第十一章電機(jī)拖動(dòng)

第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.第十一章三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算11.2

改善起動(dòng)性能的三相異步電動(dòng)機(jī)11.3

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算11.5三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算11.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法11.4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)自耦變壓器的計(jì)算第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.起動(dòng)電流倍數(shù)I1st/I1N;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN;起動(dòng)時(shí)間；起動(dòng)時(shí)消耗的能量；起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單和可靠；起動(dòng)的過渡時(shí)間三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能指標(biāo)第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有：直接起動(dòng)減壓起動(dòng)軟起動(dòng)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法：轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動(dòng)轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（一）直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）條件：1）異步電動(dòng)機(jī)功率低于7.5KW；2）若功率大于7.5KW，三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.直接起動(dòng)時(shí)的影響：a）起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的4～7倍，甚至達(dá)到8～12倍。b）過大的起動(dòng)電流造成電機(jī)過熱，影響電動(dòng)機(jī)的壽命。c）過大的起動(dòng)電流使電動(dòng)機(jī)受到電動(dòng)力的沖擊，繞組變形可能造成短路而燒毀電動(dòng)機(jī)。d）過大的起動(dòng)電流會(huì)使電網(wǎng)線路電壓降增大，對(duì)同一線路中的其他電器設(shè)備造成影響。第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.定子串電阻或電抗減壓起動(dòng)；自耦變壓器減壓起動(dòng)；星形—三角形（Y－）起動(dòng)延邊三角形起動(dòng)常用的減壓起動(dòng)方法第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（1）電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)起動(dòng)過程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動(dòng)電流在電阻或電抗上將產(chǎn)生壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也從而得到減小。工作過程：起動(dòng)時(shí)將Q2投向“起動(dòng)”位置，再合上電源主開關(guān)Q1（起隔離電源作用），電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)。待電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速，把Q2投向“運(yùn)行”位置，切除電阻或電抗，電壓全加到定子繞組上，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束。電阻減壓起動(dòng)電抗減壓起動(dòng)第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)的特點(diǎn)：

（1）起動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（2）電壓減壓后，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的成平方比地減小，因此一般用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。（3）電抗減壓起動(dòng)一般用于高壓電動(dòng)機(jī)，電阻減壓起動(dòng)一般用于低壓電動(dòng)機(jī)。（4）存在手動(dòng)及自動(dòng)等多種控制線路，成本較高，起動(dòng)時(shí)電能消耗較多，實(shí)際應(yīng)用較少。第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（2）自耦減壓起動(dòng)利用自耦變壓器降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。自耦變壓器的減壓原理圖Ix第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.工作過程：起動(dòng)時(shí)開關(guān)投向“起動(dòng)”位置。自耦變壓器串接入定子側(cè)，而定子電壓只是自耦變壓器二次側(cè)電壓，即減壓起動(dòng)。待電機(jī)速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，開關(guān)投向“運(yùn)行”位置，切除自耦變壓器，起動(dòng)結(jié)束。自耦減壓起動(dòng)的原理線路圖特點(diǎn)：第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

（3）星形－三角形起動(dòng)起動(dòng)時(shí)，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)再改聯(lián)結(jié)成三角形。這樣，起動(dòng)時(shí)聯(lián)結(jié)成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的，因此，聯(lián)結(jié)成星形起動(dòng)時(shí)的線路電流只有聯(lián)結(jié)成三角形直接起動(dòng)時(shí)線路電流的1/3。另外，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也要降低到直接起動(dòng)時(shí)的1/3，因此這種起動(dòng)方法只適用于空載或輕載起動(dòng)。

第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.工作過程：將開關(guān)Q2投向“Y”位置，再合上開關(guān)Q1，定子接成星形，電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將開關(guān)Q2迅速投向“三角形”位置，使定子繞組接成三角形工作，起動(dòng)過程結(jié)束。注意：停機(jī)后，應(yīng)該將Q2斷開，使其處在中間位置，以避免下次起動(dòng)構(gòu)成直接起動(dòng)。星形-三角形起動(dòng)的原理線路圖特點(diǎn)：（1）只適用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子為三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。（2）體積小、運(yùn)行可靠，檢修方便。（3）起動(dòng)電壓只能降低。（4）起動(dòng)電流降低為1/3，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低為1/3，適用于空載起動(dòng)或輕載起動(dòng)。第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（4）延邊三角形起動(dòng)利用電動(dòng)機(jī)引出的9個(gè)出線端（即每相定子繞組多引出一個(gè)出線端）的一種聯(lián)結(jié)法，能達(dá)到減壓起動(dòng)的目的。第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.采用一些自動(dòng)控制線路組成的軟起動(dòng)器（磁控式或電子式）實(shí)現(xiàn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的無級(jí)平滑起動(dòng)，稱為軟起動(dòng)方法：（1）限流或恒流起動(dòng)法：主要用于輕載軟起動(dòng)（2）斜坡電壓起動(dòng)法：主要用于重載軟起動(dòng)（3）轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)法：較好的重載軟起動(dòng)方法（4）轉(zhuǎn)矩加脈沖突變控制起動(dòng)法：適用于重載軟起動(dòng)（5）電壓控制起動(dòng)法：較好的輕載軟起動(dòng)方法（三）軟起動(dòng)方法（優(yōu)先考慮）第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.1、轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，變阻器應(yīng)調(diào)在最大電阻位置，然后將定子接通電源，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時(shí)舉起電刷。注：該方法既可限制起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子及定子電流，還能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，有較好的起動(dòng)特性，適用于功率較大的重載起動(dòng)。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.2、轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)頻敏變阻器的等效電路頻敏變阻器的特點(diǎn)：其電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而自動(dòng)減小，使電動(dòng)機(jī)能平滑起動(dòng)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大,值也因之較大，起限制起動(dòng)電流及增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及值跟著下降，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平滑。

第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第二節(jié)改善起動(dòng)性能的三相異步電動(dòng)機(jī)第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.集膚效應(yīng)將導(dǎo)體看成許多單元導(dǎo)體的并聯(lián)；漏磁通只穿過槽一次，由槽底鐵心形成閉合回路，。越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少，即漏抗??；接近槽底的單元，漏抗大，使導(dǎo)體電流密度分布不均，產(chǎn)生把電流向槽口排擠的集膚效應(yīng)；電機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電流頻率越高，集膚效應(yīng)越突出；導(dǎo)體的導(dǎo)電高度和截面縮小，轉(zhuǎn)子電阻增加，從而增加了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與限制了起動(dòng)電流。起動(dòng)完畢，轉(zhuǎn)子電流頻率降低，僅為1~3Hz，集膚效應(yīng)基本消失，電流均勻分布，導(dǎo)條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻。轉(zhuǎn)子槽漏磁電流密度的分布第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.深槽異步電動(dòng)機(jī)：高度是寬度的10～12倍，起動(dòng)時(shí)，集膚效應(yīng)顯著，電阻達(dá)額定運(yùn)行的3倍，隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小。

雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：

兩套繞組，材料不同，截面也不同。上籠1：起動(dòng)籠，截面小，材料選用電阻系數(shù)大；下籠2：運(yùn)行籠，截面大，電阻系數(shù)小。

起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，下籠漏抗大，故電流小，大部分通過上籠，集膚作用顯著，上籠電阻大，流過電流大，產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性為T1。起動(dòng)結(jié)束，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)子電流頻率很小，兩籠的漏抗都很小，電流主要流過電阻較小的下籠。對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性為T2。疊加合成為T，說明具有較好的起動(dòng)特性。第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第三節(jié)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.定子串聯(lián)對(duì)稱電阻起動(dòng)，在此介紹的計(jì)算方法

設(shè)全壓直接起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為、定子串電阻起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為、第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.當(dāng)定子繞組為星形聯(lián)結(jié)時(shí)

當(dāng)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)

或按一般電動(dòng)機(jī)的平均數(shù)值可令第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.[例11-1]一籠型異步電動(dòng)機(jī)的電壓為380V；電流為13.6A；起動(dòng)電流倍數(shù)；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，試就下列兩種情況，求定子串接電阻；（1）起動(dòng)電流減小到直接起動(dòng)時(shí)的一半；（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小到直接起動(dòng)時(shí)的一半。解:

定子星形接法時(shí)第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.（1）（2）第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第四節(jié)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)自耦變壓器的計(jì)算第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.自耦變壓器容量PTA的計(jì)算公式如下：式中：Pd——電動(dòng)機(jī)的額定容量(kV·A);

KI——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的倍數(shù);

UTA%——自耦變壓器的抽頭電壓，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示;

n——起動(dòng)次數(shù);

t——起動(dòng)一次的時(shí)間(min);

PTA——對(duì)應(yīng)于抽頭電壓UTA%時(shí)自耦變壓器的容量(kV·A);

tst——起動(dòng)器規(guī)定的一次或數(shù)次連續(xù)起動(dòng)的最大起動(dòng)時(shí)間，對(duì)于不同類型的起動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，自耦變壓器的起動(dòng)功率為第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.[例11-2]

電動(dòng)機(jī)容量為；如直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流的倍數(shù)；按生產(chǎn)機(jī)械的要求，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)容許的最小電壓為額定電壓的60%；設(shè)起動(dòng)器起動(dòng)次數(shù)n=3，每次起動(dòng)的時(shí)間t=30s=0.5min。試計(jì)算并選擇自耦變壓器（選擇最大起動(dòng)時(shí)間T=2min的類型）?？蛇x擇電壓抽頭65%時(shí)容量略大于的自耦變壓器，其最大起動(dòng)時(shí)間為2min。解選擇≥第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.

第五節(jié)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱起動(dòng)電阻的計(jì)算第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.本節(jié)介紹圖解法及解析法兩種計(jì)算起動(dòng)電阻的方法：1.圖解法

———圖解法的依據(jù)。

即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.即：在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比。第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.2.解析法

——解析法的依據(jù)。

即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.即在轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電路的總電阻成反比。第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.將代入上式得：21TTb=兩邊取對(duì)數(shù)，得：第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.欲求每級(jí)的分段電阻值，可由相鄰兩級(jí)總電阻值相減求得，即用解析法計(jì)算時(shí)，可能有起動(dòng)級(jí)數(shù)m已定與未定兩種情況。第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日[例11-3]某生產(chǎn)機(jī)械用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：

過載能力，試求空載起動(dòng)時(shí)三級(jí)起動(dòng)電阻（用解析法）。

解：取第三十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,,TW.Allrightsreserved.轉(zhuǎn)子每相各段起動(dòng)電阻為

轉(zhuǎn)子每相串接總的電阻為第三十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日Copyright?2008,