如何启动二、三相异步电动机？

电动机接通电源后,从转速为零瞬间开始直到转速稳定为止的过程称为启动过程,简称启动。

1.启动中的问题

启动开始瞬间,n=0,即s=1,旋转磁场以最大的相对速度n0切割转子导体,转子电动势达到最大。将使转子中的电流极大,这时的定子线电流(启动电流Ist)也将增大到额定电流IN的4～7倍,即Ist=(4～7)IN。

这样大的启动电流,将导致供电电压的显著下降,致使接在同一电网的其他负载不能正常工作。

另一方面,启动时的转子感抗为(设sN=0.05)

X20是额定运行时转子感抗X2N的20倍,启动时转子电路的功率因数很低,虽然启动电流很大,启动转矩却不大。

综上所述,异步电动机启动时存在的主要问题是启动电流大、功率因数低、启动转矩小等。为此,要采取适当的启动方法。

2.启动方法

(1)直接启动(全压启动)。直接给电动机加上额定电压的启动方法称为直接启动或全压启动。

电动机采用直接启动方法是有条件的,应严格按照电力规程执行。一般要求启动时的电网电压降应不大于电网电压的10%,有照明负载时,电网电压降应不大于电网电压的5%。有专用变压器供电时,电动机不经常启动,其容量应不大于变压器容量的30%;启动频繁时,其容量应不大于变压器容量的20%。

(2)降压启动。对于容量较大的笼型异步电动机,在不允许直接启动的情况下,需采用降压启动,就是在启动时降低加在电动机定子绕组上的电压,以降低启动电流。常用的降压启动方法如下:

1)Y—△换接启动。电动机在正常运行时其定子绕组是三角形连接的,启动时可把它接成星形,待转速接近稳定转速时再换接成三角形。这种启动方法称为Y—△启动,如图6-25所示。

图6-25　Y—△换接启动

如果电源线电压为U1,Z为启动时定子每相的等效阻抗,则Y接降压启动时的线电流为

△接直接启动时的线电流为

比较上列两式,可得

即星形连接的线电流只有三角形连接的1/3。

由于转矩和电压的平方成正比,即T∝U21,因此星形连接的启动转矩也减小到三角形连接直接启动时的

Y—△换接启动只适用于正常运行时三相定子绕组为三角形连接的异步电动机,并且只能在空载或轻载时启动。

图6-25是利用三刀双投开关2Q来实现Y—△换接启动的,还可以用专门的Y—△启动器或用继电接触器控制电路来实现换接。

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图6-26　自耦降压启动

2)自耦降压启动。自耦降压启动是利用三相自耦变压器来降低电动机启动时的端电压,原理电路如图6-26所示。启动时,先合上电源开关(图中未画出),然后将开关Q(手柄)扳到“启动”位置,降低加在定子绕组的电压以限制启动电流。当转速接近额定转速时,迅速将手柄扳到“运行”位置,切除自耦变压器,使电动机定子绕组换接到电源上,在额定电压下进入工作运转。

用作启动的三相自耦变压器也称作启动补偿器,它的低压侧有3组抽头可供选择,其输出电压分别为电源电压的40%、60%、80%(或55%、64%、73%),可根据对启动转矩的要求而选用。用这种设备启动可减小启动电流。例如选用60%抽头的电压启动时,电动机的启动电流(即变压器二次绕组的电流I2)只有直接启动的60%。因变压器一、二次绕组中电流之比等于电压之比的倒数,即I1=所以当选用60%抽头电压启动时=60%),由于启动电流I2只有直接启动时的60%,故自耦变压器一次绕组的电流(即供电线路上的电流)I1只有直接启动时的(60%)2=36%。但启动转矩与定子每相电压的平方成正比,因而此时电动机的启动转矩也相应减小为直接启动的(60%)2=36%。

自耦降压启动适用于容量较大的或正常运行时是Y连接不能采用Y—△启动的笼型异步电动机。

3)绕线转子异步电动机的启动。绕线转子异步电动机的启动,通常采用转子电路串入启动电阻的方法(图6-27)。启动后,随电动机转速的上升将启动电阻逐段切除,达到减小启动电流的目的。同时,转子中串入电阻后,启动转矩相应提高(图6-22),改善了启动性能。所以这种启动方式常用于要求高启动转矩的生产机械上,例如卷扬机、锻压机、起重机及转炉等。

图6-27　绕线转子电动机启动接线图

【例6-1】 Y200L-4型三相异步电动机的额定数据如下。

试求:(1)启动电流Ist。

(2)额定转差率sN。

(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、启动转矩Tst。

(4)若负载转矩为408N·m,当电压在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否启动?

(5)采用Y—△启动时,启动电流和启动转矩各为多少?当负载转矩为额定转矩的80%和70%时,电动机能否启动?

解:(1)因为IN=56.8A,Ist/IN=7,所以

(2)因电动机为Y200L-4型,其磁极数是4,即p=2,则n0=1500r/min(也可以从n=1470r/min判断出n0=1500r/min),所以

(3)

(4)在U=UN时,Tst=428.8N·m＞408N·m,可以启动。

在U=0.9UN时,Tst=0.92×428.8=347.3N·m＜408N·m,所以不能启动。

(5)

当在80%额定负载时,TN×80%=194.9×0.8=155.9N·m＞Tst-Y=142.9N·m,不能启动;而在70%额定负载时TN×70%=194.9×0.7=136.4N·m＜Tst-Y=142.9N·m,可以启动。