三相异步发电机的启动

null第七节 三相异步电动机的启动 第七节 三相异步电动机的启动 1、主要内容：三相异步电动机的启动、方法、线路、特点； 2、重点：几种实用启动方法； 3、难点：启动线路、电流、转矩（特别是自耦降压启动线路）；目录目录何谓启动 启动电流及其影响 启动方法 讨论 何谓启动 何谓启动 电动机从n=0到n=nN的过程叫启动， 实际是一个暂态过程， 即 式中τ为电动机的时间常数。 何谓启动 所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 三相异步电动机在启动时启动转矩 并不大，但转子绕组中的电流很大，通常可达额定电流的4～7倍，从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。何谓启动 启动电流及其影响： 这么大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下，还限制启动电流在允许的范围内。 启动电流及其影响： 启动电流及其影响： 启动电流及其影响： 大的启动电流对电机的影响： ①对电机本身的影响----发热； ②对线路的影响：线路电压降低，影响别的电机的工作，甚至影响自身启动。 null启动转矩：由于启动时功率因数cosφ2低，启动转矩不大，若电压又降低，很难负载启动。 对启动的要求：理想的启动是启动电流小,启动转矩大，这只有绕线式转子的异步电动机才能实现，因为绕线式转子的R2可调，启动时增大R2，启动转矩增大，同时I2st减小，导致启动电流Ist减小。 启动方法目录启动方法目录笼形异步电动机的启动 1、三相笼形异步电动机的直接启动 2、三相笼形异步电动机的降压启动 （1）定子串电阻或电抗器降压启动 （2）Y/D降压启动 （3）定子串自耦变压器降压启动 绕线形异步电动机的启动 1、转子串电阻启动 2、转子绕组串频敏变阻器启动 启动方法 笼形异步电动机的启动 启动方法 笼形异步电动机的启动 三相笼形异步电动机的启动有两种方式: 第一种是直接启动，即将额定电压直接加在电动机定子绕组端。 第二种是降压启动，即在电动机启动时降低定子绕组上的外加电压，从而降低启动电流。启动结束后，将外加电压升高为额定电压，进入额定运行。1．三相笼形异步电动机的直接启动 两种方法各有优点，应视具体情况具体确定。从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。 （1）容量在10kW以下 （2）符合下列经验公式 1．三相笼形异步电动机的直接启动 1．三相笼形异步电动机的直接启动 1．三相笼形异步电动机的直接启动 直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低，是小型笼形异步电动机主要采用的启动方法，如图所示。 三相笼形异步电 动机的直接启动 2．三相笼形异步电动机的降压启动 2．三相笼形异步电动机的降压启动 降压启动方式是指在启动过程中降低其定子绕组端的外施电压，启动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。这种方法虽然能达到降低启动电流的目的，但启动转矩也减小很多，故此法一般只适用于电动机的空载或轻载启动，具体方法包括： （1）定子串电阻或电抗器降压启动 （1）定子串电阻或电抗器降压启动 三相笼形异步电动机启动时，在电动机定子电路串入电阻或电抗器，使加到电动机定子绕组端电压降低，减少了电动机上的启动电流。图5.6是三相笼形电动机定子绕组串电阻降压启动的原理图，其工作情况为：合上刀开关Q，在开始起动时，KM1主触点闭合，KM2主触点断开，电动机经电阻接入电源，电动机在低压状态下开始启动。当电动机的转速接近额定值时，使KM1断开、KM2接通，切除了电阻，电源电压直接加在电动机上，启动过程结束。 图5.6 三相异步电动机定子方串电阻降压启动 （1）定子串电阻或电抗器降压启动 （1）定子串电阻或电抗器降压启动 这种启动方法不受电动机定子绕组接法形式的限制，但由于启动电阻的存在，将使设备体积增大，电能损耗大，目前已较少采用。 图5.6 三相异步电动机定子方串电阻降压启动 （2）Y/D降压启动 星形---三角形代换启动：适用于原来三角形运行的电动机。  启动线路：线路如下图 （2）Y/D降压启动 （2）Y/D降压启动 （2）Y/D降压启动 对于正常运行为D形接法的三相交流异步电动机，若在启动时将其定子绕组接为Y形，则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的 ， 降低了启动电压。定子绕组的接法为D形接法的电动机，在启动时，可以对其采用Y/D降压启动方法，即在电动机启动过程中，将定子绕组接成Y形接法，启动过程结束后，再接成D形接法。图5.7是Y/D降压启动的原理图，其工作情况如下。 图5.7 Y/D降压启动原理图 Y/D降压启动Y/D降压启动 合上开关QF后，若要启动电动机，则交流接触器KM1和KM2的主触点同时闭合，KM1将电动机的定子绕组接成Y形，KM2将电源引到电动机定子绕组端，电动机降压启动。当电动机的转速接近于稳定值时，KM1先断开而后KM3立即闭合，将电动机定子绕组的Y形接法解除而接成D形，进入额定运行状态。 Y/D降压启动Y/D降压启动 三相笼形异步电动机的Y/D降压启动简单，运行可靠，应用较广泛。但它只适用于正常运转时定子绕组为D接的电动机。 null启动电流：星形电流 三角形电流： null显然启动电流降低； 所以两种方法的电流之比为 启动转矩 启动转矩 适用于轻载启动。 （3）定子串自耦变压器降压启动 （3）定子串自耦变压器降压启动 这种方法是利用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机定子绕组端，达到减小启动电流的目的，如图5.8所示。 图5.8 自耦变压器降压启动 null 控制原理是合上Q后，令 KM1触点先将自耦变压器做星形连接，再由KM2接通电源，电动机定子绕组经自耦变压器实现减压启动。当电动机的转速接近于额定转速时，令KM1、KM2断开而KM3闭合直接将全电压加在电动机上，启动过程结束，进入全压运行状态。 启动电流：降压启动时变压器副边的电机线电流 启动电流：降压启动时变压器副边的电机线电流 降压启动时变压器原边的电流 降压启动时变压器原边的电流 直接启动的电流 直接启动的电流 故降压启动与直接启动的线电流之比为 故降压启动与直接启动的线电流之比为 启动转矩 启动转矩 特点 特点 结构较复杂，价格较贵，但可多个抽头进行调节不同的变比。 自耦变压器降压启动的启动性能好，但线路相对较复杂，设备体积大，目前是三相笼形异步电动机常用的一种降压启动方法。 绕线式异步电动机的启动 绕线式异步电动机的启动 三相绕线形异步电动机转子中有三相绕组，可以通过滑环和电刷串接外加电阻。在上一节分析转子串电阻的人为机械特性时已知：适当增加转子串接电阻，可以减小启动电流并提高电动机的启动转矩，绕线形异步电动机正是利用了这一特性。 绕线式异步电动机的启动 绕线式异步电动机的启动 ①操作方法：启动时增大R2，启动结束后复原R2（手动或自动），一般为分级启动。 ②启动电流减小：增大R2，I2减小，，I1减小； ③启动转矩增大：增大R2，根据机械特性可知转矩增大。 所以绕线式异步电动机的启动方法比较理想。 绕线式异步电动机的启动方法 绕线式异步电动机的启动方法 按照绕线形异步电动机启动过程中转子串接装置的不同，有串电阻启动和串频敏电阻器启动两种方法。 1．转子串电阻启动 1．转子串电阻启动 在这种启动方式中，由于电阻是常数，所以为了获取较平滑的启动过程，将启动电阻分为几级，在启动过程中逐级切除。图5.9是绕线形异步电动机转子串电阻启动的原理图，图5.10是机械特性曲线。 图5.9 绕线形异步电动机串电阻启动原理图 转子串电阻启动（续1）转子串电阻启动（续1） 其工作情况为：合上刀开关Q后，交流接触器KM1，KM2，KM3的主触点全部断开，全部电阻均接入电路，对应工作的机械特性曲线为图5.10中曲线1，从a点开始启动，转速逐渐升高。图5.10 绕线形异步电动机转子串电阻启动机械特性 转子串电阻启动（续1）转子串电阻启动（续1） 当转速升高到b点时，令KM1闭合，R1被短接，R2, R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线2上的c点并沿曲线2继续加速。当加速到d点时，令KM2闭合，R1, R2被短接，R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线3上的e点并沿曲线3继续加速。图5.10 绕线形异步电动机转子串电阻启动机械特性 转子串电阻启动（续1）转子串电阻启动（续1） 当加速到f点时，令KM3闭合，R 1, R 2, R3被短接，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到固有机械特性曲线上的g点并沿固有机械特性曲线继续加速，直到稳定运行，启动过程结束。 图5.10 绕线形异步电动机转子串电阻启动机械特性 2．转子绕组串频敏变阻器启动 2．转子绕组串频敏变阻器启动 根据上述分析知：要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。为此采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法。所谓频敏变阻器，是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器，其结构示意图如图5.11所示。它是一个铁损耗很大的三相电抗器，如果忽略绕组的电阻和漏抗时，其一相的等效电路如图5.12所示。 图5.11 频敏变阻器结构示意图 图5.12 频敏变阻器一相等效电路 转子绕组串频敏变阻器启动（续1）转子绕组串频敏变阻器启动（续1） 频敏变阻器启动原理如图5.13所示。合上开关Q，KM1闭合，电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时，电动机转子转速很低，故转子频率较高，f2≈f1，频敏变阻器的铁损很大，Rm和Xm均很大，且Rm＞Xm，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。图5.13 三相绕线形异步电动机串频敏电阻器启动原理图 转子绕组串频敏变阻器启动（续1）转子绕组串频敏变阻器启动（续1） 随着电动机转速的升高，转子电流频率下降，于是Rm、Xm随n减小，这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，KM2闭合将频敏电阻器短接，启动过程结束。 图5.13 三相绕线形异步电动机串频敏电阻器启动原理图 讨论1、求额定电流、启动电流、启动转矩、最大转矩等； 2、若电压降低到额定电压的x%，求启动转矩、最大转矩； 3、若采用星形---三角形代换启动，求启动转矩，若负载转矩为额定转矩的y%，是否能启动？若采用抽头为z%自耦降压启动器，是否能启动？ 讨论讨论讨论三相感应电动机的铭牌数据如下：PN＝10KW，nN =960r/Min, Y－△联结，380/220V η=0.868，COSφ=0.85，Tst/TN=1.5，Ist/IN=6.5。 试求(1)IN和TN (2)电源电压为380V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩。 (3)电源电压为220V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩。 (4)要求采用Y－△降压启动，此时能否带70％TN和30％TN 负载？讨论讨论三相感应电动机的额定功率PN=11Kw，额定转速nN=2930r/min，λ=2.2，起动转矩倍数Tst/TN=2。求该电动机的最大转矩Tm和起动转矩Tst