三相异步发电机的启动要点.ppt

第七节第七节 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动1、主主要要内内容容：三三相相异异步步电电动动机机的的启启动动原原则则、方法、线路、特点；方法、线路、特点；2、重点：几种实用启动方法；、重点：几种实用启动方法；3、难难点点：启启动动线线路路、电电流流、转转矩矩（特特别别是是自耦降压启动线路）；自耦降压启动线路）；目录目录何谓启动何谓启动启动电流及其影响启动电流及其影响启动方法启动方法讨论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，即式中为电动机的时间常数。所所谓谓三三相相异异步步电电动动机机的的启启动动过过程程是是指指三三相相异异步步电电动动机机从从接接入入电电网网开开始始转转动动时时起起，到到达达额额定定转转速速为为止止这这一一段过程。段过程。三三相相异异步步电电动动机机在在启启动动时时启启动动转转矩矩 并并不不大大，但但转转子子绕绕组组中中的的电电流流很很大大，通通常常可可达达额额定定电电流流的的47倍倍，从从而而使使得得定定子子绕绕组组中中的的电电流流相相应应增增大大为为额额定定电流的电流的47倍。倍。何谓启动何谓启动 这么大的启动电流将带来下述不良后果。这么大的启动电流将带来下述不良后果。（1）启启动动电电流流过过大大使使电电压压损损失失过过大大，启启动动转矩不够使电动机根本无法启动。转矩不够使电动机根本无法启动。（2）使使电电动动机机绕绕组组发发热热，绝绝缘缘老老化化，从从而而缩短了电动机的使用寿命。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。）造成过流保护装置误动作、跳闸。（4）使使电电网网电电压压产产生生波波动动，进进而而形形成成影影响响连接在电网上的其他设备的正常运行。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，还要求限制启动电流在允许启动转矩的前提下，还要求限制启动电流在允许的范围内。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：启动电流及其影响：大的启动电流对电机的影响：大的启动电流对电机的影响：对电机本身的影响对电机本身的影响-发热；发热；对对线线路路的的影影响响：线线路路电电压压降降低低，影影响响别别的的电电机的工作，甚至影响自身启动。机的工作，甚至影响自身启动。启启动动转转矩矩：由由于于启启动动时时功功率率因因数数cos2低低，启启动动转矩不大，若电压又降低，很难负载启动。转矩不大，若电压又降低，很难负载启动。对对启启动动的的要要求求：理理想想的的启启动动是是启启动动电电流流小小,启启动动转转矩矩大大，这这只只有有绕绕线线式式转转子子的的异异步步电电动动机机才才能能实实现现，因因为为绕绕线线式式转转子子的的R2可可调调，启启动动时时增增大大R2，启启动动转转矩矩增增大大，同同时时I2st减减小小，导导致启动电流致启动电流Ist减小。减小。启动方法启动方法目录目录笼形异步电动机的启动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定子串电阻或电抗器降压启动（2）Y/D降压启动降压启动（3）定子串自耦变压器降压启动定子串自耦变压器降压启动绕线形异步电动机的启动绕线形异步电动机的启动1、转子串电阻启动转子串电阻启动2、转子绕组串频敏变阻器启动转子绕组串频敏变阻器启动启动方法启动方法笼形异步电动机的启动笼形异步电动机的启动三三相相笼笼形形异异步步电电动动机机的的启启动动有有两种方式两种方式:第第一一种种是是直直接接启启动动，即即将将额额定定电压直接加在电动机定子绕组端。电压直接加在电动机定子绕组端。第第二二种种是是降降压压启启动动，即即在在电电动动机机启启动动时时降降低低定定子子绕绕组组上上的的外外加加电电压压，从从而而降降低低启启动动电电流流。启启动动结结束束后后，将将外外加加电电压压升升高高为为额额定定电电压压，进入额定运行。进入额定运行。两两种种方方法法各各有有优优点点，应应视视具具体体情情况况具具体体确确定定。从从电电动动机机容容量量的的角角度度讲讲，通通常常认认为为满满足足下下列列条条件件之之一一的的即即可可直直接接启启动动，否否则则应应采采用降压启动的方法。用降压启动的方法。（1）容量在）容量在10kW以下以下 （2）符合下列经验公式）符合下列经验公式1三相笼形异步电动机的直接启动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三相笼形异步电动机的直接启动直直接接启启动动的的优优点点是是所所需需设设备备少少，启启动动方方式式简简单单，成成本本低低，是是小小型型笼笼形形异异步步电电动动机机主主要要采采用用的的启启动动方方法法，如如图图所示。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，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。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，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，具体方法用于电动机的空载或轻载启动，具体方法包括：包括：（1）定子串电阻或电抗器降压启动）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，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。降低，减少了电动机上的启动电流。图图5.6是三相笼形电动机定子绕组串是三相笼形电动机定子绕组串电阻降压启动的原理图，其工作情电阻降压启动的原理图，其工作情况为：合上刀开关况为：合上刀开关Q，在开始起动时，在开始起动时，KM1主触点闭合，主触点闭合，KM2主触点断开，主触点断开，电动机经电阻接入电源，电动机在电动机经电阻接入电源，电动机在低压状态下开始启动。当电动机的低压状态下开始启动。当电动机的转速接近额定值时，使转速接近额定值时，使KM1断开、断开、KM2接通，切除了电阻，电源电压接通，切除了电阻，电源电压直接加在电动机上，启动过程结束。直接加在电动机上，启动过程结束。图图5.6 三相异步电动机定子方三相异步电动机定子方串电阻降压启动串电阻降压启动（1）定子串电阻或电抗器降压启动）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，电阻的存在，将使设备体积增大，电能损耗大，目前已较少采用。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 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降压启动降压启动（2）Y/D降压启动降压启动对于正常运行为对于正常运行为D形接法形接法的三相交流异步电动机，若在的三相交流异步电动机，若在启动时将其定子绕组接为启动时将其定子绕组接为Y形，形，则启动时其定子绕组上所加的则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的电压仅为正常运行的 ，降低了启动电压。定子绕组的降低了启动电压。定子绕组的接法为接法为D形接法的电动机，在形接法的电动机，在启动时，可以对其采用启动时，可以对其采用Y/D降降压启动方法，即在电动机启动压启动方法，即在电动机启动过程中，将定子绕组接成过程中，将定子绕组接成Y形形接法，启动过程结束后，再接接法，启动过程结束后，再接成成D形接法。图形接法。图5.7是是Y/D降压降压启动的原理图，其工作情况如启动的原理图，其工作情况如下。下。图5.7 Y/D降压启动原理图 Y/D降压启动降压启动合合上上开开关关QF后后，若若要要启启动动电电动动机机，则则交交流流接接触触器器KM1和和KM2的的主主触触点点同同时时闭闭合合，KM1将将电电动动机机的的定定子子绕绕组组接接成成Y形形，KM2将将电电源源引引到到电电动动机机定定子子绕绕组组端端，电电动动机机降降压压启启动动。当当电电动动机机的的转转速速接接近近于于稳稳定定值值时时，KM1先先断断开开而而后后KM3立立即即闭闭合合，将将电电动动机机定定子子绕绕组组的的Y形形接接法法解解除除而而接成接成D形，进入额定运行状态。形，进入额定运行状态。Y/D降压启动降压启动 三三相相笼笼形形异异步步电电动动机机的的Y/D降降压压启启动动简简单单，运运行行可可靠靠，应应用用较较广广泛泛。但但它它只只适适用用于于正正常常运运转转时时定定子子绕绕组组为为D接的电动机。接的电动机。启动电流：星形电流三角形电流：显然启动电流降低；所以两种方法的电流之比为启动转矩适用于轻载启动。（3）定子串自耦变压器降压启动）定子串自耦变压器降压启动这种方法是利这种方法是利用自耦变压器将电源用自耦变压器将电源电压降低后再加到电电压降低后再加到电动机定子绕组端，达动机定子绕组端，达到减小启动电流的目到减小启动电流的目的，如图的，如图5.8所示。所示。图5.8 自耦变压器降压启动 控控制制原原理理是是合合上上Q后后，令令 KM1触触点点先先将将自自耦耦变变压压器器做做星星形形连连接接，再再由由KM2接接通通电电源源，电电动动机机定定子子绕绕组组经经自自耦耦变变压压器器实实现现减减压压启启动动。当当电电动动机机的的转转速速接接近近于于额额定定转转速速时时，令令KM1、KM2断断开开而而KM3闭闭合合直直接接将将全全电电压压加加在在电电动动机机上上，启启动动过过程程结结束束，进进入入全全压压运行状态。运行状态。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直接启动的电流故降压启动与直接启动的线电流之比为启动转矩特点结构较复杂，价格较贵，但可多个抽头进结构较复杂，价格较贵，但可多个抽头进行调节不同的变比。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。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三三相相绕绕线线形形异异步步电电动动机机转转子子中中有有三三相相绕绕组组，可可以以通通过过滑滑环环和和电电刷刷串串接接外外加加电电阻阻。在在上上一一节节分分析析转转子子串串电电阻阻的的人人为为机机械械特特性性时时已已知知：适适当当增增加加转转子子串串接接电电阻阻，可可以以减减小小启启动动电电流流并并提提高高电电动动机机的的启启动动转转矩矩，绕绕线形异步电动机正是利用了这一特性。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操操作作方方法法：启启动动时时增增大大R2，启启动动结结束束后后复复原原R2（手动或自动），一般为分级启动。（手动或自动），一般为分级启动。启动电流减小：增大启动电流减小：增大R2，I2减小，减小，I1减小；减小；启动转矩增大：增大启动转矩增大：增大R2，根据机械特性可知转，根据机械特性可知转矩增大。矩增大。所以绕线式异步电动机的启动方法比较理想。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按照照绕绕线线形形异异步步电电动动机机启启动动过过程程中中转转子子串串接接装装置置的的不不同同，有有串串电电阻阻启启动动和和串频敏电阻器启动串频敏电阻器启动两种方法。两种方法。1转子串电阻启动转子串电阻启动在这种启动方式在这种启动方式中，由于电阻是常数，中，由于电阻是常数，所以为了获取较平滑的所以为了获取较平滑的启动过程，将启动电阻启动过程，将启动电阻分为几级，在启动过程分为几级，在启动过程中逐级切除。图中逐级切除。图5.9是是绕线形异步电动机转子绕线形异步电动机转子串电阻启动的原理图，串电阻启动的原理图，图图5.10是机械特性曲线。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（续转子串电阻启动（续1）其工作情况为：合上其工作情况为：合上刀开关刀开关Q后，交流接触器后，交流接触器KM1，KM2，KM3的主触的主触点全部断开，全部电阻均点全部断开，全部电阻均接入电路，对应工作的机接入电路，对应工作的机械特性曲线为图械特性曲线为图5.10中曲中曲线线1，从，从a点开始启动，转点开始启动，转速逐渐升高。速逐渐升高。图图5.10 绕线形异步电动机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机械特性转子串电阻启动（续转子串电阻启动（续1）当转速升高到当转速升高到b点时，点时，令令KM1闭合，闭合，R1被短接，被短接，R2,R3仍串入电路，由仍串入电路，由于电阻减小而转速不能于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过突变，特性曲线瞬间过渡到曲线渡到曲线2上的上的c点并沿点并沿曲线曲线2继续加速。当加速继续加速。当加速到到d点时，令点时，令KM2闭合，闭合，R1,R2被短接，被短接，R3仍串仍串入电路，由于电阻减小入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线曲线瞬间过渡到曲线3上上的的e点并沿曲线点并沿曲线3继续加继续加速。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（续转子串电阻启动（续1）当加速到当加速到f点时，令点时，令KM3闭合，闭合，R 1,R 2,R3被短接，由于电阻减小被短接，由于电阻减小而转速不能突变，特性而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到固有机曲线瞬间过渡到固有机械特性曲线上的械特性曲线上的g点并沿点并沿固有机械特性曲线继续固有机械特性曲线继续加速，直到稳定运行，加速，直到稳定运行，启动过程结束。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转子绕组串频敏变阻器启动根根据据上上述述分分析析知知：要要想想获获得得更更加加平平稳稳的的启启动动特特性性，必必须须增增加加启启动动级级数数，这这就就会会使使设设备备复复杂杂化化。为为此此采采用用了了在在转转子子上上串串频频敏敏变变阻阻器器的的启启动动方方法法。所所谓谓频频敏敏变变阻阻器器，是是由由厚厚钢钢板板叠叠成成铁铁心心并并在在铁铁心心柱柱上上绕绕有有线线圈圈的的电电抗抗器器，其其结结构构示示意意图图如如图图5.11所所示示。它它是是一一个个铁铁损损耗耗很很大大的的三三相相电电抗抗器器，如如果果忽忽略略绕绕组组的的电电阻阻和和漏漏抗抗时时，其一相的等效电路如图其一相的等效电路如图5.12所示。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（续转子绕组串频敏变阻器启动（续1）频敏变阻器启动原理频敏变阻器启动原理如图如图5.13所示。合上开关所示。合上开关Q，KM1闭合，电动机定子闭合，电动机定子绕组接通电源电动机开始绕组接通电源电动机开始启动时，电动机转子转速启动时，电动机转子转速很低，故转子频率较高，很低，故转子频率较高，f2f1，频敏变阻器的铁损，频敏变阻器的铁损很大，很大，Rm和和Xm均很大，且均很大，且RmXm，因此限制了启动，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。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（续转子绕组串频敏变阻器启动（续1）随着电动机转速的升随着电动机转速的升高，转子电流频率下降，高，转子电流频率下降，于是于是Rm、Xm随随n减小，这减小，这就相当于启动过程中电阻就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，到接近于稳定值时，KM2闭合将频敏电阻器短接，闭合将频敏电阻器短接，启动过程结束。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 1、求求额额定定电电流流、启启动动电电流流、启启动动转转矩矩、最最大转矩等；大转矩等；2、若若电电压压降降低低到到额额定定电电压压的的x%，求求启启动动转矩、最大转矩；转矩、最大转矩；3、若采用星形、若采用星形-三角形代换启动，求启动三角形代换启动，求启动转矩，若负载转矩为额定转矩的转矩，若负载转矩为额定转矩的y%，是否，是否能启动？若采用抽头为能启动？若采用抽头为z%自耦降压启动器，自耦降压启动器，是否能启动？是否能启动？讨论讨论三相感应电动机的铭牌数据如下：三相感应电动机的铭牌数据如下：PN10KW，nN=960r/Min,Y联结，联结，380/220V =0.868，COS=0.85，Tst/TN=1.5，Ist/IN=6.5。试求试求(1)IN和和TN (2)电源电压为电源电压为380V时，电动机的接法及直接时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩。起动的起动电流和起动转矩。(3)电源电压为电源电压为220V时，电动机的接法及直接时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩。起动的起动电流和起动转矩。(4)要求采用要求采用Y降压启动，此时能否带降压启动，此时能否带70TN和和30TN 负载？负载？讨论三相感应电动机的额定功率三相感应电动机的额定功率PN=11Kw，额，额定转速定转速nN=2930r/min，=2.2，起动转矩，起动转矩倍数倍数Tst/TN=2。求该电动机的最大转矩。求该电动机的最大转矩Tm和起动转矩和起动转矩Tst