三相异步电动机的优缺点以及启动方式.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date三相异步电动机的优缺点以及启动方式编号：_三相异步电动机的优缺点1、 三相异步电动机的优点  -    三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。2、异步电动机存在的缺点2.1笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。（1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。（2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。（3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。2.2 绕线型感应电动机绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改变外串电阻调速。绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：（1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。（2）当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性，多数不提刷，因此运行时存在下列电能浪费：集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗，电刷至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗，若电动机与控制柜之间距离很长，则该损耗将非常严重。并且由于集电环与电刷产生碳粉、电火花和噪声，长期污染周围环境，损害管理人员和周围居民健康。（3）传统绕线型电动机的起动转矩比笼型电动机的有所提高，但仍往往不能满足满载起动的需要，以至仍然需要增容而形成“大马拉小车”。上述传统感应电动机存在的严重缺点的根本原因在于“起动”、“运行”和“可靠性”三者之间存在难以调和的矛盾，因此势必顾此失彼，不可兼优。三相异步电动机起动方式三相交流异步电动机直接起动，虽然控制线路结构简单、使用维护方便，但起动电流很大（约为正常工作电流的47倍），如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则起动电流可能会明显地影响同一电网中其它电气设备的正常运行。因此，对于鼠笼型异步电动机可采用：定子串电阻（电抗）降压起动、定子串自耦变压器降压起动、星形三角形降压起动等方式；而对于绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻起动或转子串频敏变阻器起动等方式以限制起动电流。1、直接启动定义：直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机的定子绕组直接接在交流电源上，电机在额定电压下直接启动。优点：在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，控制线路简单，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。缺点：直接启动的启动电流一般可达额定电流的47倍，过大的启动电流会降低电动机寿命，使变压器二次电压大幅度下降，减小电动机本身的启动转矩，甚至时电动机无法启动，过大的电流还会引起电源电压波动，影响同一供电网中其他设备的正常工作。一般异步电机的功率小于7.5千瓦时允许直接启动，对于更大容量的电机能否使用要视配电变压器的容量和各地电网部门而定。（电流过大）应用：电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。图6是电动机单向起动控制线路的电气原理图。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。 图6电动机单向起动控制线路的电气原理图2、三相异步电动机的Y起动控制对于正常运行时电动机额定电压等于电源线电压，定子绕组为三角形连接方式的三相交流异步电动机，可以采用星形三角形降压起动。它是指起动时，将电动机定子绕组接成星形，待电动机的转速上升到一定值后，再换成三角形连接。这样，电动机起动时每相绕组的工作电压为正常时绕组电压的1/，起动电流为三角形直接起动时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。缺点是起动转矩也下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。本线路适用于轻载或空载起动的场合，应当强调指出，Y连接时要注意其旋转方向的一致性。图7 三相异步电动机Y降压启动控制线路图控制原理：按下启动按钮SB2。（1） 接触器KM1线圈得电，电动机M接入电源。（2） 接触器KM3线圈的电，其常开触点闭合，Y形启动，辅助触点断开，保证了接触器KM2不得电。（3） 时间继电器KT线圈得电，经过一定时间延时，常闭触点断开，切断KM3线圈电源。（4） KM3主触点断开，KM3常闭辅助触点闭合，KT常开触点断开，接触器KM2线圈得电，KM2主触点闭合，使电动机M由Y形启动切换为运行。按下停止按钮SB1，切断控制线路电源，电动机M停止运转。3自耦变压器降压启动对于容量较大且正常运行时定子绕组接成星形的笼型异步电动机，可采用自耦变压器降压起动。它是指起动时，将自耦变压器接入电动机的定子回路，待电动机的转速上升到一定值后，再切除自耦变压器，使电动机定子绕组获正常工作电压。这样，起动时电动机每相绕组电压为正常工作电压的1 / K 倍（K 自耦变压器的匝数比。K = N1 / N2 ），起动电流也为全压起动电流的1 / K2倍。 图8 电动机自耦降压起动接线图    图8是交流电动机自耦降压启动自动切换控制接线图，自动切换靠时间继电器完成，用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程，不会造成启动时间的长短不一的情况，也不会因启动时间长造成烧毁自耦变压器事故    控制过程如下：    a、合上空气开关QF接通三相电源。    b、按启动按钮SB2交流接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于KM1辅助常开触点闭合，使得接触器KM2线圈通电吸合，KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压低压抽头（例如65）将三相电压的65接入电动。    c、KM1辅助常开触点闭合，使时间继电器KT线圈通电，并按已整定好的时间开始计时，当时间到达后，KT的延时常开触点闭合，使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁。    d、由于KA线圈通电，其常闭触点断开使KM1线圈断电，KM1常开触点全部释放，主触头断开，使自耦变压器线圈封星端打开；同时 KM2线圈断电，其主触头断开，切断自耦变压器电源。KA的常闭触点闭合，通过KM1已经复位的常闭触点，使KM3线圈得电吸合，KM3主触头接通电动机在全压下运行。    e、KM1的常开触点断开也使时间继电器KT线圈断电，其延时闭合触点释放，也保证了在电动机启动任务完成后，使时间继电器KT可处于断电状态。    f、欲停车时，可按SB1则控制回路全部断电，电动机切除电源而停转。g、 电动机的过载保护由热继电器FR完成。4、绕线式异步电动机转子串接电阻起动由于大型电动机容量大，起动电流对电网的冲击较大，又因带负载，负载要求电动机提供较大的起动电流时，绕线式异步电动机就显示出明显优势，只有转子回路串的电阻合适，就既可减少起动电流又可增加起动转矩，因而电动机容量大、重载这两个要求可同时满足。由于电动机的电磁转矩公式：Tst=CMmI2cos2cos2=因为串电阻R 使得I2 减小，但cos2值的增大，使得转子有功电流I2 cos2 反而增大了，从而增大堵转转矩值。当然，过分增大所串电阻R，虽然cos2会增大，其极限值为1，因转子电流减小使堵转转矩也跟着减小。如果正确选取电阻器的电阻值，使转子回路的总电阻值R2=X20，此时Sm=1，即最大转矩产生在电动机启动瞬间，从而缩短起动时间，达到减小启动电流增大启动转矩的目的。随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。启动完毕后，可变电阻减小到零，转子绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。图9（a）是绕线型异步电动机转子串电阻的示意图，为了简单，也有采用图9（b）不对称电阻图10 转子串电阻启动控制图线路工作原理如下：合上闸开关QS，按启动按钮SB2，运行如下（1） 接触器KM线圈得电，其主触点闭合，将电动机转子串入全部电阻进行启动，KM辅助触点闭合自锁。（2） 时间继电器KT1得电，时间继电器KT1的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM1线圈得电吸合，切除第一级启动电阻1RQ。同时，时间继电器KT2得电。（3） 时间继电器KT2的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM2得电吸合并自锁，短接第二级启动电阻2RQ。同时，时间继电器KT3得电。（4） 时间继电器KT3的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM3得电吸合并自锁，短接第三极启动电阻3RQ，启动过程全部结束。（5） 接触器KM3得电，KM3常闭触点断开，切断时间继电器KT1线圈电源，使KT1、KM1、KT2、KM2、KT3依次释放。当电动机进入正常运行时，只有KM3和KM保持得电吸合状态，其他电器全部复合。按下停止按钮SB1，KM线圈失电切断电动机电源，电动机停转。