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1、4.2 三相異步電動機的啟動 所謂三相異步電動機的啟動過程是指三相異步電動機從接入電網(wǎng)開始轉動時起，到達額定轉速為止這一段過程。 根據(jù)上一節(jié)的分析知，三相異步電動機在啟動時啟動轉矩 并不大，但轉子繞組中的電流I很大，通常可達額定電流的47倍，從而使得定子繞組中的電流相應增大為額定電流的47倍。這么大的啟動電流將帶來下述不良后果。 （1）啟動電流過大使電壓損失過大，啟動轉矩不夠使電動機根本無法啟動。 （2）使電動機繞組發(fā)熱，絕緣老化，從而縮短了電動機的使用壽命。 （3）造成過流保護裝置誤動作、跳閘。 （4）使電網(wǎng)電壓產生波動，進而形成影響連接在電網(wǎng)上的其他設備的正常運行。 因此，電動機啟動時，在
2、保證一定大小的啟動轉矩的前提下， 還要求限制啟動電流在允許的范圍內。 stT 4.2.1 籠形異步電動機的啟動 三相籠形異步電動機的啟動有兩種方式，第一種是直接啟動，即將額定電壓直接加在電動機定子繞組端。第二種是降壓啟動，即在電動機啟動時降低定子繞組上的外加電壓，從而降低啟動電流。啟動結束后，將外加電壓升高為額定電壓，進入額定運行。兩種方法各有優(yōu)點，應視具體情況具體確定。從電動機容量的角度講，通常認為滿足下列條件之一的即可直接啟動，否則應采用降壓啟動的方法。 （1）容量在10kW以下 （2）符合下列經(jīng)驗公式 kW4 AkV43啟動電動機功率供電變壓器容量 NstII 1三相籠形異步電動機的直接
3、啟動 直接啟動的優(yōu)點是所需設備少，啟動方式簡單，成本低，是小型籠形異步電動機主要采用的啟動方法，如圖4.5所示。 圖4.5 三相籠形異步電動機的直接啟動 2三相籠形異步電動機的降壓啟動 降壓啟動方式是指在啟動過程中降低其定子繞組端的外施電壓，啟動結束后，再將定子繞組的兩端電壓恢復到額定值。這種方法雖然能達到降低啟動電流的目的，但啟動轉矩也減小很多，故此法一般只適用于電動機的空載或輕載啟動，具體方法包括： （1）定子串電阻或電抗器降壓啟動 三相籠形異步電動機啟動時，在電動機定子電路串入電阻或電抗器，使加到電動機定子繞組端電壓降低，減少了電動機上的啟動電流。圖4.6是三相籠形電動機定子繞組串電阻降
4、壓啟動的原理圖，其工作情況為：合上刀開關Q，在開始起動時，KM1主觸點閉合，KM2主觸點斷開，電動機經(jīng)電阻接入電源，電動機在低壓狀態(tài)下開始啟動。當電動機的轉速接近額定值時，使KM1斷開、KM2接通，切除了電阻，電源電壓直接加在電動機上，啟動過程結束。 這種啟動方法不受電動機定子繞組接法形式的限制，但由于啟動 電阻的存在，將使設備體積增大，電能損耗大，目前已較少采用。 圖4.6 三相異步電動機定子方串電阻降壓啟動 （2）Y/降壓啟動 對于正常運行為形接法的三相交流異步電動機，若在啟動時將其定子繞組接為Y形，則啟動時其定子繞組上所加的電壓僅為正常運行的 ， 降低了啟動電壓。目前生產的Y系列功率在4
5、kV以上的中小型三相異步電動機，其定子繞組的規(guī)定接法一般為形接法，所以在啟動時，可以對其采用Y/降壓啟動方法，即在電動機啟動過程中，將定子繞組接成Y形接法，啟動過程結束后，再接成形接法。圖4.7是Y/降壓啟動的原理圖，其工作情況如下。 31 合上開關QF后，若要啟動電動機，則交流接觸器KM1和KM2的主觸點同時閉合，KM1將電動機的定子繞組接成Y形，KM2將電源引到電動機定子繞組端，電動機降壓啟動。當電動機的轉速接近于穩(wěn)定值時，KM1先斷開而后KM3立即閉合，將電動機定子繞組的Y形接法解除而接成形，進入額定運行狀態(tài)。 三相籠形異步電動機的Y/降壓啟動簡單，運行可靠，應用較廣泛。但它只適用于正常
6、運轉時定子繞組為接的電動機。 圖4.7 Y/降壓啟動原理圖 （3）定子串自耦變壓器降壓啟動 這種方法是利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動機定子繞組端，達到減小啟動電流的目的，如圖4.8所示。 設自耦變壓器的一次側電壓U1（即電源電壓），電流為I1，二次側電壓為U 2，電流為I2，變壓比為k，則 ; stst IkI 12 圖4.8 自耦變壓器降壓啟動 啟動時，經(jīng)自耦變壓器后，加在三相籠形異步電動機定子繞組端的線電壓為U1/k，此時電動機定子繞組上的啟動電壓為全壓啟動時的1/k，即 式中 電動機電壓為U1/k時的啟動電流，即自耦變壓器二次側電流。 電動機全壓啟動時的電流。 電動機電壓為U1
7、/k時電網(wǎng)上流經(jīng)的電流，即自耦變壓器一次側電流，所以電動機從電網(wǎng)吸取的電流 。由于自耦變壓器一次側的電流小于二次側的電流，故在相同的啟動電壓下，自耦變壓器降壓啟動比Y/降壓啟動向電源吸取的電流要小。 圖5.8的控制原理是合上Q后，令 KM1觸點先將自耦變壓器做星形連接，再由KM2接通電源，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器實現(xiàn)減壓啟動。當電動機的轉速接近于額定轉速時，令KM1、KM2斷開而KM3閉合直接將全電壓加在電動機上，啟動過程結束，進入全壓運行狀態(tài)。 自耦變壓器降壓啟動的啟動性能好，但線路相對較復雜，設 備體積大，目前是三相籠形異步電動機常用的一種降壓啟動方法。kIIUU stst 12212s
8、tIstI 1stI ststst IkkII 221 1 4.2.2 繞線形異步電動機的啟動 三相繞線形異步電動機轉子中有三相繞組，可以通過滑環(huán)和電刷串接外加電阻。在上一節(jié)分析轉子串電阻的人為機械特性時已知：適當增加轉子串接電阻，可以減小啟動電流并提高電動機的啟動轉矩，繞線形異步電動機正是利用了這一特性。 按照繞線形異步電動機啟動過程中轉子串接裝置的不同，有串電阻啟動和串頻敏電阻器啟動兩種方法。 1轉子串電阻啟動 在這種啟動方式中，由于電阻是常數(shù)，所以為了獲取較平滑的啟動過程，將啟動電阻分為幾級，在啟動過程中逐級切除。圖4.9是繞線形異步電動機轉子串電阻啟動的原理圖，圖4.10是機械特性曲線
9、。 圖4.9 繞線形異步電動機串電阻啟動原理圖 其工作情況為：合上刀開關Q后，交流接觸器KM1，KM2，KM3的主觸點全部斷開，全部電阻均接入電路，對應工作的機械特性曲線為圖5.10中曲線1，從a點開始啟動，轉速逐漸升高。當轉速升高到b點時，令KM1閉合，R1被短接，R2, R3仍串入電路，由于電阻減小而轉速不能突變，特性曲線瞬間過渡到曲線2上的c點并沿曲線2繼續(xù)加速。當加速到d點時，令KM2閉合，R1, R2被短接，R 3仍串入電路，由于電阻減小而轉速不能突變，特性曲線瞬間過渡到曲線3上的e點并沿曲線3繼續(xù)加速。當加速到f點時，令KM3閉合，R 1, R 2, R3被短接，由于電阻減小而轉速
10、不能突變，特性曲線瞬間過渡到固有機械特性曲線上的g點并沿固有機械特性曲線繼續(xù)加速，直到穩(wěn)定運行，啟動過程結束。 圖4.10 繞線形異步電動機轉子串電阻啟動機械特性 2轉子繞組串頻敏變阻器啟動 根據(jù)上述分析知：要想獲得更加平穩(wěn)的啟動特性，必須增加啟動級數(shù)，這就會使設備復雜化。為此采用了在轉子上串頻敏變阻器的啟動方法。所謂頻敏變阻器，是由厚鋼板疊成鐵心并在鐵心柱上繞有線圈的電抗器，其結構示意圖如圖4.11所示。它是一個鐵損耗很大的三相電抗器，如果忽略繞組的電阻和漏抗時，其一相的等效電路如圖4.12所示。 圖4.11 頻敏變阻器結構示意圖 圖4.12 頻敏變阻器一相等效電路 頻敏變阻器啟動原理如圖4.13所示。合上開關Q，KM1閉合，電動機定子繞組接通電源電動機開始啟動時，電動機轉子轉速很低，故轉子頻率較高，f2f1，頻敏變阻器的鐵損很大，Rm和Xm均很大，且RmXm，因此限制了啟動電流，增大了啟動轉矩。隨著電動機轉速的升高，轉子電流頻率下降，于是Rm、Xm隨n減小，這就相當于啟動過程中電阻的無級切除。當轉速上升到接近于穩(wěn)定值時，KM2閉合將頻敏電阻器短接，啟動過程結束。 圖4.13 三相繞線形異步電動機串頻敏電阻器啟動原理圖
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