三相鼠笼式异步电动机的启动技巧

1.直接启动

直接启动是启动时通过接触器将电动机的定子绕组直接接在额定电压的电源上，所以也称为全压启动。这是一种最简单的启动方法，但启动性能不能满足实际要求，原因如下。

（1）启动电流Ist过大。电动机启动瞬间的电流叫启动电流，用Ist表示。刚启动时，n=0，s=1，转子感应电动势很大，所以转子启动电流很大，一般可达转子额定电流的5～8倍。根据磁动势平衡关系，启动时定子电流也很大，一般可达定子额定电流的4～7倍。这么大的启动电流会带来许多不利影响：如使线路产生很大电压降，导致电网电压波动，影响线路上其他设备运行；另外流过电动机绕组的电流增加，铜损耗必然增大，使电动机发热、绝缘老化，电机效率下降等。

（2）启动转矩Tst不大。虽然异步电动机直接启动时启动电流很大，但由于启动时，n=0，s=1，f2=f1，转子漏抗很大，所以转子的功率因数很低；同时，由于启动电流大，定子绕组的漏抗压降大，使定子绕组感应电动势减少，导致对应的主磁通减少。由于这两方面因素，根据电磁转矩公式，所以启动时虽然启动电流很大，但异步电动机启动转矩却并不大。

通过以上分析可知，鼠笼式异步电动机直接启动的主要缺点是启动电流大，而启动转矩却不大。这样的启动性能是不理想的。

因此直接启动一般只在小容量的电动机中使用。如容量在7.5kW以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。通常也可用下面经验公式来确定电动机是否可以采用直接启动：

式中：Ist为电动机的启动电流；IN为电动机的额定电流。

若不满足上述条件，则采用降压启动。

【例4.4】 有两台三相鼠笼式异步电动机，启动电流倍数都为ki=6.5，其供电变压器容量为560kVA，两台电动机的容量分别为PN1=22kW，PN2=70kW，问这两台电动机能否直接启动？

解：根据经验公式，对于第一台电动机：

所以允许直接启动。

对于第二台电动机：

所以不允许直接启动。

2.降压启动

降压启动是通过启动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压，从而减少启动电流，待电动机转速达到某一数值时，再让定子绕组承受额定电压，使电动机在额定电压下稳定运行。

降压启动的目的是为了减少启动电流，但在减小了启动电流的同时启动转矩也大大减小，故降压启动只适用于电动机空载或轻载启动。降压启动的方法有以下几种：

（1）定子回路串接电抗（电阻）降压启动。定子回路串接电抗（或电阻）降压启动是启动时在鼠笼式电动机的定子三相绕组上串接对称电抗（或电阻）的一种启动方法，如图4.20所示。

启动时S1合上，S2断开，电抗器串入回路，起到分压限流作用。当启动结束后，S2合上，使电动机在全压下运行。

全压启动时的启动电流和启动转矩分别用IstN和TstN表示，设定子回路串电抗（电阻）后直接加在定子绕组上电压为Ust，令

则降压后启动电流和启动转矩分别为

图4.20　用电抗器降压启动原理接线图

由此可见，串接电抗（电阻）降压启动时，若加在电动机上的电压减小到额定电压的1/k，则启动电流也减小到直接启动电流的1/k，而启动转矩因与电源电压平方成正比，因而减小到直接启动的1/k2。

（2）星形-三角形（Y-△）换接降压启动。星形-三角形换接降压启动指的是启动时将定子绕组改接成星形连接，待电机转速上升到接近额定转速时再将定子绕组改接成三角形连接。其原理接线如图4.21所示。这种启动方法只适用于正常运行时定子绕组做三角形连接运行的异步电动机。

启动时先将开关S2投向启动侧，此时定子绕组接成星形连接，然后闭合开关S1进行启动，待转速升高到某一数值，再将开关投向运行侧，恢复定子绕组为三角形连接，使电动机在全压下运行。

图4.21　Y-△换接降压启动

（a）原理接线图；（b）Y启动；（c）△启动

设电动机的额定电压为UN，电动机每相阻抗为Z。

1）直接启动。直接启动时定子绕组为三角形连接，此时绕组相电压为电源线电压UN，定子绕组每相启动电流为，而电网供给的启动电流（线电流）为

2）降压启动。降压启动时定子绕组为星形连接，则绕组电压上为，定子绕组每相启动电流为，故降压时电动机的启动电流（线电流）为

Y形与△形连接启动时，启动电流的比值为

由于启动转矩与相电压的平方成正比，故Y形与△形连接启动的启动转矩的比值为

可见Y-△降压启动的启动电流及启动转矩都减小到直接启动时的1/3。

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图4.22　自耦变压器降压启动的原理接线图

Y-△换接启动的最大的优点是操作方便，启动设备简单，成本低，但它仅适用于正常运行时定子绕组做三角形连接的异步电动机。由于启动转矩只有直接启动时的1/3，启动转矩降低很多，而且是不可调的，因此只能用于轻载或空载启动的设备上。

（3）自耦变压器降压启动。这种启动方法是通过自耦变压器把电压降低后再加在电动机定子绕组上，以减少启动电流。如图4.22所示。

启动时，把合上开关S1，再将开关S2掷于启动位置，这时电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机上启动，减少了启动电流，待转速升高到接近额定转速时，再将开关S2掷于运行位置，自耦变压器被切除，电动机在额定电压下正常运行。

设自耦变压器的变比为ka（变压器抽头比为k=1/ka），电网电压为UN，全压直接启动时的启动电流和启动转矩分别用IstN和TstN表示。直接启动时的启动电流IstN=，则经自耦变压器降压后，加在电动机上的启动电压（自耦变压器二次侧电压）为

经过自耦变压器降压后，电动机定子绕组上流过的电流为

此时电网供给的启动电流Ista（自耦变压器的一次侧电流）为

采用自耦变压器降压启动时，加在电动机上的电压为额定电压的倍，由于启动转矩与电源电压的平方成正比，所以启动转矩Tsta也减小到直接启动时的倍，即

由此可见，利用自耦变压器降压启动，电网供给的启动电流及电动机的启动转矩都减小到直接启动时的倍。

异步电动机启动的专用自耦变压器有QJ2和QJ3两个系列。它们的低压侧各有三个抽头，QJ2型的三个抽头电压分别为（额定电压的）55%、64%和73%；QJ3型也有三种抽头比，分别为40%、60%和80%。选用不同的抽头比，即不同的k值（k=1/ka），就可以得到不同的启动电流和启动转矩，以满足不同的启动要求。

自耦变压器降压启动的优点是不受电动机绕组连接方式的影响，还可根据启动的具体情况选择不同的抽头比，较定子回路串电抗启动和Y-△启动更为灵活，在容量较大的鼠笼式异步电动机中得到广泛的应用。但采用该方法投资大，启动设备体积也大，而且不允许频繁启动。

【例4.5】 一台异步电动机，额定数据为PN=10kW，nN=1450r/min，△连接，UN=380V，cosφ=0.87，效率为0.9，Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，试求：

（1）额定电流及额定转矩。

（2）采用Y-△换接降压启动时的启动电流和启动转矩；当负载转矩为额定转矩的50%和30%时，能否采用Y-△换接降压启动？

（3）如果用自耦变压器降压启动，当负载转矩为额定转矩的88%时，应在什么地方抽头？启动电压为多少？启动电流为多少？

解：（1）电动机额定电流

电动机额定转矩

（2）采用Y-△换接降压启动时。

启动电流

启动转矩

当负载转矩为50%TN时：

由于32.93＞30.74，即TL1＞TstY，所以当负载转矩为0.5TN时不能采用Y-△启动。

当负载转矩为0.3TN时：

即1.1TL2＜TstY，所以当负载转矩为30%TN时可以采用Y-△启动。

（3）设变压器变比抽头为k，则

得k≥0.79，选用变压器抽头比为80%。

3.软启动

三相鼠笼异步电动机的软启动是一种新型启动方法。软启动是利用串接在电源和电动机之间的软启动器，它使电动机的输入电压从零伏或低电压开始，按预先设置的方式逐渐上升，直到全电压结束。控制软启动器内部晶闸管的导通角，从而控制其输出电压或电流，达到有效控制电动机启动的目的。

软启动在不需要调速的各种场合都适用，特别适合各种泵类及风机类负载，也用于软停止。以减轻停机过程中的振动，如减轻液体溢出。