重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 三相异步电动机的起动控制的研究
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pm122?f1??r2'?2?'????r1????x1?x2s???? (2-11) ??U12r2'2刚起动时，转子n=0，转差率s=1，此时启动转矩为：
pm1U12r2'Tst?2?f1??r1?r2'?2??x1?x2'?2??? (2-12)
?x1?1????xm??近似为1，由式(2-6)的启动电流同时，由于激磁电流相对较小即Im?0，
为：
Ist?U1?r?r2'???x1?x2'?22 (2-13)
由式(2-12)和式(2-13)可知，起动转矩正比于定子端电压的平方，起动电流正比于定子电压。起动电压较低时，起动转矩较小，电流也较小；反之，如果电压较高，则起动转矩较大，但同时起动时的冲击电流也很大。
而异步电动机的起动特性主要表现在起动电流和起动转矩两个方面：希望电动机起动时能产生足够的起动转矩，以便带动负载快速地达到正常转速；同时，也希望起动电流不要太大。因为在供电变压器的容量比较小的情况下，过大的起动电流将造成较大的线路压降，从而影响接在同一电网上的其它电气设备的正常运行。
下面针对异步电动机的起动特性，分析起动方式的原理和应用。
2.2 三相异步电机的启动方法
三相异步电动机的起动方法主要有直接起动、传统减压启动和软启动三种启动方法。下面就分别做详细介绍。
2.2.1 直接起动
直接起动，也叫全压起动。起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压(即全压)直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的3～8倍，起动转矩为额定转矩的1～2倍。根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可以达到8～12倍。
直接起动的起动线路是最简单的，如图2-2所示。然而这种起动方法有诸多
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不足。对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的起动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。这是因为Ts及Tm均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使Ts及Tm 均下降到低于Tz。
一般情况下，异步电动机的功率小于7．5kW时允许直接起动。如果功率大于7．5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求的话，电动机也可允许直接起动。
K1?电源总容量?kv?A??I1st1???3??I1N4?起动电动总功率?kw??
电流Ist限制到允许的数值。
如果不能满足上式的要求，则必须采用减压启动的方法，通过减压，把启动
FU1FU2FU3KM3M~
图2-2 直接启动原理图
2.2.2 传统减压起动
减压起动是在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。减压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减小。因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况。传统减压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压起动的方法：
(1)定子串接电阻或电抗起动
定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩会降低的更多。因此，这种起动方法仅仅适用于空载或轻载起动场合。
对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容
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量较大的异步电动机，考虑到串接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降压起动。
如图2-3所示：当起动电机时，合上开关Q，交流接触器KM断开，使电源经电阻或电抗R流进电机。当电机起动完成时KM吸合，短接电阻或电抗R。
UVWQFU1FU2FU3KMRFR3M~
图2-3 定子串电阻或电抗起动原理图
(2)星-三角形(丫-△)起动
星-三角形起动法是电动机起动时，定子绕组为星形(丫)接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形(△)接法，使电动机转为正常运行的一种起动方式。星-三角形起动方法虽然简单，但电动机定子绕组的六个出线端都要引出来，略显麻烦。
图2-4为星-三角形起动法的原理图。接触器KM2和KM3互锁，即其中一个闭合时，必须保证另一个断开。KM2闭合时，定子绕组为星形(丫)接法，使电动机起动。切换至KM3闭合，定子绕组改为三角形(△)接法，电动机转为正常运行。由控制电路中的时间继电器KT确定星-三角切换的时间。
定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连接(全压)时的l/3，故星-三角形起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的1／3。由于起动转矩小，该方法只适合于轻载起动的场合。
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UVWQFU1FU2FU3KM1KM3FR3M~KM2
图2-4 星-三角形起动法的原理图
(3)自耦变压器起动
自耦变压器起动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电动机直接接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。
图2-5所示为自耦变压器起动的自动控制主回路。控制过程如下：合上空气开关Q接通三相电源。按启动按钮后KM1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于KM1辅助常开触点闭合，使得接触器KM2线圈通电吸合，KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头(例如65％)将三相电压的65％接入电动。当时间继电器KT延时完毕闭合后，KM1线圈断电，使自耦变压器线圈封星端打开；同时KM2线圈断电，切断自耦变压器电源，使KM3线圈得电吸合，KM3主触头接通电动机在全压下运行。自耦变压器一般有65％和80％额定电压的两组抽头。
若自耦变压器的变比为k，与直接起动相比，采用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的l／k2。
自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式(丫接法或△接法)的限制，允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高。
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图2-5 异步电动机的自耦变压器起动法
自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用非常广泛，有手动及自动控制线路。其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检修费用高。
2.2.3 软启动
软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。在电动机定子回路中，通过串入限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或者限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。按限流器件不同可分为：以电解液限流的液阻软起动；以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动；以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动。
晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间，它是当今电力电子器件长足进步的结果。10年前，电气工程界就有人预言，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。目前在低压(380V)内，晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约2倍，甚至更低。而其主要性能却优于液阻软起动。与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动无法比拟的。
但是晶闸管软起动产品也有缺点。一是高压产品的价格太高，是液阻软起动产品的5～10倍，二是晶闸管引起的高次谐波比较严重。
2.3 软起动的原理及分析
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