三相异步电动机的起动过程分析报告

试题：已知Y180L-8型三相异步电动机,拖动130N*m负载起动,通过计算选择适合该电机的起动方式（Imax=300A）

   要求

       1.根据任务，收集相关数据及资料。

       2.详细说明分析过程，给出最后结论。

       3.按照格式要求，写出分析报告。

摘  要：  随着异步电动机作为重要的动力设备在社会各行各业的广泛应用，研究三相鼠笼式异步电动机在各种起动方式下的起动性能就显得尤为重要。通过对起动过程中电机的起动电流、起动转矩等参数进行计算，得出最合适的电机起动方式，从而比较不同起动方式的起动性能优劣。

关键字：直接起动；降压启动；定子串电阻或电抗减压起动；笼型异步电机

1 前  言

1.1　三相异步电动机起动研究的意义

电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。电机的控制包括电机的起动、调速和制动。异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。

1.2　三相异步电动机的起动要求与常见的起动方式

    异步电动机启动时的要求：

1）电动机有足够大的启动转矩。

2）一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好。

3）启动所需设备简单，操作方便。

4）启动过程中功率损耗越小越好。

1.3  三相异步电动机起动方式与原理：

    三相交流异步电动机直接起动，虽然控制线路结构简单、使用维护方便，但起动电流很大（约为正常工作电流的4~7倍），如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则起动电流可能会明显地影响同一电网中其它电气设备的正常运行。因此，对于鼠笼型异步电动机可采用：定子串电阻（电抗）降压起动、定子串自耦变压器降压起动、星形—三角形降压起动等方式；而对于绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻起动或转子串频敏变阻器起动等方式以起动电流。

1）直接动起

    目前，最常见的是直接起方式又称为全压起动，这是一种最简单的起动方法。

    直接启动就是将电动机的定子绕组直接加上额定电压起动。直接起动电流虽然很大，但因为起动时间很短，而且随着转子转动起来后，电流很快减小，只要起动不过于频繁，不致引起电动机过热。如果电源的容量又足够大，电源的额定电流远大于电动机的起动电流，也不会引起供电点压的明显下降。因此在这种情况下，只要起动转矩能够满足要求，可以采用直接起动。

一般规定，7.5KW以下的笼型异步电动机可以直接起动。7.5KW以上电源容量能够满足下述条件的也可以直接起动，即起动电流倍数。

为了解决直接起动带来的一系列问题，人们采用了各种降压起动技术，目前应用较为普遍的有自耦变压器起动、串电阻或串电抗起动、Y-△启动和延边三角形起动等方法。这些传统降压起动方法在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上起动时的矛盾。

2)定子串电阻或电抗减压起动

    定子串电阻(电抗)降压起动是指起动时，在电动机定子绕组上串联电阻(电抗)，起动电流在电阻上产生电压降，使实际加到电动机定子绕组中的电压低于额定电压，待电动机转速上升到一定值后，再将串联电阻(电抗)短接，使电动机在额定电压下运行。在鼠笼式电动机的定子绕组中串电阻（或电抗）而降压起动的方法。起动时将电阻（或电抗）串入鼠笼式电动机定子绕组中降低电压起动，待电动机转速上升到一定值后再将电阻（或电抗）短路，电动机在额定电压下正常运转。电阻（或电抗）降压起动法，只适用于起动转矩较小，而起动次数不太频繁的电动机上。

3)星形—三角形减压起动

对于正常运行时电动机额定电压等于电源线电压，定子绕组为三角形连接方式的三相交流异步电动机，可以采用星形—三角形降压起动。它是指起动时，将电动机定子绕组接成星形，待电动机的转速上升到一定值后，再换成三角形连接。这样，电动机起动时每相绕组的工作电压为正常时绕组电压的1/3，起动电流为三角形直接起动时的1/3。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的降压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。

除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。缺点是启动力矩小，仅适用于无载或轻载启动。

4)自耦变压器减压起动

    对于容量较大且正常运行时定子绕组接成星形的笼型异步电动机，可采用自耦变压，器降压起动。它是指起动时，将自耦变压器接入电动机的定子回路，待电动机的转速上升到一定值后，再切除自耦变压器，使电动机定子绕组获正常工作电压。这样，起动时电动机每相绕组电压为正常工作电压的1 / K 倍（K ——自耦变压器的匝数比。K = N1/ N2），起动电流也为全压起动电流的1 / K²倍

5）软起动器起动

    以上几种降压启动的方法是有级启动，启动的平滑性不高，应用一些自动控制线路组成的软启动器可以实现鼠笼式异步电机的无级平滑运动，这种方法称为软启动。软启动分为磁控式和电子式两种。磁控式故障率高，已被电子式取代。

    启动过程电机所加的电压不是一个固定值，软启动装置输出电压按指定要求上升，被控电机电压由零安指定斜率上升至全电压，转速相应由零上升到规定转速。软启动能保证电机在不同负载下平滑启动，减少电机启动对电网冲击，又降低对自身承受的较大结构冲击力。

软启动可以设定起始电压、上升方式、启动电流倍数等参数，以适用重载、轻载启动不同情况。

2、详细参数查询与计算

1)能否直接起动

电动机的额定转矩为

直接起动时的起动转矩和起动电流为

TS=αST*TN=1.7*143.97=244.749N·m

IS=αsc*In=6*24.8=148.8A

由于TS>130N·m，但IS<300A,所以可以直接起动。

2）能否采用星形-三角起动

TSY=TS/3=244.749/3=81.583N·m

ISY=IS/3=148.8/3=49.6A

虽然ISY<300A，但TAY<130N·m ， 所以不能采用星形-三角起动

3）采用自耦变压器起动

求K值

T=K²TS=K²*244.749>130N*m

得K²>0.5312

I=K²IS=K²*148.8<300A

得K²<2.0161

由此可知可以采用耦变压器起动。

4）采用软起动器起动

    电动机在起动时，软起动器的输出电流从零迅速增至限定电流IR，然后再保证输出电流不超过限定电流的情况，电压逐渐升高至额定电压。当起动过程结束时，电流为电动机稳定工作电流IL。电流的限定值IR可根据实际情况设定。

3.结论

适合笼型异步电动机的主要起动方式

3.1　直接起动

直接起动，也就是全压起动，是一种最简单的起动方法也是三相异步电动机应用最多的一种起动方法。小功率电机常常采用这种起动方式然而对较大功率的电机而言，这种起停方式的缺点也是显而易见的。在这种起动方式下，起动电流约为标称电流的4-7倍;起动转矩约为标称转矩的倍。其特点是:电机端子少(一般为三端子电机)，可带载起动、高电流峰值和大压降起动，设备简易。

直接起动是最简单的起动方式，起动时通过空开或接触器将电机直接接到电网上。具有起动设备简单，起动速度快的优点, 而且起动转矩比采用降压起动时大。在电网和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，鼠笼式异步电动机仍以直接起动为宜．因为操纵控制方便，而且比较经济。

其危害很大电网冲击大。过大的起动电流，会造成电网压降，影响其他用电设备的正常进行。还可能使欠压保护动作，造成用电设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命；机械冲击严重，过大的冲击力矩容量造成电机转子笼条、端环断裂和定于端部绕组绝缘磨损，导致绝缘击穿烧毁电机，转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。

因此尽管直接起动方法简单．起动设备也简单，价格便宜，但为了电和机械的冲击，以及保证电网的供电质量，在某种场合，就得采取减压起动方式，或者在绕线式异步电动机的转子电路中串入阻抗进行起动。

图2.1为三相交流异步电动机直接起动的电路图。三相交流电源经由组合开关，熔断器，,，交流接触器KM的主触点到电动机定子绕组，构成了主电路。

图2.1　三相交流异步电动机直接起动的电路图

3.2　降压起动

降压起动通过降低起动时加在定子绕组上的电压来减小起动电流，起动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。降压起动虽然能减小起动电流，但是起动转矩也大大减小了，所以降压起动一般适用于中、大容量的异步电动机轻载货空载起动。

降压起动适用于容量大于或等于并带轻载的工况。由于轻载，故电动机起动时电磁转矩很容易满足负载要求。主要问题是起动电流大，电网难以承受过大的冲击电流，因此必须降低起动电流。

在研究起动时，可以用短路阻抗来等效异步电动机。电机的起动电流（即流过上的电流）与端电压成正比，而起动转矩与电机端电压的平方成正比，这就是说起动转矩比起动电流降得更快。降压之后在起动电流满足要求的情况下，还要校核起动转矩是否满足要求。

Y180L-8型三相异步电动机的基本参数：

PN=11KW  UN=380V  Nn=730r/min  In=24.8A  αst=1.7   αsc=6

所以此电动机可以采用直接起动或自耦变压器起动或软起动器起动。

参考文献：

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