《相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)》PPT課件

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1、4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程是指三相異步電動(dòng)機(jī)從接入電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)起,到達(dá)額定轉(zhuǎn)速為止這一段過(guò)程。 根據(jù)上一節(jié)的分析知,三相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 并不大,但轉(zhuǎn)子繞組中的電流I很大,通??蛇_(dá)額定電流的47倍,從而使得定子繞組中的電流相應(yīng)增大為額定電流的47倍。這么大的啟動(dòng)電流將帶來(lái)下述不良后果。 (1)啟動(dòng)電流過(guò)大使電壓損失過(guò)大,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠使電動(dòng)機(jī)根本無(wú)法啟動(dòng)。 (2)使電動(dòng)機(jī)繞組發(fā)熱,絕緣老化,從而縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。 (3)造成過(guò)流保護(hù)裝置誤動(dòng)作、跳閘。 (4)使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng),進(jìn)而形成影響連接在電網(wǎng)上的其他設(shè)備的正常運(yùn)行。 因此,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),在

2、保證一定大小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下, 還要求限制啟動(dòng)電流在允許的范圍內(nèi)。 stT 4.2.1 籠形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有兩種方式,第一種是直接啟動(dòng),即將額定電壓直接加在電動(dòng)機(jī)定子繞組端。第二種是降壓?jiǎn)?dòng),即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)降低定子繞組上的外加電壓,從而降低啟動(dòng)電流。啟動(dòng)結(jié)束后,將外加電壓升高為額定電壓,進(jìn)入額定運(yùn)行。兩種方法各有優(yōu)點(diǎn),應(yīng)視具體情況具體確定。從電動(dòng)機(jī)容量的角度講,通常認(rèn)為滿足下列條件之一的即可直接啟動(dòng),否則應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)的方法。 (1)容量在10kW以下 (2)符合下列經(jīng)驗(yàn)公式 kW4 AkV43啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率供電變壓器容量 NstII 1三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接

3、啟動(dòng) 直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少,啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單,成本低,是小型籠形異步電動(dòng)機(jī)主要采用的啟動(dòng)方法,如圖4.5所示。 圖4.5 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng) 2三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng) 降壓?jiǎn)?dòng)方式是指在啟動(dòng)過(guò)程中降低其定子繞組端的外施電壓,啟動(dòng)結(jié)束后,再將定子繞組的兩端電壓恢復(fù)到額定值。這種方法雖然能達(dá)到降低啟動(dòng)電流的目的,但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小很多,故此法一般只適用于電動(dòng)機(jī)的空載或輕載啟動(dòng),具體方法包括: (1)定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng) 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),在電動(dòng)機(jī)定子電路串入電阻或電抗器,使加到電動(dòng)機(jī)定子繞組端電壓降低,減少了電動(dòng)機(jī)上的啟動(dòng)電流。圖4.6是三相籠形電動(dòng)機(jī)定子繞組串電阻降

4、壓?jiǎn)?dòng)的原理圖,其工作情況為:合上刀開(kāi)關(guān)Q,在開(kāi)始起動(dòng)時(shí),KM1主觸點(diǎn)閉合,KM2主觸點(diǎn)斷開(kāi),電動(dòng)機(jī)經(jīng)電阻接入電源,電動(dòng)機(jī)在低壓狀態(tài)下開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí),使KM1斷開(kāi)、KM2接通,切除了電阻,電源電壓直接加在電動(dòng)機(jī)上,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 這種啟動(dòng)方法不受電動(dòng)機(jī)定子繞組接法形式的限制,但由于啟動(dòng) 電阻的存在,將使設(shè)備體積增大,電能損耗大,目前已較少采用。 圖4.6 三相異步電動(dòng)機(jī)定子方串電阻降壓?jiǎn)?dòng) (2)Y/降壓?jiǎn)?dòng) 對(duì)于正常運(yùn)行為形接法的三相交流異步電動(dòng)機(jī),若在啟動(dòng)時(shí)將其定子繞組接為Y形,則啟動(dòng)時(shí)其定子繞組上所加的電壓僅為正常運(yùn)行的 , 降低了啟動(dòng)電壓。目前生產(chǎn)的Y系列功率在4

5、kV以上的中小型三相異步電動(dòng)機(jī),其定子繞組的規(guī)定接法一般為形接法,所以在啟動(dòng)時(shí),可以對(duì)其采用Y/降壓?jiǎn)?dòng)方法,即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中,將定子繞組接成Y形接法,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后,再接成形接法。圖4.7是Y/降壓?jiǎn)?dòng)的原理圖,其工作情況如下。 31 合上開(kāi)關(guān)QF后,若要啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),則交流接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)同時(shí)閉合,KM1將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成Y形,KM2將電源引到電動(dòng)機(jī)定子繞組端,電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于穩(wěn)定值時(shí),KM1先斷開(kāi)而后KM3立即閉合,將電動(dòng)機(jī)定子繞組的Y形接法解除而接成形,進(jìn)入額定運(yùn)行狀態(tài)。 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的Y/降壓?jiǎn)?dòng)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,應(yīng)用較廣泛。但它只適用于正常

6、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組為接的電動(dòng)機(jī)。 圖4.7 Y/降壓?jiǎn)?dòng)原理圖 (3)定子串自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 這種方法是利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動(dòng)機(jī)定子繞組端,達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的,如圖4.8所示。 設(shè)自耦變壓器的一次側(cè)電壓U1(即電源電壓),電流為I1,二次側(cè)電壓為U 2,電流為I2,變壓比為k,則 ; stst IkI 12 圖4.8 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 啟動(dòng)時(shí),經(jīng)自耦變壓器后,加在三相籠形異步電動(dòng)機(jī)定子繞組端的線電壓為U1/k,此時(shí)電動(dòng)機(jī)定子繞組上的啟動(dòng)電壓為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/k,即 式中 電動(dòng)機(jī)電壓為U1/k時(shí)的啟動(dòng)電流,即自耦變壓器二次側(cè)電流。 電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的電流。 電動(dòng)機(jī)電壓為U1

7、/k時(shí)電網(wǎng)上流經(jīng)的電流,即自耦變壓器一次側(cè)電流,所以電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取的電流 。由于自耦變壓器一次側(cè)的電流小于二次側(cè)的電流,故在相同的啟動(dòng)電壓下,自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)比Y/降壓?jiǎn)?dòng)向電源吸取的電流要小。 圖5.8的控制原理是合上Q后,令 KM1觸點(diǎn)先將自耦變壓器做星形連接,再由KM2接通電源,電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)自耦變壓器實(shí)現(xiàn)減壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于額定轉(zhuǎn)速時(shí),令KM1、KM2斷開(kāi)而KM3閉合直接將全電壓加在電動(dòng)機(jī)上,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束,進(jìn)入全壓運(yùn)行狀態(tài)。 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)性能好,但線路相對(duì)較復(fù)雜,設(shè) 備體積大,目前是三相籠形異步電動(dòng)機(jī)常用的一種降壓?jiǎn)?dòng)方法。kIIUU stst 12212s

8、tIstI 1stI ststst IkkII 221 1 4.2.2 繞線形異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中有三相繞組,可以通過(guò)滑環(huán)和電刷串接外加電阻。在上一節(jié)分析轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性時(shí)已知:適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子串接電阻,可以減小啟動(dòng)電流并提高電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,繞線形異步電動(dòng)機(jī)正是利用了這一特性。 按照繞線形異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子串接裝置的不同,有串電阻啟動(dòng)和串頻敏電阻器啟動(dòng)兩種方法。 1轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng) 在這種啟動(dòng)方式中,由于電阻是常數(shù),所以為了獲取較平滑的啟動(dòng)過(guò)程,將啟動(dòng)電阻分為幾級(jí),在啟動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)切除。圖4.9是繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)的原理圖,圖4.10是機(jī)械特性曲線

9、。 圖4.9 繞線形異步電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)原理圖 其工作情況為:合上刀開(kāi)關(guān)Q后,交流接觸器KM1,KM2,KM3的主觸點(diǎn)全部斷開(kāi),全部電阻均接入電路,對(duì)應(yīng)工作的機(jī)械特性曲線為圖5.10中曲線1,從a點(diǎn)開(kāi)始啟動(dòng),轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到b點(diǎn)時(shí),令KM1閉合,R1被短接,R2, R3仍串入電路,由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變,特性曲線瞬間過(guò)渡到曲線2上的c點(diǎn)并沿曲線2繼續(xù)加速。當(dāng)加速到d點(diǎn)時(shí),令KM2閉合,R1, R2被短接,R 3仍串入電路,由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變,特性曲線瞬間過(guò)渡到曲線3上的e點(diǎn)并沿曲線3繼續(xù)加速。當(dāng)加速到f點(diǎn)時(shí),令KM3閉合,R 1, R 2, R3被短接,由于電阻減小而轉(zhuǎn)速

10、不能突變,特性曲線瞬間過(guò)渡到固有機(jī)械特性曲線上的g點(diǎn)并沿固有機(jī)械特性曲線繼續(xù)加速,直到穩(wěn)定運(yùn)行,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 圖4.10 繞線形異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)機(jī)械特性 2轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng) 根據(jù)上述分析知:要想獲得更加平穩(wěn)的啟動(dòng)特性,必須增加啟動(dòng)級(jí)數(shù),這就會(huì)使設(shè)備復(fù)雜化。為此采用了在轉(zhuǎn)子上串頻敏變阻器的啟動(dòng)方法。所謂頻敏變阻器,是由厚鋼板疊成鐵心并在鐵心柱上繞有線圈的電抗器,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.11所示。它是一個(gè)鐵損耗很大的三相電抗器,如果忽略繞組的電阻和漏抗時(shí),其一相的等效電路如圖4.12所示。 圖4.11 頻敏變阻器結(jié)構(gòu)示意圖 圖4.12 頻敏變阻器一相等效電路 頻敏變阻器啟動(dòng)原理如圖4.13所示。合上開(kāi)關(guān)Q,KM1閉合,電動(dòng)機(jī)定子繞組接通電源電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很低,故轉(zhuǎn)子頻率較高,f2f1,頻敏變阻器的鐵損很大,Rm和Xm均很大,且RmXm,因此限制了啟動(dòng)電流,增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高,轉(zhuǎn)子電流頻率下降,于是Rm、Xm隨n減小,這就相當(dāng)于啟動(dòng)過(guò)程中電阻的無(wú)級(jí)切除。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近于穩(wěn)定值時(shí),KM2閉合將頻敏電阻器短接,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 圖4.13 三相繞線形異步電動(dòng)機(jī)串頻敏電阻器啟動(dòng)原理圖

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