電動機(jī)直接啟動及變壓器容量的關(guān)系

1、. 電動機(jī)直接啟動與變壓器容量的關(guān)系交流電動機(jī)以其構(gòu)造簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價格廉價、轉(zhuǎn)子慣量小等特點(diǎn)，得到了最廣泛的應(yīng)用。但其啟動電流高達(dá)電機(jī)額定電流的510倍，不僅對電動機(jī)及所拖動的設(shè)備造成電氣和機(jī)械損傷，而且引起電網(wǎng)電壓下降，影響同一電網(wǎng)的其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。為了保證電動機(jī)啟動時對端電壓的要求和防止對同一電網(wǎng)的其他電氣設(shè)備的運(yùn)行的影響，就需要增大電源變壓器的容量，一般來說，需要經(jīng)常直接啟動的電動機(jī)其功率不大于變壓器容量的20；不需要經(jīng)常直接啟動的電動機(jī)其功率不大于變壓器容量的30。如果采用直接啟動方式，不僅需要增大變壓器的一次投資，而且更重要的是增大了變壓器的根本電費(fèi)容量電費(fèi)。因此，

2、這種啟動方式，大型電動機(jī)已極少采用。需要采用降壓啟動和軟啟動方式。驗證電動機(jī)能否直接起動的經(jīng)歷公式電動機(jī)能否直接起動，可有以下經(jīng)歷公式來確定： 式中：C系數(shù)，隨電源總?cè)萘康谋戎刀儎樱娤卤恚?IQ電動機(jī)的起動電流，安； In電動機(jī)額定電流，安； 電源總?cè)萘侩妱訖C(jī)容量11.522.533.544.555.56C10.7500.6250.5500.5000.4650.4380.4170.4000.3810.375例：設(shè)電源總?cè)萘繛?000千瓦，電動機(jī)的容量為910千瓦。則： 從表中查出C值為0.625 因此,在這種情況下電動機(jī)是可以直接起動的。三相異步電動機(jī)的啟動控制線路三相異步電動機(jī)具有構(gòu)造簡

3、單，運(yùn)行可靠，鞏固耐用，價格廉價，維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。與同容量的直流電動機(jī)相比，異步電動機(jī)還具有體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小的特點(diǎn)。因此，在工礦企業(yè)中異步電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。三相異步電動機(jī)的控制線路大多由接觸器、繼電器、閘刀開關(guān)、按鈕等有觸點(diǎn)電器組合而成。三相異步電動機(jī)分為鼠籠式異步電動機(jī)和繞線式異步電動機(jī)，二者的構(gòu)造不同，啟動方法也不同，其啟動控制線路差異很大。一、鼠籠式異步電動機(jī)全壓啟動控制線路在許多工礦企業(yè)中，鼠籠式異步電動機(jī)的數(shù)量占電力拖動設(shè)備總數(shù)的85%左右。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，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工

4、作量。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1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、停頓的自動控制、遠(yuǎn)距離控制、頻繁操作等。圖1單向運(yùn)行電氣控制線路在圖1中，主電路由隔離開關(guān)QS、熔斷器FU、接觸器KM的常開主觸點(diǎn)，熱繼電器FR的熱元件和電動機(jī)M組成?？刂齐娐酚善饎影粹oSB2、停頓按鈕SB1、接觸器KM線圈和常開輔助觸點(diǎn)、熱繼電器FR的常閉觸頭構(gòu)成?？刂凭€路工作原理為：1、起動電動機(jī) 合上三相隔離開關(guān)QS，按起動按鈕SB2，按觸 器KM的吸引線圈得電，3對常開主觸

5、點(diǎn)閉合，將電動機(jī)M接入電源，電動機(jī)開場起動。同時，與SB2并聯(lián)的KM的常開輔助觸點(diǎn)閉合，即使松手?jǐn)嚅_SB2，吸引線圈KM通過其輔助觸點(diǎn)可以繼續(xù)保持通電，維持吸合狀態(tài)。但凡接觸器或繼電器利用自己的輔助觸點(diǎn)來保持其線圈帶電的，稱之為自鎖自保。這個觸點(diǎn)稱為自鎖自保觸點(diǎn)。由于KM的自鎖作用，當(dāng)松開SB2后，電動機(jī)M仍能繼續(xù)起動，最后到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2、停頓電動機(jī) 按停頓按鈕SB1，接觸器KM的線圈失電，其主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)均斷開，電動機(jī)脫離電源，停頓運(yùn)轉(zhuǎn)。這時，即使松開停頓按鈕，由于自鎖觸點(diǎn)斷開，接觸器KM線圈不會再通電，電動機(jī)不會自行起動。只有再次按下起動按鈕SB2時，電動機(jī)方能再次起動運(yùn)轉(zhuǎn)。也可以用下

6、述方式描述： 合上開關(guān)QS 起動KM主觸點(diǎn)閉點(diǎn)電動機(jī)M得電起動、運(yùn)行 按下SB2KM線圈得電KM常開輔助觸點(diǎn)閉合實現(xiàn)自保 停車KM主觸點(diǎn)復(fù)位電動機(jī)M斷電停車 按下SB1KM線圈失電 KM常開輔助觸點(diǎn)復(fù)位自保解除 3、線路保護(hù)環(huán)節(jié) 1短路保護(hù) 短路時通過熔斷器FU的熔體熔斷切開主電路。 2過載保護(hù) 通過熱繼電器FR實現(xiàn)。由于熱繼電器的熱慣性比擬大，即使熱元件上流過幾倍額定電流的電流，熱繼電器也不會立即動作。因此在電動機(jī)起動時間不太長的情況下，熱繼電器經(jīng)得起電動機(jī)起動電流的沖擊而不會動作。只有在電動機(jī)長期過載下FR才動作，斷開控制電路，接觸器KM失電，切斷電動機(jī)主電路，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護(hù)。

7、3欠壓和失壓保護(hù) 當(dāng)電動機(jī)正在運(yùn)行時，如果電源電壓由于*種原因消失，則在電源電壓恢復(fù)時，電動機(jī)就將自行起動，這就可能造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至造成人身事故。對電網(wǎng)來說，同時有許多電動機(jī)及其他用電設(shè)備自行起動也會引起不允許的過電流及瞬間網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了防止電壓恢復(fù)時電動機(jī)自行起動的保護(hù)叫失壓保護(hù)或零壓保護(hù)。 當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故；電源電壓過分地降低也會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。因此需要在電源電壓降到一定允許值以下時將電源切斷，這就是欠電壓保護(hù)。 欠壓和失壓保護(hù)是通過接觸器KM的自鎖觸點(diǎn)來實現(xiàn)的。在電動機(jī)正常運(yùn)行中，由于*

8、種原因使電網(wǎng)電壓消失或降低，當(dāng)電壓低于接觸器線圈的釋放電壓時，接觸器釋放，自鎖觸點(diǎn)斷開，同時主觸點(diǎn)斷開，切斷電動機(jī)電源，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。如果電源電壓恢復(fù)正常，由于自鎖解除，電動機(jī)不會自行起動，防止了意外事故發(fā)生。只有操作人員再次按下SB2后，電動機(jī)才能起動?？刂凭€路具備了欠壓和失壓的保護(hù)能力以后，有如下三個方面優(yōu)點(diǎn)： 防止電壓嚴(yán)重下降時電動機(jī)在重負(fù)載情況下的低壓運(yùn)行； 防止電動機(jī)同時起動而造成電壓的嚴(yán)重下降； 防止電源電壓恢復(fù)時，電動機(jī)突然起動運(yùn)轉(zhuǎn)，造成設(shè)備和人身事故。 二、三相鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動線路鼠籠式異步電動機(jī)采用全壓直接起動時，控制線路簡單，維修工作量較少。但是，并不是所有異步電動機(jī)

9、在任何情況下都可以采用全壓起動。這是因為異步電動機(jī)的全壓起動電流一般可達(dá)額定電流的4-7倍。過大的起動電流會降低電動機(jī)壽命，致使變壓器二次電壓大幅度下降，減少電動機(jī)本身的起動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機(jī)根本無法起動，還要影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作。如何判斷一臺電動機(jī)能否全壓起動呢？一般規(guī)定，電動機(jī)容量在10kW以下者，可直接起動。10kW以上的異步電動機(jī)是否允許直接起動，要根據(jù)電動機(jī)容量和電源變壓器容量的比值來確定。對于給定容量的電動機(jī)，一般用下面的經(jīng)歷公式來估計。Iq/Ie3/4+電源變壓器容量(kVA)/4電動機(jī)容量(kVA)式中 Iq電動機(jī)全電壓起動電流A；Ie電動機(jī)額定電流A。假設(shè)計算

10、結(jié)果滿足上述經(jīng)歷公式，一般可以全壓起動，否則不予全壓起動,應(yīng)考慮采用降壓起動。有時，為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機(jī)械設(shè)備的沖擊作用，允許全壓起動的電動機(jī)，也多采用降壓起動方式。鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動的方法有以下幾種：定子電路串電阻或電抗降壓起動、自耦變壓器降壓起動、Y-降壓起動、-降壓起動等.使用這些方法都是為了限制起動電流,(一般降低電壓后的起動電流為電動機(jī)額定電流的2-3倍)，減小供電干線的電壓降落，保障各個用戶的電氣設(shè)備正常運(yùn)行。1、串電阻或電抗降壓起動控制線路在電動機(jī)起動過程中，常在三相定子電路中串接電阻或電抗來降低定子繞組上的電壓，使電動機(jī)在降低了的電壓下起動，以到達(dá)限制起動電流的目的

11、。一旦電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定值時，切除串聯(lián)電阻或電抗，使電動機(jī)進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行。這種線路的設(shè)計思想，通常都是采用時間原則按時切除起動時串入的電阻或電抗以完成起動過程。在具體線路中可采用人工手動控制或時間繼電器自動控制來加以實現(xiàn)。圖2定子串電阻降壓起動控制線路圖2是定子串電阻降壓起動控制線路。電動機(jī)起動時在三相定子電路中串接電阻，使電動機(jī)定子繞組電壓降低，起動后再將電阻短路，電動機(jī)仍然在正常電壓下運(yùn)行。這種起動方式由于不受電動機(jī)接線形式的限制，設(shè)備簡單，因而在中小型機(jī)床中也有應(yīng)用。機(jī)床中也常用這種串接電阻的方法限制點(diǎn)動調(diào)整時的起動電流。圖2A控制線路的工作過程如下：按SB2 KM1得電電動機(jī)串電阻

12、啟動KT 得電 延時 KM2得電短接電阻，電動機(jī)正常運(yùn)行按SB1，KM2斷電，其主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停車。只要KM2得電就能使電動機(jī)正常運(yùn)行。但線路圖(A)在電動機(jī)起動后KM1與KT一直得電動作，這是不必要的。線路圖(B)就解決了這個問題，接觸器KM2得電后，其動斷觸點(diǎn)將KM1及KT斷電，KM2自鎖。這樣，在電動機(jī)起動后，只要KM2得電，電動機(jī)便能正常運(yùn)行。串電阻起動的優(yōu)點(diǎn)是控制線路構(gòu)造簡單，本錢低，動作可靠，提高了功率因數(shù)，有利于保證電網(wǎng)質(zhì)量。但是，由于定子串電阻降壓起動，起動電流隨定子電壓成正比下降，而起動轉(zhuǎn)矩則按電壓下降比例的平方倍下降。同時，每次起動都要消耗大量的電能。因此，三相鼠籠式異

13、步電動機(jī)采用電阻降壓的起動方法，僅適用于要求起動平穩(wěn)的中小容量電動機(jī)以及起動不頻繁的場合。大容量電動機(jī)多采用串電抗降壓起動。2、串自耦變壓器降壓起動控制線路1線路設(shè)計思想在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機(jī)起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器的初級和電源相接，自耦變壓器的次級與電動機(jī)相聯(lián)。自耦變壓器的次級一般有3個抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時，可根據(jù)起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動機(jī)起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓，一旦起動完畢，自耦變壓器便被切除，電動機(jī)直接接至電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機(jī)進(jìn)入全電壓運(yùn)行。通常稱這種自耦變壓

14、器為起動補(bǔ)償器。這一線路的設(shè)計思想和串電阻起動線路根本一樣，都是按時間原則來完成電動機(jī)起動過程的。圖3定子串自耦變壓器降壓起動控制線路線路工作原理：閉合開關(guān)QS。 起動 按下按鈕SB2，KM1和時間繼電器KT同時得電，KM1常開主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)經(jīng)星形連接的自耦變壓器接至電源降壓起動。 時間繼電器KT經(jīng)一定時間到達(dá)延時值，其常開延時觸點(diǎn)閉合，中間繼電器KA得電并自鎖，KA的常閉觸點(diǎn)斷開，使接觸器KM1線圈失電，KM1主觸點(diǎn)斷開，將自耦變壓器從電網(wǎng)切除,KM1常開輔助觸點(diǎn)斷開，KT線圈失電，KM1常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，在KM1失電后，使接觸器KM2線圈得電，KM2的主觸點(diǎn)閉合，將電動機(jī)直接接入電源，

15、使之在全電壓下正常運(yùn)行。 停頓 按下按鈕SB1，KM2線圈失電，電動機(jī)停頓轉(zhuǎn)動。 在自耦變壓器降壓起動過程中，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低。在獲得同樣起動轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)獲取的電流，比采用電阻降壓起動要小得多，對電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。所以自耦變壓器被稱之為起動補(bǔ)償器。換句話說，假設(shè)從電網(wǎng)取得同樣大小的起動電流，采用自耦變壓器降壓起動會產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩。這種起動方法常用于容量較大、正常運(yùn)行為星形接法的電動機(jī)。其缺點(diǎn)是自耦變壓器價格較貴，相對電阻構(gòu)造復(fù)雜，體積龐大，且是按照非連續(xù)工作制設(shè)計制造的，故不允許頻繁操作。 3、Y降壓起動控制線路1線路設(shè)計思想

16、Y降壓起動也稱為星形三角形降壓起動，簡稱星三角降壓起動。這一線路的設(shè)計思想仍是按時間原則控制起動過程。所不同的是，在起動時將電動機(jī)定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓220V，減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。而在其起動后期則按預(yù)先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓380V，電動機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。但凡正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機(jī)，均可采用這種線路。2典型線路介紹定子繞組接成Y降壓起動的自動控制線路如圖4所示。圖4 Y降壓起動控制線路工作原理：按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，電動機(jī)M接入電源。同時，時間繼電器KT及接觸器KM2線圈得電。

17、 接觸器KM2線圈得電，其常開主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)M定子繞組在星形連接下運(yùn)行。KM2的常閉輔助觸點(diǎn)斷開，保證了接觸器KM3不得電。 時間繼電器KT的常開觸點(diǎn)延時閉合；常閉觸點(diǎn)延時繼開，切斷KM2線圈電源，其主觸點(diǎn)斷開而常閉輔助觸點(diǎn)閉合。 接觸器KM3線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，使電動機(jī)M由星形起動切換為三角形運(yùn)行。 停車 按SB1 輔助電路斷電 各接觸器釋放 電動機(jī)斷電停車 線路在KM2與KM3之間設(shè)有輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖，防止它們同時動作造成短路；此外，線路轉(zhuǎn)入三角接運(yùn)行后，KM3的常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?，切除時間繼電器KT、接觸器KM2,防止KT、KM2線圈長時間運(yùn)行而空耗電能，并延長其壽命。 三相鼠籠式異步電動

18、機(jī)采用Y降壓起動的優(yōu)點(diǎn)在于：定子繞組星形接法時，起動電壓為直接采用三角形接法時的1/3，起動電流為三角形接法時的1/3，因而起動電流特性好，線路較簡單，投資少。其缺點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差。所以該線路適用于輕載或空載起動的場合。另外應(yīng)注意，Y聯(lián)接時要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性。 4、降壓起動控制線路1 線路設(shè)計思想如前所述，Y降壓起動有很多優(yōu)點(diǎn)，但美中缺乏的是起動轉(zhuǎn)矩太小。能否設(shè)計一種新的降壓起動方法，既具有星形接法起動電流小，又不需要專用起動設(shè)備，同時又具有三角形接法起動轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)，以期完成更為理想的起動過程呢？降壓起動便能滿足這種要求。在起動時，將電動機(jī)定子繞組

19、一局部接成星形，另一局部接成三角形。待起動完畢后，再轉(zhuǎn)換成三角形接法，轉(zhuǎn)換過程仍按照時間原則來控制。從圖5中的繞組接線看，就是一個三角形3條邊的延長，故也稱延邊三角形。圖5為電動機(jī)定子繞組抽頭連接方式。其中圖a是原始狀態(tài)。圖b為起動時接成延邊三角形的狀態(tài)。圖c為正常運(yùn)行時狀態(tài)。這種電動機(jī)共有9個抽線頭，改變定子繞組抽頭比即N1與N2之比，就能改變起動時定子繞組上電壓的大小，從而改變起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。但一般來說，電動機(jī)的抽頭比已經(jīng)固定，所以，僅在這些抽頭比的圍作有限的變動。例如，通過相量計算可知，假設(shè)線電壓為380V，當(dāng)N1/N2=1/1時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比71，則相電壓為264V

20、；當(dāng)N1/N2=1/2時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比78，則相電壓為290V；當(dāng)N1/N2=2/1時，相似于自耦變壓器的抽頭百分比66；Y接法，相似于自耦變壓器的抽頭百分比58。2 典型線路介紹定子繞組呈接法的線路如圖6所示。線路工作原理：常見電動機(jī)起動器比擬常見電動機(jī)起動器比擬如表。傳統(tǒng)起動器現(xiàn)代軟起動器直接起動Y/起動自耦變壓器起動晶閘管起動變頻器起動起動電流58 Ie1.82.6Ie1.74 Ie05 Ie01.5 Ie起動轉(zhuǎn)矩0.51.5 Te0.5 Te0.40.85 Te01 Te01.5 Te起動方式恒壓起動恒壓分步起動恒壓分步起動恒流軟起動，線性電壓斜坡起動可以恒轉(zhuǎn)矩起動，也

21、可配合負(fù)載起動起動特性沖擊力矩很大分步跳躍上升，有二次沖擊轉(zhuǎn)矩分步跳躍上升，有二次沖擊轉(zhuǎn)矩力矩勻速、平滑上升，無二次沖擊力矩恒轉(zhuǎn)矩沖擊電流很大，1次2次2次及以上1次1次 轉(zhuǎn)換方式無開路轉(zhuǎn)換開路轉(zhuǎn)換閉路轉(zhuǎn)換閉路轉(zhuǎn)換起動級數(shù)122，3或4連續(xù)無級連續(xù)無級起動時間不可調(diào)45s可調(diào)45s可調(diào)2200s可調(diào)可調(diào)執(zhí)行單元開關(guān)開關(guān)自耦元件晶閘管變頻器保護(hù)和監(jiān)控依控制開關(guān)的保護(hù)而定有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機(jī)過熱和漏電保護(hù)有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機(jī)過熱和漏電保護(hù)有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機(jī)過熱和漏電保護(hù)有過載 、堵轉(zhuǎn)過流、欠流、缺相、電機(jī)過熱和漏電保護(hù)適用負(fù)載低、中等功率，可輕載起

22、動可空載或輕載起動高功率電動機(jī)，可空載或輕載起動負(fù)載圍2.2800 kW，可帶不超過50% Te的負(fù)載起動負(fù)載圍225 10000 kW，可帶超過50% Te的負(fù)載起動 優(yōu)缺點(diǎn)控制設(shè)備簡單，起動過程會產(chǎn)生高電流峰值和大壓降，對負(fù)載沖擊很大價格廉價，Y/切換時會產(chǎn)生電流峰值和轉(zhuǎn)矩波動，控制設(shè)備需要維護(hù)在電壓變化時會出現(xiàn)大壓降和高電流峰值，瞬間轉(zhuǎn)矩波動，控制設(shè)備復(fù)雜笨重，需要維護(hù)可獨(dú)立調(diào)節(jié)加減速方式，積分，有多種制動電動機(jī)，保護(hù)齊全，設(shè)備不需維護(hù) 可獨(dú)立調(diào)節(jié)加減速方式，積分，有多種制動電動機(jī)，保護(hù)齊全，設(shè)備不需維護(hù) 注：Ie為電動機(jī)額定電流； Ue為電動機(jī)額定電壓； Te為額定轉(zhuǎn)矩。普通降壓起動器的種類為限制電動機(jī)的起動電流過大，電動機(jī)起動時通入較低的電壓，待電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，再加至額定電壓，稱為降壓起動。降壓方式有以下幾種：1、星-三角起動器：電動機(jī)的定子繞組三相接為Y(星)形，每相繞組的電壓為額定電壓的，此時，電動機(jī)的起動電流減少，起動轉(zhuǎn)矩也小，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，通過起動器自動或手動將電動機(jī)定子三相繞組接線變換為D(三角)形，每相繞組的電壓升為額定電壓，電動機(jī)可正常工作。星-三角起動器為電動操作時，接線可自動轉(zhuǎn)換，可