２０１０年４月 枣庄学院学报 Ａｐｒ．２０１０ 第２７卷第２期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＡ０ＺＨＵＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳⅡ Ｖ０Ｉ＿２７ ＮＯ．２ 三相异步电动机起动方案选择 张乃标 （枣庄学院物理与电子工程系，山东枣庄２７７１６０） ［摘要］本文介绍了三相异步电动机的起动性能和常用起动方法的特点，分析了不同负载对电动机起动的要求，推荐 了各种负载情况下的优选起动方案． ［关键词］电动机；起动；方案选择 ［中图分类号］ＴＭ９１８ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００４—７０７７（２０１０）０２—００９８—０４ ０引言 由于电能的生产、储存、输送和分配比较方便，电动机的类型和规格繁多，性能各异， 可以充分地满足各类生产机械的需要，并且电机易于控制，便于实现自动化，因此绝大多 数生产机械都采用电动机拖动．因为异步电动机结构简单、价格便宜，而且性能良好、运 行可靠，所以电力拖动系统中应用最多的是三相异步电动机．每台电动机都存在着起动 问题，面对不同的负载要使电动机顺利起动并实现经济运行就必须选择合理的起动方 案． １ 三相异步电动机的起动性能 １．１起动性能指标 三相异步电动机的起动性能包括下列几项：（１）起动电流倍数；（２）起动转矩倍数； （３）起动时间；（４）起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热；（５）起动设备的简单性和可 靠性；（６）起动时的过渡过程．其中最重要的是起动电流和起动转矩的大小． １．２起动性能分析 普通的三相异步电动机直接起动时，往往起动电流Ｉ 很大，而起动转矩Ｔ 较小．因为 Ｆ 三相异步电动机的电磁转矩Ｔ＝Ｃ ／２ ｃｏｓ（￣ ，其中转子电流，２＝＿； 三兰二一，转子功 √ ＋（ｓ ） ｉｔ？ 率因数ｃｏｓ ：＝ ＝兰兰＝＝—一，转矩常数Ｃ 由电机结构决定，中 为电机气隙磁场磁通最 ￣／Ｒ；＋（ｓ ） 大值．上述公式中Ｓ为转差率，Ｒ 为转子电阻， 、Ｅ 分别为转子静止时的电抗和电动势． 由于起动时转差率较大（起动瞬间Ｓ＝１），转子功率因数很小，所以起动转矩不大， 但转子绕组中的电流很大，从而使得定子绕组中的电流相应增大，一般为额定电流的４～ ７倍，这么大的起动电流起动瞬间将产生较大的压降，使电网电压波动过大，影响电网上 其它电机和设备的正常运行，而且过大的起动电流会使电机本身受到电磁力的冲击，如 果经常起动便造成绕组过热而使绝缘老化，减少使用寿命，而起动转矩不够将使电动机 根本无法起动． ［收稿日期］２００９—１１—０６ ［作者简介］张乃标（１９５４一），男，山东郯城人，枣庄学院物理与电子工程系工程师，主要从事电机电器控制及节能研究 ・９８・ 张乃标三相异步电动机起动方案选择 ．Ｎ Ｌ Ｌ 、 定子线电压 定子相电压 定子相电流 ＵＮ ｋＵＮ ＵＮ ｋＵＮ Ｐ ＵＮ Ｐ ｋＩｌＰ ＩｌＰ 定子线电流 电源电流 ｒＬ 一ｌＩ Ｎ Ｐ ｋＩ， １ 。 ｋＩ． 碍Ｉ 焉Ｔ。 较 弗用 费用较大，Ｉ。ｔＪ－，，Ｔ 较大．可灵 活选择电压． ． 起动转矩 ＴＢｌ ｋ２Ｔ。 方 特点 ｓｔ较小， 较小；设备简单， ：・大，Ｔｓ，不 大． 接电阻时损耗 大． ／Ｊ：，ｒＩ、ｓ２ｌ￣．ｒ小－Ｓ，Ｊ表中ｋ为起动电压与额定电压之比， ２．２为自耦变压器的降压比． 三相绕线型异步电动机常用起动方法比较 ３不同负载情况下的起动方案选择 ３．１ 小功率三相异步电动机的轻载起动 小功率电动机的起动电流尽管可能达到额定电流的７倍，但与电源容许电流相比是 较小的，不会对电网造成过大的冲击，而轻载起动需要的起动转矩又比较低，因此小功率 三相异步电动机（一般规定７．５ｋＷ以下）轻载时可以直接起动（全压起动），７．５ｋＷ以上 必须满足如下条件： ≤寺［３＋髫 ３．２ 大功率三相异步电动机的轻载起动 ］ 如果不能满足上述要求或起动过于频繁者，必须采取措施以限制起动电流． 大功率电动机起动时会对电网造成比较大的冲击，因此这时的主要问题是电流，降 低电流的方法主要靠降低电压．起动电流： ・９９・ 枣庄学院学报 ２０１０年第２期 ￣／（尺ｌ＋ ２） ＋（专 １＋ ２） 式中Ｕ 为定子相电压，Ｒ ：、 为等效折算到定子侧的转子电阻和转子电抗． 降压起动￣，－ｊ－，起动电流与定子电压成比例降低，待转速升高到一定值，恢复全电压． 起动转矩： Ｔ ＫＴ 式中 是由电机结构决定的常数，Ｐ为电机极对数， 为定子电压频率． 可见通过降低电压减小起动电流时，起动转矩也随之减小，而且比起动电流降低的 幅度更大，因此减压起动只适用于空载或轻载起动的电动机．常用的方法有丫一Ａ转换 减压、定子电路串电阻或电抗减压、自耦变压器减压． 丫一Ａ转换减压起动，设备简单、体积小、无损耗，起动电流小，但起动转矩小，不能 按不同的负载选择起动电压，且只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机． 定子串电阻或电抗减压起动方法简单，但串电阻起动耗能较多，主要用于低压电动机，串 电抗起动投资较大，主要用于高压大功率电动机．自耦变压器减压起动不受电动机绕组 连接的影响，可以根据需要选择分接头，但设备体积大，投资高，维护麻烦，适，９１于容量较 大带较重负载起动且不频繁的场合． ３．３小功率三相异步电动机的重载起动 这种情况的主要问题是起动转矩不足，而小功率三相异步电动机一般为鼠笼型，解 决的办法是用特殊电机获得高起动转矩，主要有高转差率电机、深槽式电机和双笼型电 机．从上述起动电流公式和起动转矩公式可以看出，增大转子电阻既可限制起动电流又 可提高起动转矩． 高转差率异步电动机的转子导条不是普通的铝条，而是采用电阻率较高的铝合金． 这种电机过载能力强，但功率因数低，正常运行时损耗较大，效率较低．所以只适用于频 繁起动的场合，主要是起重运输机械．深槽式异步电动机是利用起动过程中转子导条内 的集肤效应使起动ｎ．１的转子电阻增大，改善起动性能又不降低正常运行效率，但功率因 数和过载能力有所降低，适用于需要重载起动而对过载能力要求不高的场合．双笼型异 步电动机利用集肤效应改善了起动性能，又保证了基本的运行性能，但电机价格较高，一 般用于要求起动转矩较高的场合． ３．４大功率三相异步电动机的重载起动 此种情况下既要有较高的起动转矩又要限制起动电流，若高起动转矩的笼型异步电 动机不能满足要求，可以采用绕线型异步电动Ｊｏｔ，在转子电路中串联合适的电阻，既可提 高起动转矩又能降低起动电流．因而，要求起动转矩大或起动频繁的生产机械常采用绕 线型异步电动机拖动．大功率电动机一般为绕线型． 三相绕线型异步电动机常用的起动方法有转子串固体电阻、频敏电阻或液体电阻． 大功率绕线型异步电动ＪｏＬ转子串固体电阻起动，不能无级调节，起动不够平滑．为了减小 冲击，应在转子回路中串人多级对称电阻，并随着转速的升高逐渐切除起动电阻，因此设 备投资大，操作、维修不便．串频敏电阻器起动，结构简单、维护方便，可以无级调节，但起 动电流较大、功率因数低，使起动转矩受到限制，且不同容量的电动机要配不同规格的频 敏变阻器．转子回路串液体电阻，能连续无级调节使电机平滑起动，具有起动转矩大、起 动电流小、起动时问短、功率因数高、噪声小、温升低、结构简单的特点，并且可以通过调 节液体浓度来改变阻值，使一台起动器适应不同功率的电动机，因此是大功率电动机重 载起动的首选方案． ４结语 三相异步电动机的起动存在两种矛盾：一是电动机起动电流大，供电网络承受冲击 ・１００・ 张乃标三相异步电动机起动方案选择 电流能力有限；二是电动机起动转矩小，而负载要求有足够的起动转矩．我们总是希望在 起动电流比较小的情况下，能获得较大的起动转矩．为了使电动机能够顺利起动又不对 电网造成冲击，并考虑电机的经济运行及投资和使用费用等，应针对不同的负载情况和 对起动条件的要求，结合实际情况对起动方案做出合理的选择． 参考文献 ［１］唐介．电机与拖动［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００３． ［２］汤天浩．电机与拖动基础［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４． ［３］陈小芹．浅析ＺＹＱ系列自动电液变阻起动器的运用［Ｊ］．企业技术开发，２００１（７）：２６—２７． ［４］董志强，邸永明．频敏变阻器和液体电阻起动器在球磨机起动中的应用比较［Ｊ］．山西建材，１９９９，（３）：２２—２４． ［责任编辑：陈庆朋］ Ｔｈｒｅｅ——ｐｈａｓｅ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｏｐｔｉｏｎｓ ＺＨＡＮＧ Ｎａｉ—ｂｉａｏ （Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ ２７７ １ ６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ——ｐｈａｓｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ—‘ｕｐ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｓｔａｒｔｅｒ，ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａ— ｔｉｏｎ Ｓｔａｒｔ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｔｏｒ Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｏｎｓ ・１０ｌ・