（電流過大）應(yīng)用：電動機(jī)單向起動控制線路常用于只需要單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的小功率電動機(jī)的控制。例如 小型通風(fēng)機(jī)、水泵以及皮帶運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械設(shè)備。圖 6 6 是電動機(jī)單向起動控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡單的控制線 路，能實現(xiàn)對電動機(jī)的起動、停止的自動控制、遠(yuǎn)距離控制、頻繁操作等。圖 6 6 電動機(jī)單向起動控制線路的電氣原理圖2、三相異步電

8、動機(jī)的 Y起動控制對于正常運(yùn)行時電動機(jī)額定電壓等于電源線電壓，定子繞組為三角形連接方式的三 相交流異步電動機(jī)，可以采用星形一三角形降壓起動。它是指起動時，將電動機(jī)定子繞 組接成星形，待電動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再換成三角形連接。這樣，電動機(jī)起動 時每相繞組的工作電壓為正常時繞組電壓的1/1/3，起動電流為三角形直接起動時的1/31/3， 因而起動電流特性好， 線路較簡單， 投資少。 缺點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩也下降為三角形接 法的 1/31/3，轉(zhuǎn)矩特性差。本線路適用于輕載或空載起動的場合，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，Y Y連接時要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性。三相異步電動機(jī)降壓啟動課程設(shè)計4FU2圖 7 7 三相異步電動

9、機(jī) Y Y降壓啟動控制線路圖控制原理：按下啟動按鈕 SB2SB2（1 1）接觸器 KM1KM1 線圈得電，電動機(jī) M M 接入電源。（2 2）接觸器 KM3KM3 線圈的電，其常開觸點(diǎn)閉合，丫形啟動，輔助觸點(diǎn)斷開，保證了接 觸器 KMKM2 2不得電。（3 3）時間繼電器 KTKT 線圈得電，經(jīng)過一定時間延時，常閉觸點(diǎn)斷開，切斷KM3KM3 線圈電源。（4 4）KM3 主觸點(diǎn)斷開，KM3KM3 常閉輔助觸點(diǎn)閉合，KTKT 常開觸點(diǎn)斷開，接觸器 KM2KM2 線圈 得電，KM2KM2 主觸點(diǎn)閉合，使電動機(jī) M M 由丫形啟動切換為運(yùn)行。按下停止按鈕 SB1,SB1,切斷控制線路電源，電動機(jī) M

10、M 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。53 自耦變壓器降壓啟動對于容量較大且正常運(yùn)行時定子繞組接成星形的籠型異步電動機(jī)，可采用自耦變壓器降 壓起動。它是指起動時，將自耦變壓器接入電動機(jī)的定子回路，待電動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到 一定值后，再切除自耦變壓器，使電動機(jī)定子繞組獲正常工作電壓。這樣，起動時電動機(jī)每相繞組電壓為正常工作電壓的 1 1 / / K K 倍（K K 自耦變壓器的匝數(shù)比。K K = =N/2），2起動電流也為全壓起動電流的 1 1 / / K K 倍。圖 8 8 電動機(jī)自耦降壓起動接線圖圖 8 8 是交流電動機(jī)自耦降壓啟動自動切換控制接線圖，自動切換靠時間繼電器 完成，用時間繼電器切換能可靠地完成由啟動到運(yùn)行

11、的轉(zhuǎn)換過程，不會造成啟動時間的 長短不一的情況，也不會因啟動時間長造成燒毀自耦變壓器事故控制過程如下：a a、合上空氣開關(guān) QFQF 接通三相電源b b、按啟動按鈕 SB2SB2 交流接觸器 KM1KM1 線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自 耦變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)降壓啟動課程設(shè)計6壓器線圈接成星形，與此同時由于 KM1KM1 輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器 KM2KM2 線圈通 電吸合，KM2KM2 的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓低壓抽頭（例如 6565%）將三相電壓的 6565% 接入電動。c c、 KM1KM1 輔助常開觸點(diǎn)閉合，使時間繼電器 KTKT 線圈通電，并按已整定好的時間開 始計時

12、，當(dāng)時間到達(dá)后，KTKT 的延時常開觸點(diǎn)閉合，使中間繼電器 KAKA 線圈通電吸合并自 鎖。d d、由于 KAKA 線圈通電，其常閉觸點(diǎn)斷開使 KM1KM1 線圈斷電，KM1KM1 常開觸點(diǎn)全部釋放， 主觸頭斷開，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時 KM2KM2 線圈斷電，其主觸頭斷開，切斷 自耦變壓器電源。KAKA 的常閉觸點(diǎn)閉合，通過 KM1KM1 已經(jīng)復(fù)位的常閉觸點(diǎn)，使 KM3KM3 線圈得電 吸合，KMKM 吐觸頭接通電動機(jī)在全壓下運(yùn)行。e e、 KM1KM1 的常開觸點(diǎn)斷開也使時間繼電器 KTKT 線圈斷電，其延時閉合觸點(diǎn)釋放，也 保證了在電動機(jī)啟動任務(wù)完成后，使時間繼電器KTKT 可

13、處于斷電狀態(tài)。f f、 欲停車時，可按 SB1SB1 則控制回路全部斷電，電動機(jī)切除電源而停轉(zhuǎn)。g g、電動機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器 FRFR 完成。4 4、繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻起動由于大型電動機(jī)容量大，起動電流對電網(wǎng)的沖擊較大，又因帶負(fù)載，負(fù)載要求電動機(jī)提 供較大的起動電流時，繞線式異步電動機(jī)就顯示出明顯優(yōu)勢，只有轉(zhuǎn)子回路串的電阻合 適，就既可減少起動電流又可增加起動轉(zhuǎn)矩 ，因而電動機(jī)容量大、重載這兩個要求可同 時滿足。由于電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式：Tst=G/l ml2C0S2cos2=R2+RQ7因為串電阻RQ使得|2減小，但COS2值的增大，使得轉(zhuǎn)子有功電流I2cos 2反而增大了，

14、從而增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)然，過分增大所串電阻RQ,雖然cos2會增大，其極限值為 1 1,因轉(zhuǎn)子電流減小使堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也跟著減小。如果正確選取電阻器的電阻值，使轉(zhuǎn)子回路的總電阻值R2=X20R2=X20，此時 Sm=1Sm=1 即最大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在電動機(jī)啟動瞬間，從而縮短起動時間，達(dá)到減小啟動電流增大啟動轉(zhuǎn)矩的目的。隨 著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，可變電阻逐級減小。啟動完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組 被直接短接，電動機(jī)便在額定狀態(tài)下運(yùn)行。圖 9 9 (a a)是繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的示意圖，為了簡單，也有采用圖9 9 (b b)不對稱電阻三相異步電動機(jī)降壓啟動課程設(shè)計8圖 1010 轉(zhuǎn)子串電阻啟動控制

15、圖線路工作原理如下：合上閘開關(guān) QSQS 按啟動按鈕 SB2SB2 運(yùn)行如下（1 1） 接觸器 KMKM 線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，將電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入全部電阻進(jìn)行啟動，KMKM輔助觸點(diǎn)閉合自鎖。（2 2）時間繼電器 KT1KT1 得電，時間繼電器 KT1KT1 的常開觸點(diǎn)經(jīng)一定延時后閉合，使接觸器 KMKM1 1線圈得電吸合，切除第一級啟動電阻 1RQ1RQ 同時，時間繼電器 KT2KT2 得電。（3 3）時間繼電器 KT2KT2 的常開觸點(diǎn)經(jīng)一定延時后閉合，使接觸器 KM2KM2 得電吸合并自鎖， 短接第二級啟動電阻 2RQ2RQ 同時，時間繼電器 KT3KT3 得電。（4 4）時間繼電器 KT3KT3 的常開觸點(diǎn)經(jīng)一定延時后閉合，使接觸器 KM3KM3 得電吸合并自鎖， 短接第三