浅析三相异步电动机的降压启动学士学位论文.docx

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浅析三相异步电动机的降压启动学士学位论文

安徽机电职业技术学院

毕业设计说明书

浅析三相异步电动机的降压启动

系（部）电气工程系

专业电气自动化

班级电自3112

姓名张恺凡

学号1303113158

指导教师杨浩

2013～2014学年第1学

摘要

电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。

对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。

常见降压起动方法：

定子串电阻降压起动、Y/Δ起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。

当负载对电动机启动力矩无严格要求但要限制电动机启动电流且电机满足380V/Δ接线条件才能采用降压启动。

该方法是：

在电机启动时将电机接成星型接线,当电机启动成功后再将电机改接成三角型接线（通过双投开关迅速切换）；因电机启动电流与电源电压成正比,此时电网提供的启动电流只有全电压启动电流的1/3，但启动力矩也只有全电压启动力矩的1/3。

在实际使用过程中,发现需降压启动的电机从11KW开始就有需要的,如风机，在启动时11KW电流在7-9倍（100）A左右,按正常配置的热继电器根本启动不了（关风门也没用），热继电器配大了又起不了保护电机的作用，所以建议用降压启动。

而在一些启动负荷较小的电机上，由于电机到达恒速时间短，启动时电流冲击影响较小，所以在30KW左右的电机，选用1.5倍额定电流的断路器直接启动，长期工作一点问题都没有。

关键词：

三相异步电动机 降压启动启动问题启动方法

安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表

题　　目

浅析三相异步电动机的降压启动

学生姓名

张恺凡

学号

1303113158

指导教师

杨浩

系部

电气工程系

班级

电自3112

顺序号

第次

学生完成

毕业论文

（设计）

内容情况

学生签名：

时间：

　年　月　日

教师指导

内容记录

教师签名：

时间：

　年　月　日

目录

第1章绪论1

第2章三相异步电动机的结构、分类及优缺点2

2.2转子的结构组成2

2.3工作原理2

第3章三相异步电动机的启动方式5

3.1直接启动5

3.2三相异步电动机的Y—Δ起动控制7

3.3定子串电阻降压起动控制9

3.4自耦变压器降压启动10

3.5软启动13

第4章三相异步电机启动出现的问题14

4.1异步电动机启动时的要求14

4.2三相异步电动机启动问题14

4.3工业生产机械不同的起动条件15

第5章总结与展望16

致谢18

参考文献19

第1章绪论

1.1三相异步电动机的发展

异步电动机在1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。

1888年，提出实验报告，对旋转磁场作了严格的科学描述，为以后开发异步电动机、自起动电动机奠定了基础。

费拉里斯相信他所提出的旋转磁场理论以及他所开发的新产品在科学上的价值远远超过物质上的价值，因此他有意不为自己的发明申请专利，而是在实验室向公众演示这些最新成果。

他还倡导使用交流电系统。

同年，尼古拉·特斯拉在美国取得了感应电动机的专利。

一年之后，MikhailDolivo-Dobrovolsky发明鼠笼型异步电动机。

异步电动机的发展迅速，对于相同大小的异步电动机，额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。

现在，鼠笼型异步电动机是使用最广泛的异步电动机。

1.2三相异步电动机的前景及应用

三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。

笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。

调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。

由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。

感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。

此外感应电动机还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。

由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。

例如:

中小型轧钢设备,矿山机械,机床,起重运输机械,鼓风机,水泵,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动

第2章三相异步电动机的结构、分类及优缺点

2.1定子的结构组成

定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。

定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。

2.2转子的结构组成

转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。

鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部为星型或三角型。

2.3工作原理

当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2，电动势的方向根据右手定则确定。

N极下的电动势方向用

表示，S极下的电动势用

表示，转子电流的有功分量i2a与e2同相位，所以

既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。

转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力fem,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为

的导体和在S极下所有电流流向为

的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩Me的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。

驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。

2.4三相异步电动机的优点

三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。

笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。

调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

2.5三相异步电动机的缺点

3.2.1笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。

（1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。

当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。

第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。

这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。

（2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。

以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。

（3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。

另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。

3.2.2绕线型感应电动机

绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。

起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。

这种电动机还可通过改变外串电阻调速。

绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：

（1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。

特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。

（2）当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性，多数不提刷，因此运行时存在下列电能浪费：

集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗，电刷至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗，若电动机与控制柜之间距离很长，则该损耗将非常严重。

并且由于集电环与电刷产生碳粉、电火花和噪声，长期污染周围环境，损害管理人员和周围居民健康。

（3）传统绕线型电动机的起动转矩比笼型电动机的有所提高，但仍往往不能满足满载起动的需要，以至仍然需要增容而形成“大马拉小车”。

上述传统感应电动机存在的严重缺点的根本原因在于“起动”、“运行”和“可靠性”三者之间存在难以调和的矛盾，因此势必顾此失彼，不可兼优。

第3章三相异步电动机的启动方式

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限制起动电流

3.1直接启动

直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机直接接到具有额定电压的电源上。

在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。

电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。

例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。

图5-1是电动机单向起动控制线路的电气原理图。

这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。

图3-1电动机单向起动控制线路的电气原理图

直接启动方法主要受电网配电变压器的容量限制，过大启动电流可能会使电压下降，影响在同一电网上其他设备的正常运行。

一般异步电机的功率小于7.5千瓦时允许直接启动，对于更大容量的电机能否使用要视配电变压器的容量和各地电

网部门而定。

3.2三相异步电动机的Y—Δ起动控制

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