第8章三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的分析；

籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法；

繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法；

三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)第8章三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)

主要內(nèi)容2/6/20231§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)§8.1.1異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程分析

異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)：是指電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的整個(gè)過(guò)程。包括最初的啟動(dòng)狀態(tài)和加速過(guò)程。要求：根據(jù)轉(zhuǎn)矩的物理公式學(xué)會(huì)分析異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)各物理量的變化情況。1、啟動(dòng)電流分析

等效電路如右圖所示。2/6/202322、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)分析最初的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：可見，啟動(dòng)電流要比額定電流大很多，約為額定電流的5~7倍，啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)很低，大約為0.2左右，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的物理公式：雖然啟動(dòng)電流和轉(zhuǎn)子側(cè)電流較大，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，一般只有額定轉(zhuǎn)矩的1~2倍。2/6/20233§8.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的一般要求是：足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，較小的啟動(dòng)電流，啟動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單，易于操作，并有良好的經(jīng)濟(jì)性。電動(dòng)機(jī)只有在轉(zhuǎn)矩Tst大于等于1.1TL時(shí)，才能帶動(dòng)負(fù)載快速啟動(dòng)達(dá)到正常值，過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)造成較大的線路電壓降，影響接在同一臺(tái)配電變壓器上的其他負(fù)載的正常運(yùn)行。對(duì)于頻繁啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)，大的啟動(dòng)電流也會(huì)造成電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱過(guò)多而損壞電機(jī)。直接啟動(dòng)最為簡(jiǎn)單，當(dāng)電網(wǎng)有足夠的容量，應(yīng)盡可能采取此法。存在的主要問(wèn)題：?jiǎn)?dòng)電流很大，造成的電壓降會(huì)影響同一電網(wǎng)變壓器下的其他電氣設(shè)備的正常工作，電源容量越大，這種不良影響越小。2/6/202341、用電單位有獨(dú)立的變壓器，對(duì)不經(jīng)常啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)，其容量小于變壓器容量的30%可允許直接啟動(dòng)；2、對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，容量應(yīng)小于變壓器容量的20%，才能允許啟動(dòng)。3、如果動(dòng)力負(fù)載與照明負(fù)載共用一個(gè)電源，允許直接啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)的容量，應(yīng)按啟動(dòng)時(shí)所引起的電壓降不超過(guò)5%為原則。4、電網(wǎng)容量越大，允許直接啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的容量也隨之增大。5、（1）異步電動(dòng)機(jī)的功率小于7.5KW（2）異步電動(dòng)機(jī)的功率大于7.5KW時(shí)KI=I1st/I1N<0.25*[3+(電源總?cè)萘?啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量）]多大容量電動(dòng)機(jī)可以直接啟動(dòng)？2/6/20235Xst§8.2.1定子串接電抗器啟動(dòng)

§8.2三相鼠籠型異步電機(jī)的啟動(dòng)要求：掌握降壓?jiǎn)?dòng)中常用的四種啟動(dòng)方法掌握兩種特殊的籠型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法掌握與籠型異步電動(dòng)機(jī)有關(guān)的一些概念設(shè)串電抗時(shí)電動(dòng)機(jī)定子電壓與直接啟動(dòng)時(shí)電壓比值為u，則只能用于空載和輕載2/6/20236電抗X大小的計(jì)算若定子回路串電阻啟動(dòng)，也屬于降壓?jiǎn)?dòng)，也可以降低啟動(dòng)電流。但由于外串的電阻上有較大的有功功率損耗，特別對(duì)中型、大型異步電動(dòng)機(jī)更不經(jīng)濟(jì)。定子串電阻或電抗啟動(dòng)的特點(diǎn)為：?jiǎn)?dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠、方法簡(jiǎn)單,降壓后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與電壓的平方成正比例降低，啟動(dòng)電流Ist與電壓成正比例降低。2/6/20237§8.2.2定子繞組星-三角形接法切換啟動(dòng)

△接時(shí)每相電壓等于線電壓U1=UN,每相啟動(dòng)電流為,線上的啟動(dòng)電流為。而當(dāng)啟動(dòng)時(shí)定子繞組Y接，每相啟動(dòng)電壓為每相啟動(dòng)電流為2/6/20238若直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，星三角啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為則：的輕負(fù)載?？捎糜谕蟿?dòng)說(shuō)明，星三角啟動(dòng)時(shí)，盡管相電壓和相電流與直接啟動(dòng)時(shí)相比降低到原來(lái)的1／，但是對(duì)供電變壓器造成沖擊的啟動(dòng)電流則降低到直接啟動(dòng)時(shí)的1／3。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低到直接啟動(dòng)時(shí)的1／32/6/20239運(yùn)行啟動(dòng)由變壓器原理知：

U’/UN=N2/N1設(shè)啟動(dòng)時(shí)：電壓電流UNIsU’Is’’I’’/Is=(U’/UN=)N2/N1IS’/IS’’=N2/N1§8.2.3自耦變壓器啟動(dòng)NI’SU’IS’’IS’/Is=(N2/N1)2自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為TS’，與直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS之間的關(guān)系為：2/6/202310采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，與直接啟動(dòng)相比較，電壓降低到N2/N1倍，啟動(dòng)電流與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低到(N2/N1)2倍。實(shí)際上啟動(dòng)用的自耦變壓器，備有幾個(gè)抽頭供選用。例如QJ2型有三種抽頭，分別為55%（即=55%）、64%、73%（出廠時(shí)接在73%抽頭上）；QJ3型也有三種抽頭，分別為40％、60%、80%（出廠時(shí)接在60％抽頭上）等。但是，自耦變壓器體積大，價(jià)格高，也不能帶重負(fù)載啟動(dòng)。自耦變壓器降壓起動(dòng)在較大容量鼠籠異步電動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。表8-12/6/202311§8.3高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是采用普通的鋁條，而是采用電阻率較高的鋁合金，通過(guò)適當(dāng)?shù)丶哟筠D(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻來(lái)改善啟動(dòng)性能，這樣既可限制啟動(dòng)電流，又可增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但這種電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率比普通的鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率高，故稱之為高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。使用場(chǎng)合主要是起重運(yùn)輸機(jī)械和冶金企業(yè)的輔助機(jī)械的電力拖動(dòng)等，因此也稱之為起重-冶金型電動(dòng)機(jī)。§8.3.1轉(zhuǎn)子電阻值較大的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)nn11234T01—普鼠籠;2—高轉(zhuǎn)差率;3—起重冶金;4—力矩式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻大，會(huì)使電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的效率降低，且價(jià)格較貴。2/6/202312§8.3.2深槽式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)深槽異步電動(dòng)機(jī)的槽型窄而深，一般槽深與槽寬之比在10：1以上，當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條流過(guò)電流時(shí)，深槽中的漏磁通的分布如圖。nn11T021—普通鼠籠式;2—深槽式鼠籠集膚效應(yīng)的強(qiáng)弱與轉(zhuǎn)子電流的頻率有關(guān)，頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯。啟動(dòng)結(jié)束以后，正常運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路頻率較低（1-3Hz），導(dǎo)體的漏抗很小，集膚效應(yīng)消失，導(dǎo)體中電流均勻分布，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小的電阻，因此對(duì)于運(yùn)行特性來(lái)說(shuō)，效率并不降低，但由于漏抗比普通籠型轉(zhuǎn)子漏抗大，以致功率因數(shù)和過(guò)載能力有所降低。2/6/202313§8.3.3雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)這種異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠，如圖所示。兩個(gè)籠間由狹長(zhǎng)的縫隙隔開，顯然里面的籠相連的漏磁通比外面的籠的大得多。外面的籠導(dǎo)條較細(xì)，采用電阻率較大的黃銅或鋁青銅等材料制成，故電阻較大，稱為啟動(dòng)籠；里面的籠截面較大，采用電阻率較小的紫銅等材料制成，故電阻較小，稱為運(yùn)行籠。工作原理與深槽異步電動(dòng)機(jī)基本一致,機(jī)械特性如圖所示T1—外籠特性;T2—內(nèi)籠特性;T—雙鼠籠合成曲線2/6/202314§8.4繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)§8.4.1轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)

頻敏變阻器：是一種無(wú)觸點(diǎn)的變阻器，每一相的等效電路與變壓器空載運(yùn)行時(shí)的等值電路是一致的，忽略繞組漏阻抗時(shí)，其勵(lì)磁阻抗為勵(lì)磁電阻與勵(lì)磁電抗串聯(lián)組成，

⑴頻率為5OHz的電流通過(guò)時(shí)，阻抗比一般變壓器勵(lì)磁阻抗小得多。（2）頻率為5OHz的電流通過(guò)時(shí)，等效電阻rm較大。nn11T021—固有特性;2—人為特性但是與一般變壓器勵(lì)磁阻抗不完全相同，主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：2/6/202315§8.4.2轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng)1、轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng)曲線3

對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為Rz3=Rr+Rst3+Rst2+Rst1

的人為特性曲線2

對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為Rz2=Rr+Rst2+Rst1的人為特性曲線1

對(duì)于應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為

Rz1=Rr+Rst1的人為特性曲線0

則為固有機(jī)械特性。2/6/202316

2、啟動(dòng)電阻的計(jì)算啟動(dòng)電阻計(jì)算可以采用圖解法或解析法機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式:即在同一條機(jī)械特性曲線上（R2=定值時(shí)）有T∝s一般情況當(dāng)啟動(dòng)級(jí)數(shù)為m時(shí)2/6/2023172、由求出Tst2，判斷能否滿足起動(dòng)要求，否則需作調(diào)整。計(jì)算步驟1、根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)和啟動(dòng)級(jí)數(shù)，選定Tst1值，求出β若起動(dòng)級(jí)數(shù)未定，則可選定Tst1和Tst2求出β值3、用式

計(jì)算啟動(dòng)電阻

啟動(dòng)電阻每段的電阻值可由相鄰兩級(jí)的總電阻相減求得2/6/202318§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)要求：掌握異步電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)了解能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)運(yùn)行的條件。T與n方向一致，n<n1，0<s<1，T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特性在第Ⅰ、Ⅲ象限。分為正向電動(dòng)和反向電動(dòng)如右圖所示§8.5.1電動(dòng)運(yùn)行2/6/202319§8.5.2能耗制動(dòng)1、能耗制動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)：制動(dòng)時(shí)，S1斷開,電機(jī)脫離電網(wǎng)，同時(shí)S2閉合,在定子繞組中通入直流勵(lì)磁電流。即能耗制動(dòng)結(jié)束時(shí)，n=0，T=0，可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為零，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。將轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在轉(zhuǎn)子回路中。

2/6/2023202、能耗制動(dòng)的機(jī)械特性nTemA0n1C1B23

對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī),可以增大直流勵(lì)磁電流來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī),可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)電阻大?。浩渲?，曲線1、2是轉(zhuǎn)子電阻相同，曲線2的直流勵(lì)磁大于曲線1。曲線1、3是直流勵(lì)磁相同，曲線3的轉(zhuǎn)子電阻大于曲線1。對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)取I==（4~5）I0；對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)取I==（2~3）I0。2/6/202321§8.5.3反接制動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)定子兩相反接(改變?nèi)嚯娫吹南嘈?制動(dòng)也稱為電壓反接制動(dòng)，其接線原理圖和機(jī)械特性曲線如圖所示。這種反接制動(dòng)中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率都大于1，其機(jī)械功率和電磁功率分別為轉(zhuǎn)子回路銅損耗為：2/6/202322§8.5.4倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當(dāng)大電阻RB。倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行和電源兩相反接的反接制動(dòng)，雖然實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的方法不同，但在能量傳遞關(guān)系上是相同的。一方面從電網(wǎng)吸收電能，另一方面從旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)獲得動(dòng)能（電源兩相反接的反接制動(dòng)）或勢(shì)能（倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)）轉(zhuǎn)化為電能，這些能量都消耗在轉(zhuǎn)子回路中。這兩種制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率都大于1。2/6/202323§8.5.5回饋制動(dòng)實(shí)現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1.

回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1、下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點(diǎn)由A到B。經(jīng)過(guò)反接制動(dòng)過(guò)程（由B到C）、反向加速過(guò)程（C到-n1變化），最后在位能負(fù)載作用下反向加速并超過(guò)同步速，直到D點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。2/6/2023242、變極或變頻調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。電機(jī)工作點(diǎn)由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，，電機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進(jìn)行調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。無(wú)論哪種回饋制動(dòng)，轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)還可用于正向回饋制動(dòng)運(yùn)行（例如電車下坡）或反向回饋制動(dòng)運(yùn)行（位能性負(fù)載）的拖動(dòng)系統(tǒng)中，以獲