第十八章 三相异步电动机的起动
第三篇 异步电机
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1. 掌握三相异步电动机直接起动的特点
2.掌握三相笼型异步电动机的起动方法
3. 掌握起动电流、起动转矩和电机端电压之间的关系
4. 掌握绕线转子异步电动机的起动方法
5.了解深槽型和双笼型电动机的起动原理
本章基本要求
三相异步电动机的起动
异步电动机的起动性能
笼型异步电动机的起动
绕线转子异步电动机的起动
具有高起动转矩的笼型异步电动机
主要内容
三相异步电动机的起动
异步电动机的起动性能
起动过程，又简称起动：三相异步电动机定子绕组接入电网，电动机从静止状态开始转动，直至过渡到稳定运行状态的过程。
起动时电动机内部的电磁状况与正常运行时不同。
起动性能：
最初起动电流倍数Ist/IN;
最初起动转矩倍数Tst/TN;
起动时间
起动中功率消耗
起动设备的简单性和可靠性；
起动的过渡时间
三相异步电动机的起动
异步电动机的起动性能
起动性能的要求：
1)起动电流小,即最初起动电流倍数(Ist/IN)小,减小对电网的冲击
2 )起动转矩大,即最初起动转矩倍数(Tst/TN)大
3 )起动时间短,即具有足够的加速转矩
4 )起动过程功率损耗小
5 )起动设备简单,操作方便可靠
三相异步电动机的起动
异步电动机的起动性能
一、最初起动电流
三相异步电动机的起动
在额定电压下起动,最初起动电流的大小只受短路阻抗的限制，而其值很小，故最初起动电流很大。
异步电动机的起动性能
一、最初起动电流
三相异步电动机的起动
大起动电流的影响：
1）在线路上产生较大的压降，影响线路上其他用电设备的正常运行。
2）在线路和电机中产生较大的损耗，引起发热。
3）在电机绕组端部产生较大的电磁力，频繁起动时易损坏绕组端部。
故要求最初起动电流小
问题：异步电动机空载起动和带负载起动，它们的最初起动电流有何关系？
异步电动机的起动性能
二、最初起动转矩
三相异步电动机的起动
稳定：
加速：
笼型异步电动机的起动
一、全压起动（直接起动）
三相异步电动机的起动
优点：设备简单，操作方便，起动转矩较降压起动时大
利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式
缺点：起动电流大，使线路电压下降，影响其他负载正常工作，受供电变压器容量的限制，须足够大的电源
适用条件：小容量电动机带轻载起动。经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，偶尔起动的电动机，此压降不大于15%。
笼型异步电动机的起动
一、全压起动（直接起动）
三相异步电动机的起动
原因：从等效电路看，起动瞬时s=1，异步电动机为短路运行，而短路阻抗小，故起动电流大；从电磁转矩的物理表达式看，因起动时转子的功率因数很低（转子漏抗远大于转子电阻），因此转子电流的有功分量并不大，同时起动时的主磁通较正常工作时小（主磁通约减少为额定值的一半），故起动转矩不大。
特点：起动电流很大(Ist/IN＝4～7); 起动转矩并不很大(Tst/TN＝1～2);
笼型异步电动机的起动
一、全压起动（直接起动）
三相异步电动机的起动
不适用的情况：①变压器与电动机容量之比不足够大；②起动转矩不能满足要求。
措施：①减小起动电流；②加大起动转矩。
降低起动电流的方法：①降低电源电压；②加大定子边电抗或电阻；③加大转子边电阻或电抗。
增加起动转矩的方法：适当加大转子电阻。
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
降压起动——起动时，施加低于额定值的电压，以减少起动电流。待电动机的转速趋于稳定后，再切换到额定电压下运行。
作用：限制起动电流，起动转矩按电压的平方而下降。
应用：适用于电源容量不够大，对起动转矩要求不高（如空载或轻载）的场合，如风机、离心泵电机等。
方法：
电抗器起动
自耦变压器起动
“星－三角” （Y-△ ）起动
“延边三角形”起动
三相异步电动机的起动
起动时，电抗器接入定子电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。电抗器起分压的作用。
定子绕组中串联电阻也能降低起动电流，但起动能耗较大，只用于小容量电机中。
若端电压降为电网电压的k（ k <1），则起动电流降为直接起动的k 倍；起动转矩降为直接起动的k2 倍。
二、降压起动
1、电抗器起动
笼型异步电动机的起动
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
2、自耦变压器起动（补偿器起动）
起动时，自耦变压器降压供电；起动后，切除自耦变压器，全压供电。
电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/kA2。
优点：与电抗器起动相比，同样的电流产生较大的电磁转矩，效果好
缺点：起动设备费用较高
应用：容量较大的电机
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
2、自耦变压器起动（补偿器起动）
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
3、“星－三角” （Y-△ ）起动
起动时，接成星形；起动后，接成三角形。
应用：正常运行为三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出。多用于空载或轻载起动
起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/3，相当于kA＝31/2的自耦变压器。
优点：起动设备简单，经济可靠
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
3、“星－三角” （Y-△ ）起动
笼型异步电动机的起动
二、降压起动
三相异步电动机的起动
3、“星－三角” （Y-△ ）起动
三相异步电动机的起动
笼型异步电动机的起动
鼠笼型电动机降压起动的方法，主要目的是限制起动电流，但同时起动转矩也不同程度的降低了，因此只适用于轻空载起动。
绕线转子异步电动机的起动
三相异步电动机的起动
降压起动，在降低起动电流的同时，也不同程度的降低了起动转矩；故通常只适合空载或轻载起动。
对于带重载起动的大容量电动机，则要求在减少起动电流的同时，增加起动转矩；降压起动不能满足上述要求；而绕线转子异步电动机转子串适当电阻起动，可以满足上述要求，它既可减少起动电流又可增加起动转矩。
方法： ①转子串电阻分级起动 ；②转子串频敏变阻器起动
最初起动转矩等于最大转矩时，转子每相串入的电阻为
绕线转子异步电动机的起动
三相异步电动机的起动
一、转子串电阻分级起动
1．起动时，全部电阻均串入转子回路，随着转速的上升，电磁转矩将减小。
2．为了缩短起动时间，随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。
3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。
绕线转子异步电动机的起动
三相异步电动机的起动
一、转子串电阻分级起动
电阻分级切除，产生电流和转矩的冲击，对电机和生产机械不利。
绕线转子异步电动机的起动
三相异步电动机的起动
二、转子串频敏变阻器起动
起动时，S2断开，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。
频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。线圈匝数很少，因此线圈漏阻抗很小;铁心用较厚的铁板或钢板叠，且铁心中磁密取得较高，励磁电流较大，等效铁耗电阻很大，激磁电抗相对较小。主要是等效铁耗电阻起作用。
绕线转子异步电动机的起动
三相异步电动机的起动
二、转子串频敏变阻器起动
频敏变阻器利用铁心涡流损耗随转子频率而变的原理来改变电阻。起动时，转子回路频率高（f2＝ f1 ），涡流损耗大，电阻大，这样限制了起动电流，提高了起动转矩；随着转速升高，转子回路频率下降，电阻也随之减小，起自行逐渐减少转子电阻的作用使得在整个起动过程中都保持着较大的起动转矩。
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线转子异步电动机，则可在转子回路内串电阻。而对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有高转差率鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机
笼型异步电动机具有结构简单、价格低廉和运行可靠的优点，而绕线转子异步电动机具有起动性能良好的优点，双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机是将两者的优点相结合的产物
共同特点：具有笼型异步电动机相似的结构；可利用起动过程中转子频率的变化改变转子电流的分布，从而满足起动时转子电阻增大，而在到达正常运行的过程中转子电阻自行减少的要求。
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
一、深槽型异步电动机
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
一、深槽型异步电动机
1、起动时
转子频率较高（f2=f1），转子漏抗大于其电阻值，转子电流的大小主要决定于转子漏抗的大小。槽底部分电抗大，电流小，槽口部分电抗小，电流大—电流的集肤效应。
电流的不均匀分布使槽导体的有效面积减小—集肤效应使槽导体电阻增加。转速越低，转子电流频率越高，集肤效应越突出
转子电流集肤效应明显，转子导条的电阻值明显增加，集肤效应同时使槽漏磁通有所减少，转子漏抗也有所减少，二者均促使起动转矩增大。因此起动时起动电流较小，起动转矩却较大。
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
一、深槽型异步电动机
2、起动过程中
随着转速的提高，集肤效应逐渐减弱，转子电阻随转速慢慢减小，因此既限制了起动电流，同时在整个起动过程中都有较大的电磁转矩
3、正常运行时
转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。
4、缺点：由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗大——功率因数及过载能力有所降低。
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
二、双笼型异步电动机
定子：同普通鼠笼电动机
转子：两套鼠笼。
外笼：ρ大，黄铜或青铜，截面小，∴r2外大→起动笼
内笼：ρ小，紫铜，截面大，∴r2内小→运行笼
内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗大
具有高起动转矩的笼型异步电动机
三相异步电动机的起动
二、双笼型异步电动机
运行原理
①起动时：s=1，f2最大，转子漏抗x2大，电流分布取决于x2，∵x2内>x2外，∴转子电流集中于外笼（集肤效应），起动笼起主要作用
②正常运行时：SN=～很小→f2s很小→x2很小→电流取决于r2，∵r2内小→电流分布在下笼，运行笼起主要作用
优缺点
①优点：较大的Tst和较小Ist；
②缺点：漏抗较大，其功率因数、最大转矩和过载能力较普通的笼型电动机小。
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