三相异步电动机的基本结构及运行详细分析(8)

在这种情况下，可以采用直接起动。

对于经常满载起动的电动机，例如电梯、起重机等，当起动转矩小于负载转矩时，根本就转不起来，当然就无法工作了。对于几百千瓦以上的中、大容量电动机，额定电流就有好几百安培，起动电流有数千安培，这样大的电流冲击一下，供电线路能否承受？那就要看电网和供电变压器的容量了。电动机的起动电流流过具有一定内阻抗的发电机、变压器和供电线路，总会造成电压的瞬时降低。变压器容量越小，内阻抗值就越大，起动电流引起的瞬时电压降落也越大。供电电压的瞬时降低，不仅会使这台要起动的电机本身转不起来，在同一条供电母线上的其他设备也要受到冲击，电灯会变暗，数控设备失常，带着重载的电动机甚至会停下来。在这种情况下，变电所的欠电压保护可能会跳闸，造成停电事故。因此，大容量的异步电动机是不允许直接起动的。具体来讲，异步电动机的起动主要有以下4种方法：

1．小容量电动机空载或轻载起动一直接起动

小容量电动机空载或带轻载时，可以直接起动。直接起动就是将电动机定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。这种起动方法的优点是操作和起动设备都简单。直接起动时电流较大，如果负载的惯量较大，起动时间可能较长。为了保证电动机起动时不引起太大的电网压降，电动机应满足下列经验公式的要求：

Ist3供电变压器的容量?? (9—45) In44?电动机额定容量电动机能否采用直接起动方法，这不仅取决于电动机本身的容量大小，而且还与供电电网容量、供电线路长短、起动次数及其他用户的要求有关。

供电电网容量越大，允许直接起动的电动机容量也越大；电动机与供电变压器之间的距离越长，起动时线路电压降也越大，则电动机的端电压就越低，有可能使电机转不起来，此种情况下应降低允许直接起动的电动机容量；频繁起动的电动机，由同一台变压器供电的其他设备，如果都是动力用户，即都是电动机，则对允许直接起动的电动机容量的要求就放松一些，如果还有照明用户，以及其他对电源电压波动很敏感的用户，则对允许直接起动的电动机容量的要求就更严一些。

至于具体的规定，可查阅有关书籍或电工手册。通常以下两种情况可以采用

直接起动：容量在7.5ｋｗ以下的三相异步电动机；电动机在起动瞬间造成的电网电压降不大于电压正常值的10％，对于不经常起动的电动机可放宽到15％。

2．中、大容量电动机空载或轻载起动一降压起动

几电动机容量超过前面所述的要求时，就不能直接起动。在这种情况下，如果仍是空载或轻载起动，则起动时的主要问题就是起动电流大而电网允许的冲击电流有限。因此必须降低起动电流。要降低起动电流，最有效的措施就是降压起动。

降压起动是指电动机在起动时降低加在定于绕组上的电压，起动结束后再加上额定电压运行。降压起动可以有效地降低电动机的起动电流，但由于感应电动机的起动转矩和电压的关系为

13pU1r2' Tst? （9—46）

2?f1(r1?r2')2?(x1??x'2?)22由式（9—46）可见，感应电动机的起动转矩和电压的平方成正比，因此降压起动时，电动机的起动转矩也相应降低，所以，降压起动只适用于电动机空载或轻载起动。常用的降压起动方法有星三角降压起动、自耦变压器降压起动、定于绕组串电阻或电抗降压起动、延边三角形降压起动。以下仅介绍两种降压起动方法。

（1）星三角（Y／Δ）降压起动

星三角降压起动是指在额定电压下正常运行时为三角形接法的电动机，在起动时采甩星形接法从而使三相定子绕组所承受的每相相电压降低为额定电压（电源线电压）的

13倍。其原理线路如图9—19所示。

图9—19 星三角降压起动原理线路图

起动时，先将转换开关S2。置于“起动”位，这时定子三相绕组作星形连接，然后将开关S1合上，电动机开始起动，待电动机转速升高到一定值后，再把

S2置于“运行”位，此时定子三相绕组作三角形连接，电动机就在额定电压下正常运行。

当定子绕组接成星形起动时，每相绕组所加电压为相阻抗为Zst，则起动时的线电流为

Ist(Y)?U13|Zst|U13，设电动机起动时每

(9-47)

如用三角形直接起动时，每相所加电压为U1；，此时线电流为

Ist(?)?3U1 (9-48) |Zst|两种接线方法起动电流的比值是

Ist(Y)1? (9-49) Ist(?)31由此可见，用星三角降压起动，起动电流为采用三角形接法直接起动时的，

3对降低起动电流很有效，但由于起动转矩Tst正比于U12，因此起动转矩也相应降

1低为采用三角形接法直接起动时的，即起动转矩也降低很多，故此种方法只能

3用于空载或轻载起动的设备上。此种方法的最大优点是所需设备简单、价格低，因而获得了广泛的应用。由于此种方法只能用于正常运行时三相定于绕组为三角形接法的电动机，因此我国生产的JO2及Y系列三相鼠笼式异步电动机，功率在4KW及以上者正常运行时都采用三角形接法。

（2）自耦变压器降压起动

自耦变压器降压起动也称起动补偿器起动，这种起动方法是利用自耦变压器来降低起动时加在定子三相绕组上的电压，其原理线路如图9—20所示，它由三相自耦变压器和控制开关等组成。

起动时，先将开关S1；闭合，然后再将开关S2置于“起动”位，这时经过

自耦变压器降压后的交流电压加到电动机三相定于绕组上，电动机开始降压起动，待电动机转速升高到一定值后，再把开关S2置于“运行”位，电动机就在额定电压下正常运行，此时自耦变压器已从电网上被切除。

图9—20 自耦变压器降压起动原理线路图

设自耦变压器的变比为Ｋ，原边电压为U1；，则副边电压为U2?U1 ，副K边电流（即通过电动机定于绕组的线电流）也减小为额定电压下直接起动时起动电流的

I1倍。又因为变压器原副边的电流关系是I1?2，可见原边的电流（即KK电源供给电动机的起动电流）比直接流过电动机定于绕组的电流还要小，即此时电源供给电动机的起动电流为直接起动时的

1倍，因此用自耦变压器降压起动K2对限制起动电流很有效。但采用此种方法降低起动电流的同时，起动转矩也会相应降低到直接起动时的

1倍。 K2这种起动方法的优点是可以按容许的起动电流和所需的起动转矩选择自耦变压器的变比从而实现降压起动，而且不论电动机定于绕组采用星形接法或三角形接法都可使用；缺点是投资较大，设备体积大。

3．小容量电动机重载起动一鼠笼电机的特殊型式

小容量电动机重载起动时，起动的主要问题是起动转矩不足。针对这种情况，解决的办法有两个：其一是按起动要求，选择容量更大的电动机；其二是选用起动转矩较高的特殊型式的电动机，这些型式电动机的机械特性与普通鼠笼式电动

机的机械特性形状比较如图9—21所示。

图9—21 不同型式鼠笼电动机的机械特性

起动转矩较高的特殊型式的电动机主要是指以下三种。其一是JQ型电动机，适用于一般重载起动，如皮带运输机等，其特殊的机械特性是由于转子参数（双鼠笼式异步电动机和深槽型异步电动机）设计制造成能够自动随转速变化。其二是JH型电动机，它的转子电阻设计的偏大，因此它的机械特性较软，适用于冲压机这一类带冲击负载的机械，它们常常带着机械惯性较大的飞轮，在冲击负载来到时，转速降落大，由飞轮释放出来的动能可以帮助电机克服高峰负载。其三是JZ型电动机，它的转子电阻设计的更大，起动转矩也相应的更大，机械特性更软，适用于频繁起动的起重机和冶金机械。

4．中、大容量电动机重载起动一绕线电动机起动

中、大容量电动机重载起动时，起动的两种矛盾同时起作用，问题最尖锐。可以先用上述的特殊型式的鼠笼电机试一试，如果不行，就只能用绕线转子电机了。绕线电机常用转子串接电阻或转子串接频敏变阻器的方法来改善起动性能。绕线电机转子串接电阻时，如果阻值选择合适，可以既增大起动转矩，又减小起动电流，使两对矛盾都得到解决，当然投人的设备要多一些，成本较高。

另外，对于频繁起动、制动的电机来说，即使容量不大，但起动、制动的时间占整个电机工作时间的比例较大，大电流持续时间长，发热严重。如果选用鼠笼电动机，哪怕只是空载，每小时来回起动、制动次数过多也会过热。这时也应采用绕线电机，利用转子外接电阻来控制起动、制动，起动时大部分热量产生在电机外面，电机本身的发热也就小多了。

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