第9章三相異步電機的啟動9.1三相異步電機的啟動9.2啟動設備的選擇與計算 9.1三相異步電機的啟動

9.1.1籠型異步電機的啟動方法

三相籠型異步電動機常用的啟動方法包括：直接啟動、降壓啟動和軟啟動。

1.三相籠型異步電動機的直接啟動

異步電機直接啟動時的轉速n=0，s=1，忽略勵磁電流，啟動電流Istp（相電流）為（9-1）啟動時

較小，因而啟動電流很大。對于一般籠型異步電動機，則有

Tst=KstTN=（0.9～1.3）TN

（9-3）

式中，Kst為啟動轉矩倍數。對于一般籠型異步電動機，則有

Ist=KII1N=（5～7）I1N

（9-2）

式中：KI為啟動電流倍數；Ist為啟動時的線電流。所以，直接啟動僅應用于輕載和空載時。2.降壓啟動

啟動時，n=0，s=1，啟動電流Istp與定子繞組電壓U1（相電壓）成正比。異步電機的啟動轉矩為（9-5）

1）定子串電阻或串電抗降壓啟動

由于大型電動機串電阻啟動能耗太大，因此多采用串電抗進行降壓啟動。

圖9-1籠型異步電動機串電阻降壓啟動原理接線圖如果用Ist、Tst表示全壓U1啟動（直接啟動）時的啟動電流和啟動轉矩，用Ist′、Tst′表示電壓降至U1′時的啟動電流和啟動轉矩，則有顯然，在電動機的定子回路串電阻或電抗的啟動方法，只適用于輕載啟動。圖9-2自耦變壓器的降壓啟動原理圖

2）自耦變壓器降壓啟動

自耦變壓器的變比為。由變壓器的原理得分析：1）直接啟動時異步電機的定子繞組所加電壓為U1時，啟動電流為Ist；

2）當使用自耦變壓器降壓時，加到異步電機上的啟動電壓降為U2，且時，根據降壓啟動原理，啟動電流I2降低到。由于自耦變壓器一、二次側的電流關系為，此時自耦變壓器從電網吸取的電流I1為（9-7）當使用自耦變壓器啟動，電壓降低到時，啟動轉矩降低到（Tst為U1時的啟動轉矩），（9-8）為了滿足不同負載的要求，自耦變壓器二次側一般有三個抽頭，分別為一次側電壓的40%、60%和80%，供選擇使用。圖9-3異步電動機串自耦變壓器啟動原理線路異步電動機串自耦變壓器啟動原理線路如圖9-3所示。異步電動機串自耦變壓器降壓啟動方法適用于容量較大的低壓電動機降壓啟動。圖9-4籠型異步電動機Y－△啟動原理接線圖

3）星－三角（Y－△）啟動

使用這種啟動方法的異步電機，在正常運行時是接成△形的，啟動時改接成Y形，當轉速穩定時再接成△形。

①電動機直接啟動時啟動電流的每相值為Ip△，由于定子繞組△接，因此線電流為。

②Y接降壓啟動時的啟動線電流與相電流相等，為IstY。Y接降壓啟動時，相電壓降至直接啟動電壓的，相電流同樣降至直接啟動的，即。Y接降壓啟動時的線電流IstY與相電流相等，即

。顯然，直接啟動時的線電流Ist△與Y接降壓啟動時的線電流IstY的關系為（9-9）直接啟動時的啟動轉矩Tst△與Y－△降壓啟動時的啟動轉矩TstY的關系為

Y－△啟動設備簡單，4kW以上的三相籠型異步電動機，其定子繞組都設計成△形接法，以便采用Y－△啟動方法。（9-10）3.軟啟動

（1）限流或恒流啟動方法：利用電子軟啟動器限制電動機啟動電流或保持恒定的啟動電流，主要用于輕載軟啟動。（3）轉矩控制啟動法：用電子軟啟動器實現電動機啟動時啟動轉矩由小到大線性上升，降低啟動時對電網的沖擊，是較好的重載軟啟動方法。（2）斜坡電壓啟動法：用電子軟啟動器控制電動機啟動時定子電壓由小到大線性上升，主要用于重載軟啟動。（4）電壓控制啟動法：用電子軟啟動器控制電壓以保證電動機啟動時產生較大的啟動轉矩，是較好的輕載軟啟動方法。圖9-5繞線轉子電動機串電阻多級啟動接線及其啟動特性（a）原理接線圖；（b）三級啟動特性9.1.2繞線式異步電機的啟動

1.轉子串電阻分級啟動

轉子串電阻分級啟動是指：在繞線式異步電機轉子回路串多級電阻，啟動時逐級切除轉子串接電阻的啟動過程。啟動時，一般使啟動轉矩的最大值Tst1=（1.5～2）TN，啟動轉矩最小值Tst2=（1.1～1.2）TN。（9-11）當異步電機轉子回路的串電阻歸算值Rc′滿足下式時，異步電機的最大轉矩Tm出現在n=0時，即：Tst1=Tm。轉子串多級電阻啟動，可以增大啟動轉矩。但是，當異步電機功率較大時，轉子電流很大，當切除一級電阻時，會產生較大的轉矩沖擊。

2.轉子回路串頻敏變阻器啟動

對于容量較大的繞線式電動機，常采用頻敏變阻器來替代啟動電阻。圖9-6頻敏變阻器（a）結構示意圖；（b）一相等效電路頻敏變阻器是一種電抗器（鐵心上套有線圈）。由于材料及設計，當，渦流損耗較大，因此較大，而此時磁路飽和，較小，所以，隨著的降低，會減小。頻敏變阻器通常采用星形接入轉子，因此頻敏變阻器中電流為轉子電流。起動時頻率變化很大，由起動時降至幾赫茲。可見在起動過程中要發生很大的變化。由于，并與飽和程度有關，而則取決于鐵耗（渦流損耗），且有圖9-7繞線式三相異步電動機串頻敏變阻器啟動原理圖9-8定子串對稱電抗啟動（a）直接啟動；（b）定子串電抗啟動

9.2啟動設備的選擇與計算

9.2.1定子對稱啟動電抗的計算

在實際工程中，只采用定子對稱電抗啟動。

忽略勵磁電流后，三相異步電動機直接啟動和串電抗啟動的等效電路如圖9-8所示。電動機由此可以得到串電抗啟動時的兩個電路方程：（9-12）在設計異步電機時，ZK≈XK，因此可以近似認為ZK是電抗性的，即可以把ZK的模直接和X相加，即ZK+X，由式（9-12）有（9-13）設直接啟動時，電動機的啟動相電壓為U1、啟動相電流為Istp、線電流為Ist，當串聯電抗X后，定子相電壓降為U1′、啟動相電流降為Istp′、線電流降為Ist′，根據式（9-1）有（9-14）在工程實際中，串聯電抗的計算式為（9-15）

【例9-1】一臺籠型三相異步電動機，定子繞組Y接，有關技術數據為PN=60kW，U1N=380V，I1N=136A，KI=6.5，Kst=1.1，供電變壓器限制該電動機最大啟動電流為500A。

（1）若空載定子串電抗啟動，求每相串入的電抗最小值；

（2）若拖動的負載TL=0.3TN恒轉矩負載，能否采用定子串電抗啟動？若可以，計算每相串入的電抗的最大值。

解：（1）直接啟動的啟動電流為

Ist=KstI1N=6.5×136=884A短路阻抗為每相串入的電抗最小值為串最小電抗時的啟動電流Ist′與直接啟動電流Ist之比為（2）串電抗最小啟動轉矩應為

Tst1′=1.1TL=1.1×0.3TN=0.33TN

啟動電流為Ist1′=k1Ist=0.584×884=484.4A<500A，可以串電抗啟動。串電抗啟動轉矩與直接啟動轉矩之比為串電抗啟動電流與直接啟動電流之比為每相串入電抗的最大值為9.2.2啟動設備的選擇與計算

籠型異步電動機的啟動方法的選擇與電動機的功率、電網容量、啟動負載等因素有關。

【例9-2】一臺籠型三相異步電機的數據為PN=28kW，U1N=380V，I1N=58A，cosφ1N=0.88，nN=1455r/min，啟動電流倍數KI=6，啟動轉矩倍數Kst=1.1，過載倍數KT=2.3，△接；供電變壓器要求啟動電流小于等于150A，啟動時負載轉矩為73.5N·m。現有一臺自耦變壓器，抽頭有55%、64%、73%三種。若能用Y－△啟動，則不用其他方法；若用串電抗啟動，計算電抗值；若用自耦變壓器啟動，計算使用哪一種抽頭。請選擇一種合適的啟動方法。

解：

電動機額定轉矩為

正常啟動轉矩應不小于TstL=1.1TL=1.1×73.5=80.85N·m。Y－△啟動時的啟動轉矩為（1）計算能否采用Y－△啟動。

Y－△啟動時的啟動電流為啟動電流小于供電變壓器要求的啟動電流150A，故電流滿足要求。Tst′<TstL，不能采用Y－△啟動。Tst″<TstL，顯然，當啟動電流滿足供電變壓器要求時，啟動轉矩不能滿足負載要求，因此不能采用串電抗啟動。（2）計算能否采用串電抗啟動。

由于供電變壓器要求啟動電流小于等于150A，先按最大啟動電流150A計算啟動轉矩，即（3）計算能否采用自耦變壓器啟動。

抽頭為55%時的啟動電流為通過降壓啟動自耦變壓器55%的抽頭，自耦變壓器一次側電流小于150A，電流滿足要求。抽頭為55%時的啟動轉矩為Tst′<TstL，不能采用55%的抽頭。抽頭為64%時的啟動電流為通過降壓啟動自耦變壓器64%的抽頭，自耦變壓器一次側電流小于150A，電流滿足要求。抽頭為64%時的啟動轉矩為Tst′>TstL，可以采用64%的抽頭。抽頭為73%時的啟動電流為電流不滿足供電變壓器的要求，不能采用73%的抽頭。9.2.3繞線式異步電機轉子串電阻分級啟動的計算

繞線式異步電機轉子串電阻分級啟動的啟動電阻計算方法有兩種：圖解法和解析法。

1.圖解法

為簡化計算，通常把異步電動機的機械特性近似為直線，根據實用轉矩公式有（9-17）忽略當轉子電路串聯電阻時，最大轉矩Tm保持不變，而臨界轉差率sm與轉子電路的總電阻成正比，即（9-20）在保持Tem不變時，由式（9-17）可知s∝sm，即：

s∝sm∝R2+R2c （9-19）說明，在轉矩為恒值的條件下，轉差率與轉子電路的總電阻成正比，可以寫成：（9-18）圖9-9異步電動機轉子串電阻啟動近似機械特性圖下圖為異步電動機的轉子電路串三級電阻啟動的機械特性圖。圖中，當Tem=T1并保持不變，應用式（9-20）得

R2為轉子每相電阻，。

將線段KB和KD代入式（9-23）得（9-23）（9-24）將式（9-24）變形得（9-25）同理可以得到第二級