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1、 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 方法方法 1. 电动机的起动指标电动机的起动指标 (1) 起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL Tst (1.1 1.2) TL(2) 起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。 异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst = stTN = (1.62.2) TN 第第11 章章 三相三相 异步电动机的起动及异步电动机的起动及起动设备的计算起动设备的计算 不利影响不利影响 大的大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他
2、负载使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。工作。 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。2. 笼型异步电动机的笼型异步电动机的直接起动直接起动(1) 小容量的电动机（小容量的电动机（PN 7.5kW） (2) 电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：Ist IN sc =1 43 +电源总容量电源总容量(kVA) 电动机容量电动机容量(kW)3. 笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减压起动(1) 定子串联电阻或电抗减压起动定子串联电阻或电抗减压起动M 33 RSS1 FUS2起动起动运行运行M 3XSS1 FUS23 11-1 三相异
3、步电动机的起动三相异步电动机的起动 (2) 自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动TA3 UNS1 FUS2M 311-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (2) 自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动3 UNS1 FUS2TAM 3起动起动4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (2) 自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动TA3 UNS1 FUS2M 3运行运行11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(3) 星形三角形减压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2
4、W1W211-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2) 星形三角形减压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2) 星形三角形减压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动） 运行运行S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PUN 3 UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P
5、=1 3 起动电流比起动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=1 3 Y 型型起动的起动电流起动的起动电流 IstY = Ist1 3 起动转矩比起动转矩比 TstYTstU1PYU1P=1 3( )2TstY = Tst1 3 Y型型起动的起动转矩起动的起动转矩 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 频敏变阻器频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时转子电路起动时 f2 高，电阻大，高，电阻大， Tst 大，大， Ist 小。小。 转子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，低
6、，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。4. 绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动 频敏变阻器频敏变阻器 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 11-2. 改善起动性能的三相笼型异步电动机改善起动性能的三相笼型异步电动机(1) 深槽异步电动机深槽异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h / b = 8 12漏电抗小漏电抗小 漏电抗大漏电抗大增大增大 电流密度电流密度 起动时，起动时，f2 高，高， 漏电抗大，电流的集漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等效 面积减小，即面积减小，即 R2 ，
7、 使使 Tst 。 运行时，运行时， f2 很低，很低， 漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效 应消失，应消失，R2 。11-2 改善起动性能的三相笼型异步改善起动性能的三相笼型异步电动机电动机2. .双笼型异步电动机双笼型异步电动机电阻大电阻大 漏抗小漏抗小 电阻小电阻小 漏抗大漏抗大上笼上笼 （外笼）（外笼） 下笼下笼 （内笼）（内笼） 起动时，起动时， f2 高，高， 漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼， 外笼外笼 R2 大大 Tst 大。大。 外笼外笼 起动笼。起动笼。 运行时，运行时， f2 很低很低 ， 漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作
8、起主要作用，用， I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。 内笼内笼 工作笼。工作笼。11-2 改善起动性能的三相笼型异步改善起动性能的三相笼型异步电动机电动机Rst1 Rst23 M 3S1 S2S(1) 起动过程起动过程11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 串联串联 Rst1 和和 Rst2 起动（特性起动（特性 a） 总电阻总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n0TnOa (R22)TLT2a1a2T1切除切除 Rst211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (1) 起动过程起动过程b
9、(R21)n0TnOa (R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上合上 S2 ，切除切除 Rst2（特性特性 b） 总电阻总电阻 R21 = R2+ Rst15. 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 3 M 3S1 S2Rst1 Rst2S切除切除 Rst111-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 合上合上 S1 ，切除切除 Rst1（特性特性 c） 总电阻总电阻: R2 11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 c (R2)b (R21)n0TnOa (R22)T2
10、T1a1a2TLb1b2c1c2(1) 起动过程起动过程p3 M 3S1 S2 Rst1 Rst2S11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (2) 起动级数未定时起动电阻的计算起动级数未定时起动电阻的计算 选择选择 T1 和和 T2 起动转矩：起动转矩： T1 = (0.8 0.9) TM 切换转矩：切换转矩： T2 = (1.1 1.2) TL 起切转矩比起切转矩比 =T1 T2 求出起动级数求出起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。根据相似三角形的几何关系来推导。11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电
11、阻起动 T1 n0 nc1 TM n0 nMc=sc1 sMcc (R2)b (R21)n0TnOa (R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2pT2 n0 nc2 TM n0 nMc=sc2 sMc同理可得：同理可得：T1 TM=sa1 sMa=sb1 sMb=sc1 sMcT2 TM=sa2 sMa=sb2 sMb=sc2 sMc因为因为 sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM R2 =T1 T2=sMa sMb=R22 R21所以所以 =T1 T2=sMb sMc=R21 R211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 因此有下面的关
12、系因此有下面的关系 R21 =R2 R22 =R21 =2R2 对于对于 m 级起动，有级起动，有 R2m = mR2 式中式中 R2m = R2Rst1Rst2 Rstm 于是得到下式：于是得到下式：= R2m R2 m因为因为 sMc sMasc1 = sa1=R2 R22= 1R2 R2211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 对于对于 m 级起动，则有级起动，则有 sc1 =R2 R2m在固有特性在固有特性 c 上，有关系上，有关系 T1 TN=sc1 sN= TN sNT1 m因此可得因此可得 = R2m R2 mm =TNsNT1 lg
13、lg 重新计算重新计算 ，校验是否在规定范围内。，校验是否在规定范围内。11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 求转子每相绕组的电阻求转子每相绕组的电阻 R2R2 = sN U2N3 I2N 计算各级总电阻和各级起动电阻计算各级总电阻和各级起动电阻 R21 =R2 R22 =R21 R2m = R2(m1)=2R2 =m R2Rst1 = R21R2 Rst2 = R22R21 Rstm = R2mR2(m1)11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (3) 起动级数已定时起动电阻的计算起动级数已定时起动电阻
14、的计算 T1 = (0.8 0.9) TM = TN sNT1 mT2 = T1 ，验算：，验算： T2 = (1.1 1.2) TL ， 若不满足，重新调整，直到满足要求。若不满足，重新调整，直到满足要求。 计算各级总电阻和各级起动电阻。计算各级总电阻和各级起动电阻。R2 = sN U2N 3 I2N11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 由异步电动机的转速公式s)(pfs)(nn160111可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数 调速。p（2）改变电源频率 调速。1f（3）改变转差率 调速。s十二章 异步电动机调速一、变极调
15、速变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，只用于笼型电动机。变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：Y反并YY，2p-pYY，2p-p注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线组接线时，必时，必须同时须同时改变定改变定子绕组子绕组的相序的相序二、 变频调速 改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向
16、上调，也可以从基频向下调。从基频向上调，也可以从基频向下调。 变频调速的优点是无级变速，变速范围大，且具有较硬变频调速的优点是无级变速，变速范围大，且具有较硬的机械特性。的机械特性。 变频调速的缺点是有一套专门的变频电源，调速系统较变频调速的缺点是有一套专门的变频电源，调速系统较为复杂，设备投资较高。为复杂，设备投资较高。s)(pfs)(nn160111 1. 1. 从基频向下变频调速从基频向下变频调速 我们知道，三相异步电动机每相电压：我们知道，三相异步电动机每相电压： 降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压 有两种控的制方法。有
17、两种控的制方法。 保持保持 = =常数常数 ：mNkNfEU1111144. 411fEsrxsrEfpmnsrImPTM22222221112221126022222221111112222221111222rxssrsrfEpfmpfmxsrsrfEpfmn上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩T Tm m及相应的转差率及相应的转差率s sm m。n最大转矩处最大转矩处 ，对应的转差率为，对应的转差率为s sm m，即：，即：0dsdT22x
18、rsm222111112xxfEpfmTm常数2211121221LfEpmn最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为：常数pLrpfxrnsnmm60260221221n当改变频率时，若保持当改变频率时，若保持 =常数，最大转矩常数，最大转矩 常数，与频率常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速的机械特性，如图所示。这种调速方法机械特性较硬，在一定的静的机械特性，如图所示。这种调速方法
19、机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。较小，因此转差功率较小，效率较高。 n经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当： 时，时，11fEmTn2. 从基频向上变频调速从基频向上变频调速 ：n 升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保升高电源电
20、压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为持电压为UN不变，频率越高，磁通不变，频率越高，磁通m越低，是一种降低磁通升越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。n保持不变升高频率时，电动机电磁转矩保持不变升高频率时，电动机电磁转矩n 221221122112xxsrrfsrpUmT22121111211221xxrrffpUmTm212112111221fxxfpUm212221212xxrxxrrSm1211212fLLfrn因此，频率越高时，因此，频率越高时， 越小，越小， 也减小，最大转矩对应的转速降落也减小，最大
21、转矩对应的转速降落为为mTmSn根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。段近似平行，如图所示。常数pfLLfrnsnmm121221602n根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。似平行，如图所示。 n综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方
22、式；似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 转速稳定性好；转速稳定性好； 运行时小，效率高；运行时小，效率高； 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。频率可以连续调节，变频调速为无级调速。三、变转差率调速1. 绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为 从机械特性看，转子串电阻从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。的增大而减小。2.
23、 绕线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回路在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势串接一个与转子电动势 同同步频率的附加电动势步频率的附加电动势 。s2EadEadE通过改变通过改变 的幅值和相的幅值和相位，也可实现调速，这就位，也可实现调速，这就是串级调速。是串级调速。改变电动机的电压时，改变电动机的电压时，机械特性为机械特性为3. 改变定子电压调速 调压调速既非恒转矩调调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。适用恒功率负载。