第十一章电机拖动精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第十一章第十一章 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动及起动设备的计算及起动设备的计算11.2 改善起动性能的三相异步电动机改善起动性能的三相异步电动机11.3 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算11.5三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算11.1 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法11.4 三相笼型异步电动机起动自耦变压器的计算三相笼型异步电动机起动自耦变压器的计算本讲稿第二页

2、，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.v 起动电流倍数起动电流倍数I1st/I1N;v起动转矩倍数起动转矩倍数Tst/TN;v起动时间；起动时间；v起动时消耗的能量；起动时消耗的能量；v起动设备的简单和可靠；起动设备的简单和可靠；v起动的过渡时间起动的过渡时间三相异步电动机的起动性能指标三相异步电动机的起动性能指标本讲稿第三页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第一节第一节 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法本讲稿第四页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All

3、 rights reserved.l 三相笼型异步电动机三相笼型异步电动机的起动方法有：的起动方法有：直接起动直接起动 减压起动减压起动 软起动软起动l 三相绕线转子异步电动机三相绕线转子异步电动机的起动方法：的起动方法：转子串联电阻起动转子串联电阻起动 转子串联频敏变阻器起动转子串联频敏变阻器起动三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法本讲稿第五页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（一）直接起动（全压起动）（一）直接起动（全压起动）条件条件：1）异步电动机功率低于）异步电动机功率低于7.5KW；2）若功率大于）若功率大于7.5K

4、W，三相笼型异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机的起动方法本讲稿第六页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.直接起动时的影响：直接起动时的影响：a）起动电流较大，可达额定电流的）起动电流较大，可达额定电流的47 倍，甚至达到倍，甚至达到812倍。倍。b）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。c）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。造成短路而烧毁电动机。d）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对

5、同一线路中的）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。其他电器设备造成影响。本讲稿第七页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.定子串电阻或电抗减压起动；定子串电阻或电抗减压起动；自耦变压器减压起动；自耦变压器减压起动；星形星形三角形（三角形（Y）起动起动 延边三角形起动延边三角形起动常用的减压起动方法常用的减压起动方法本讲稿第八页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（1）电阻减压或电抗减压起动电阻减压或电抗减压起动起动过程中，在定子电路串联电阻或电抗，起动

6、电流在电阻或电抗上将产生压起动过程中，在定子电路串联电阻或电抗，起动电流在电阻或电抗上将产生压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也从而得到减小。降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也从而得到减小。工作过程：工作过程：起动时将起动时将Q2投向投向“起动起动”位置，再合上电源主开关位置，再合上电源主开关Q1（起隔离电源作（起隔离电源作用），电动机减压起动。待电机转速接近额定转速，把用），电动机减压起动。待电机转速接近额定转速，把Q2投向投向“运行运行”位置，切除电位置，切除电阻或电抗，电压全加到定子绕组上，电动机起动结束。阻或电抗，电压全加到定子绕组上，电动机起动结束。电阻减压起动电

7、阻减压起动电抗减压起动电抗减压起动本讲稿第九页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.电阻减压或电抗减压起动的电阻减压或电抗减压起动的特点特点：（1）起动平稳、运行可靠、结构简单。）起动平稳、运行可靠、结构简单。（2）电压减压后，起动转矩与电压的成平方比地减小，因）电压减压后，起动转矩与电压的成平方比地减小，因此一般用在此一般用在轻载起动轻载起动的场合。的场合。（3）电抗减压起动一般用于高压电动机，电阻减压起动一般）电抗减压起动一般用于高压电动机，电阻减压起动一般用于低压电动机。用于低压电动机。（4）存在手动及自动等多种控制线路，成本较高，起动

8、时电能）存在手动及自动等多种控制线路，成本较高，起动时电能消耗较多，实际应用较少。消耗较多，实际应用较少。本讲稿第十页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（2）自耦减压起动）自耦减压起动利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流。利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流。自耦变压器的自耦变压器的减压原理图减压原理图Ix本讲稿第十一页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.工作过程：工作过程：起动时开关投向起动时开关投向“起动起动”位置。自耦变压器串接入定子侧

9、，而定子电位置。自耦变压器串接入定子侧，而定子电压只是自耦变压器二次侧电压，即减压起动。待电机速度接近额定转速时，开关压只是自耦变压器二次侧电压，即减压起动。待电机速度接近额定转速时，开关投向投向“运行运行”位置，切除自耦变压器，起动结束。位置，切除自耦变压器，起动结束。自耦减压起动自耦减压起动的原理线路图的原理线路图特点：特点：本讲稿第十二页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（3）星形三角形起动）星形三角形起动起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三

10、角形。这样，起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联结角形。这样，起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联结时的时的 ，因此，联结成星形起动时的线路电流只有联结成三角形直接起，因此，联结成星形起动时的线路电流只有联结成三角形直接起动时线路电流的动时线路电流的1/3 1/3。另外，起动转矩另外，起动转矩 也要降低到直接起动时的也要降低到直接起动时的1/31/3，因此这种起，因此这种起动方法只适用于动方法只适用于空载或轻载起动空载或轻载起动。本讲稿第十三页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.工作过程工作过程：将开关：将开关Q

11、2投向投向“Y”位置，再合上位置，再合上开关开关Q1，定子接成星形，电动机降压起动，待，定子接成星形，电动机降压起动，待电动机转速接近额定转速时，将开关电动机转速接近额定转速时，将开关Q2迅速投迅速投向向“三角形三角形”位置，使定子绕组接成三角形位置，使定子绕组接成三角形工作，起动过程结束。工作，起动过程结束。注意：注意：停机后，应该将停机后，应该将Q2断开，使其处在中断开，使其处在中间位置，以避免下次起动构成直接起动。间位置，以避免下次起动构成直接起动。星形星形-三角形起动三角形起动的原理线路图的原理线路图特点特点：（1）只适用于正常运转时定子为三角形联结）只适用于正常运转时定子为三角形联结

12、的电动机。的电动机。（2）体积小、运行可靠，检修方便。）体积小、运行可靠，检修方便。（3）起动电压只能降低）起动电压只能降低 。（4）起动电流降低为）起动电流降低为1/3，起动转矩也降低为，起动转矩也降低为1/3，适用于空载起动或轻载起动。，适用于空载起动或轻载起动。本讲稿第十四页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（4）延边三角形起动）延边三角形起动利用电动机引出的利用电动机引出的9个出线端（即每相定子绕组多引出一个出线端）的一个出线端（即每相定子绕组多引出一个出线端）的一种联结法，能达到减压起动的目的。种联结法，能达到减压起动的目的。本

13、讲稿第十五页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.采用一些自动控制线路组成的软起动器（磁控式或电子式）采用一些自动控制线路组成的软起动器（磁控式或电子式）实现笼型异步电动机的无级平滑起动，称为实现笼型异步电动机的无级平滑起动，称为软起动方法软起动方法：v（1）限流或恒流起动法：）限流或恒流起动法：主要用于轻载软起动主要用于轻载软起动v（2）斜坡电压起动法：）斜坡电压起动法：主要用于重载软起动主要用于重载软起动v（3）转矩控制起动法：）转矩控制起动法：较好的重载软起动方法较好的重载软起动方法v（4）转矩加脉冲突变控制起动法：）转矩加脉冲突变控制

14、起动法：适用于重载软起动适用于重载软起动v（5）电压控制起动法：）电压控制起动法：较好的轻载软起动方法较好的轻载软起动方法（三）（三）软起动方法（优先考虑）软起动方法（优先考虑）本讲稿第十六页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.1、转子串接电阻起动、转子串接电阻起动三相绕线转子异步电动机的起动方法三相绕线转子异步电动机的起动方法 电动机起动时，变阻器应调在最大电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将定子接通电源，电电阻位置，然后将定子接通电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增动机开始转动。随着电动机转速的增加，均匀地减小电阻，直到将

15、电阻完加，均匀地减小电阻，直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将集电环短全切除。待转速稳定后，将集电环短接，同时举起电刷接，同时举起电刷 。注：注：该方法既可限制起动时的转子该方法既可限制起动时的转子及定子电流，还能增大起动转矩，及定子电流，还能增大起动转矩，减少起动时间，有较好的起动特性，减少起动时间，有较好的起动特性，适用于功率较大的重载起动。适用于功率较大的重载起动。转子电路内串联对称转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性电阻时的人为机械特性本讲稿第十七页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.2、转子串接频敏变阻器起动、转子串接频敏变阻器

16、起动频敏变阻器的结构频敏变阻器的结构频敏变阻器频敏变阻器的等效电路的等效电路频敏变阻器的特点：频敏变阻器的特点：其电阻值随转速上升而自动减小，使电动机能平滑起动。其电阻值随转速上升而自动减小，使电动机能平滑起动。当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大,值值也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及敏变阻器铁心的涡流损耗及 值跟着下降，使电

17、动机起动平滑。值跟着下降，使电动机起动平滑。本讲稿第十八页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第二节第二节 改善起动性能的三相异步电动机改善起动性能的三相异步电动机本讲稿第十九页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.集肤效应集肤效应将导体看成许多单元导体的并联；漏磁通只穿过槽一次，由槽底铁心形成闭合回路，。将导体看成许多单元导体的并联；漏磁通只穿过槽一次，由槽底铁心形成闭合回路，。越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少，越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少，即漏抗小；接近槽底的单元，漏抗大，即漏

18、抗小；接近槽底的单元，漏抗大，使导体电使导体电流密度分布不均，流密度分布不均，产生把电流向槽口排挤的产生把电流向槽口排挤的集肤效应集肤效应；电机起动时，转速越低，电机起动时，转速越低，转子电流频率越高，转子电流频率越高，集肤效应越突出；集肤效应越突出；导体的导电高度和截面缩小，导体的导电高度和截面缩小，转子电阻增加，从而增加了起动转矩与限制了起动转子电阻增加，从而增加了起动转矩与限制了起动电流。电流。起动完毕，转子电流频率降低，仅为起动完毕，转子电流频率降低，仅为13Hz，集肤效应基本消失，电流均匀分布，导，集肤效应基本消失，电流均匀分布，导条电阻变为较小条电阻变为较小 的直流电阻。的直流电阻

19、。转子槽漏磁转子槽漏磁电流密度的分布电流密度的分布本讲稿第二十页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.深槽异步电动机：深槽异步电动机：高度是宽度的高度是宽度的1012倍，倍，起动时起动时，集肤效应显著，电阻达额定运行的集肤效应显著，电阻达额定运行的3倍，倍，随着随着转速升转速升高高，频率降低，频率降低，电流分布趋向均匀，电流分布趋向均匀，转子电阻自动减小。转子电阻自动减小。双鼠笼式异步电动机：双鼠笼式异步电动机：两套绕组，两套绕组，材料不同，材料不同，截面也不同。截面也不同。上笼上笼1：起动笼，起动笼，截面小，截面小，材料选用电阻系数大；材料

20、选用电阻系数大；下笼下笼2：运行笼，运行笼，截面大，截面大，电阻系数小。电阻系数小。起动时起动时，转子电流频率较高，下笼漏抗大，故电流小，转子电流频率较高，下笼漏抗大，故电流小，大部分通过上笼，集肤作用显著，上笼电阻大，流过电大部分通过上笼，集肤作用显著，上笼电阻大，流过电流大，产生较大的起动转矩。对应的机械特性为流大，产生较大的起动转矩。对应的机械特性为T1。起动结束起动结束，电动机正常运行，转子电流频率很小，两笼，电动机正常运行，转子电流频率很小，两笼的漏抗都很小，电流主要流过电阻较小的下笼。对应的的漏抗都很小，电流主要流过电阻较小的下笼。对应的机械特性为机械特性为T2。叠加合成为叠加合成

21、为T，说明具有较好的起动特性。说明具有较好的起动特性。本讲稿第二十一页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第三节第三节 三相笼型异步电动机定子三相笼型异步电动机定子 对称起动电阻的计算对称起动电阻的计算本讲稿第二十二页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.定子串联对称电阻定子串联对称电阻 起动，在此介绍起动，在此介绍 的计算方法的计算方法 设全压直接起动时，电动机的起动电流和起动转矩分别为设全压直接起动时，电动机的起动电流和起动转矩分别为 、定子串电阻起动时，电动机的起动电流和起动转矩分别

22、为定子串电阻起动时，电动机的起动电流和起动转矩分别为 、本讲稿第二十三页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.当定子绕组为星形联结时当定子绕组为星形联结时 当定子绕组为三角形联结时当定子绕组为三角形联结时 或或按一般电动机的平均数值可令按一般电动机的平均数值可令 本讲稿第二十四页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.例例11-111-1 一笼型异步电动机的电压为一笼型异步电动机的电压为380V；电流为；电流为13.6A；起动电流倍数；起动电流倍数 ；起动转矩倍数；起动转矩倍数 ，试就下列两种

23、情况，试就下列两种情况，求定子串接电阻求定子串接电阻 ；（1）起动电流减小到直接起动时的一半；）起动电流减小到直接起动时的一半；（2）起动转矩减小到直接起动时的一半。）起动转矩减小到直接起动时的一半。解解:定子星形接法时定子星形接法时本讲稿第二十五页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.（1）（2）本讲稿第二十六页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第四节第四节 三相笼型异步电动机起动三相笼型异步电动机起动自耦变压器的计算自耦变压器的计算本讲稿第二十七页，共四十二页 Copyright 2

24、008,TW.All rights reserved.自耦变压器容量自耦变压器容量PTA的计算公式如下：的计算公式如下：式中：式中：Pd电动机的额定容量电动机的额定容量(kVA);KI电动机起动电流的倍数电动机起动电流的倍数;UTA%自耦变压器的抽头电压，以额定电压的百分数表示自耦变压器的抽头电压，以额定电压的百分数表示;n起动次数起动次数;t起动一次的时间起动一次的时间(min);PTA对应于抽头电压对应于抽头电压UTA%时自耦变压器的容量时自耦变压器的容量(kVA);tst起动器规定的一次或数次连续起动的最大起动时间，起动器规定的一次或数次连续起动的最大起动时间，对于不同类型的起动器，对于

25、不同类型的起动器，电动机起动时，电动机起动时，自耦变压器的起动功率自耦变压器的起动功率为为本讲稿第二十八页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.例例11-211-2 电动机容量为电动机容量为 ；如直接起动时起动电；如直接起动时起动电流的倍数流的倍数 ；按生产机械的要求，电动机起动时容；按生产机械的要求，电动机起动时容许的最小电压为额定电压的许的最小电压为额定电压的60%；设起动器起动次数；设起动器起动次数n=3，每次起，每次起动的时间动的时间t=30s=0.5min。试计算并选择自耦变压器（选择最大起动。试计算并选择自耦变压器（选择最大起动时

26、间时间T=2min的类型）。的类型）。可选择电压抽头可选择电压抽头65%时容量略大于时容量略大于 的自耦变压器，的自耦变压器，其最大起动时间为其最大起动时间为 2 min。解解 选择选择本讲稿第二十九页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.第五节第五节 三相绕线转子异步电动机三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算转子对称起动电阻的计算本讲稿第三十页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.本节介绍本节介绍图解法图解法及及解析法解析法两种计算起动电阻的方法：两种计算起动电阻的方法：1.图解法

27、图解法 图解法的依据。图解法的依据。即：在转矩为恒值的条件下，即：在转矩为恒值的条件下，转差率与转子电路的总电转差率与转子电路的总电阻成正比。阻成正比。本讲稿第三十一页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.即：在转矩为恒值的条件下，即：在转矩为恒值的条件下，转差率与转子电路的总电阻转差率与转子电路的总电阻成正比。成正比。本讲稿第三十二页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.2.解析法解析法 解析法的依据。解析法的依据。即在转速（或转差率）不变时，转矩与电路的总电阻成反比。即在转速（或转差率）

28、不变时，转矩与电路的总电阻成反比。本讲稿第三十三页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.即在转速（或转差率）不变时，转矩与电路的总电阻成反比。即在转速（或转差率）不变时，转矩与电路的总电阻成反比。本讲稿第三十四页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.将将 代入上式得：代入上式得：21TTb=两边取对数，得：两边取对数，得：本讲稿第三十五页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.欲求每级的分段电阻值，可由相邻两级总电阻值相减求得，即欲求每级的分

29、段电阻值，可由相邻两级总电阻值相减求得，即用解析法计算时，可能有起动级数用解析法计算时，可能有起动级数m已定与未定两种情况。已定与未定两种情况。本讲稿第三十六页，共四十二页 例例11-311-3 某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为：据为：过载能力过载能力 ，试求空载起动时三级起动电阻（用解，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法）。析法）。解解：取取 本讲稿第三十七页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.转子每相各段起动电阻为转子每相各段起动电阻为 转子每相串接总的电阻为转子每相串接总的

30、电阻为本讲稿第三十八页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.小小 结结v标志异步电动机起动性能的标志异步电动机起动性能的主要指标主要指标是起动是起动转矩倍数转矩倍数 和起动电流倍数和起动电流倍数 。生产机械一般要求电动机具有。生产机械一般要求电动机具有足够大的起足够大的起动转矩动转矩，以便很快达到正常转速而进行工作，以便很快达到正常转速而进行工作，对于经常起动、制动的生产机械更可提高生对于经常起动、制动的生产机械更可提高生产率；另一方面，又希望产率；另一方面，又希望起动电流不要太大起动电流不要太大，以免电网产生过大的电压降，从而影响接在以免电

31、网产生过大的电压降，从而影响接在同一电网上的其他电气设备的正常运行。同一电网上的其他电气设备的正常运行。本讲稿第三十九页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.v异步电动机的起动电流很大，而起动转矩不异步电动机的起动电流很大，而起动转矩不大，为此必须大，为此必须限制起动电流限制起动电流。对于。对于笼型异步笼型异步电动机电动机，起动电流用，起动电流用减压起动减压起动的方法来限制，的方法来限制，但此时起动转矩及最大转矩也相应地减小了。但此时起动转矩及最大转矩也相应地减小了。小小 结结本讲稿第四十页，共四十二页 Copyright 2008,TW.A

32、ll rights reserved.v解决这一矛盾较好的办法是解决这一矛盾较好的办法是增大转子电阻增大转子电阻，这样对改善起动性能十分有利。此时，一方这样对改善起动性能十分有利。此时，一方面可以减小起动电流，另一方面由于转子功面可以减小起动电流，另一方面由于转子功率因数提高了，起动转矩也能提高。在率因数提高了，起动转矩也能提高。在绕线绕线转子异步电动机转子异步电动机中，增大转子电阻显然较易中，增大转子电阻显然较易做到，只要在转子电路中串入电阻或频敏电做到，只要在转子电路中串入电阻或频敏电阻器即可。对于阻器即可。对于笼型异步电动机笼型异步电动机，可利用，可利用“集肤效应集肤效应”来达到要求。来达到要求。小小 结结本讲稿第四十一页，共四十二页 Copyright 2008,TW.All rights reserved.v熟悉异步电动机各种起动方式的工作原理和熟悉异步电动机各种起动方式的工作原理和起动特性。起动特性。v掌握笼型异步电动机定子对称起动电阻的计掌握笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算，以及起动自耦变压器的计算。算，以及起动自耦变压器的计算。v掌握绕线转子异步电动机转子对称起动电阻掌握绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算。的计算。小小 结结本讲稿第四十二页，共四十二页