三相鼠笼式异步电动机起动方法

笼型异步电动机的起动方法有两种：直接起动和降压起动。下面分别进行介绍。

1.直接起动

直接起动是起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，所以也称为全压起动。这是一种最简单的起动方法，但起动性能不能满足实际要求，原因如下：

（1）起动电流Ist过大。电动机起动瞬间的电流称为起动电流，用Ist表示。起动电流倍数ki=Ist/IN=4～7。起动电流大的原因是：刚起动时，n=0，s=1，转子感应电动势很大，所以转子起动电流很大，一般可达转子额定电流的5～8倍。根据磁动势平衡关系，起动时定子电流也很大，一般可达定子额定电流的4～7倍。这么大的起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）起动转矩Tst不大。对于普通笼型异步电动机，起动转矩倍数kst=Tst/TN=1～2。为什么异步电动机直接起动时起动电流很大，而起动转矩并不大呢？这是由于起动时，n=0，s=1，f2=f1，转子漏抗很大，所以转子的功率因数很低（一般只有0.3左右）；同时，由于起动电流大，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，所以起动时虽然起动电流很大，但异步电动机起动转矩却并不大。

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

因此直接起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起动。如果电网容量很大，就可允许容量较大的电动机直接起动，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起动。

若不满足上述条件，则采用降压起动。

【例3-2】 有两台三相鼠笼式异步电动机，起动电流倍数都为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起动？

解：根据经验公式，对于第一台电动机

所以允许直接起动。

对于第二台电动机

所以不允许直接起动。

2.降压起动

降压起动是通过起动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压，从而减少起动电流，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起动电流，但由于电动机的转矩与电压的平方成正比，因此降压起动时，虽然减小了起动电流，但起动转矩也大大减小，故此法一般只适用于电动机空载或轻载起动。降压起动的方法有以下几种。

（1）星形-三角形（Y-△）降压起动。星形-三角形换接降压起动指的是起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3-10（a）所示。这种起动方法只适用于正常运行时定子绕组作三角形连接运行的异步电动机。

起动时先将开关S2投向“起动”侧，此时定子绕组接成星形连接，然后闭合开关S1进行起动。由于是星形连接，定子绕组的每相电压为电源电压的，从而实现了降压，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3-10　Y-△降压起动

（a）原理接线图；（b）Y起动；（c）△起动

设电动机的额定电压为UN，电动机每相漏阻抗为Zσ。

△连接时，绕组相电压为电源线电压UN，定子绕组每相起动电流为，而电网供给的起动电流（线电流）为。

Y连接，绕组相电压为，定子绕组每相起动电流为，故降压时电动机的起动电流（线电流）为。

Y形与△形连接起动时，起动电流的比值为

由于起动转矩与相电压的平方成正比，故Y形与△形连接起动的起动转矩的比值为

可见Y-△降压起动的起动电流及起动转矩都减小到直接起动时的1/3。

Y-△连接起动的最大的优点是操作方便，起动设备简单，成本低，但它仅适用于正常运行时定子绕组作三角形连接的异步电动机，因此一般用途的小型异步电动机，当容量大于20kW时，定子绕组一般都采用三角形连接。由于起动转矩只有直接起动时的1/3，起动转矩降低很多，而且是不可调的，因此只能用于轻载或空载起动的设备上。

【例3-3】 一台三相异步电动机，PN=20kW，UN=380V，△形接线，cosφN=0.85，ηN=0.866，nN=1460r/min，Tst/TN=1.5，Ist/IN=6.5，试求：

1）TN。

2）Y-△起动时的起动电流和起动转矩。

解：1）额定电流

额定转矩

2）由于=1.5，直接起动时起动转矩

Tst△=1.5TN=1.5×130.9N·m=196.3N·m

因为

直接起动时起动电流

Ist△=6.5IN=6.5×41.28A=268.32A

Y-△起动时的起动电流

Y-△起动时的起动转矩

图3-11　用电抗器降压起动原理接线图

（2）定子回路串接电抗（电阻）降压起动。定子回路串接电抗（或电阻）降压起动是起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）的一种起动方法，如图3-11所示。

起动时，合上S1，打开S2，这样电抗串入定子回路中，较大的起动电流在起动电抗（或电阻）上产生较大的压降，从而降低了加在定子绕组上的电压，达到了减小起动电流的目的。当转速升高到某一数值时候，再把S2合上，切除电抗（电阻）使电动机在全压下运行。

相对较大的起动电流而言，异步电动机的励磁电流可忽略不计。起动时的转差率s=1，根据异步电动机简化等效电路可得

起动转矩 (www.xing528.com)

由以上两式可以看出，起动电流和电源电压成正比，而起动转矩和电压的平方成正比。

全压起动时的起动电流和起动转矩分别用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

根据Ist∝U，Tst∝U2，则降压后起动电流和起动转矩分别为

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

定子回路串接电抗（电阻）降压起动方式的设备简单、操作方便、价格便宜，但由于串接电阻时要消耗大量电能，故不能用于经常起动的场合，一般用于容量较小的低压电动机。串电抗器降压起动避免了上述缺点，但其设备费用较高，故通常用于容量较大的高压电动机。

【例3-4】 某台异步电动机的额定数据为：PN=125kW，nN=1460r/min，UN=380V，Y形连接，IN=230A，起动电流倍数ki=5.5，起动转矩倍数kst=1.1，过载系数λT=2.2，设供电变压器限制该电动机的最大起动电流为900A，问：

1）该电动机可否直接起动？

2）若采用定子串电抗起动使最大起动电流为900A，能否半载起动？

解：1）直接起动电流 IstN=kiIN=5.5×230A=1265A＞900A

所以不能采用直接起动。

2）定子串电抗器后，起动电流限制为900A，则

由于1.1TL=1.1×0.5TN=0.55TN，而Tst＞1.1TL，所以可以半载起动。

（3）自耦变压器降压起动。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，以减少起动电流，如图3-12所示。

起动时，把合上开关S1，再将开关S2掷于“起动”位置，这时电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机上起动，减少了起动电流，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。

自耦变压器降压起动时的一相电路如图3-12（b）所示。UN是自耦变压器一次侧相电压也是电动机直接起动时的额定相电压；是自耦变压器的二次侧相电压，也是电动机降压起动时的相电压。设自耦变压器的变比为k，则

图3-12　自耦变压器降压起动的原理接线图

（a）接线图；（b）自耦变压器的一相电路

式中：是自耦变压器二次侧的电流，也是电压降至后流过定子绕组的起动电流；是自耦变压器一次侧的电流，也是降压后电网供给的起动电流。设电动机的短路阻抗为Zs，则

直接起动时的起动电流为

降压后自耦变压器二次侧供给电动机的起动电流为

自耦变压器一次侧的电流，即电网提供的起动电流为

由式（3-18）、式（3-19）可得电网提供的起动电流减小倍数为

起动转矩减小倍数为

式（3-21）、式（3-22）表明，采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的。

异步电动机起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，就可以得到不同的起动电流和起动转矩，以满足不同的起动要求。

自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组连接方式的影响，还可根据起动的具体情况选择不同的抽头比，较定子回路串电抗起动和Y-△起动更为灵活，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，起动设备体积也大，而且不允许频繁起动。

为了比较上述三种降压起动方法，现将主要数据列在表3-1中。

表3-1　异步电动机降压起动方法比较

【例3-5】 一台异步电动机，额定数据为PN=75kW，nN=1470r/min，△连接，UN=380V，IN=137.5A，cosφ=0.87，效率为0.9，Ist/IN=6.5，Tst/TN=1.0，拟带半载起动，电网容量为1000kV·A，试选择适当的起动方法。

解：1）直接起动。电网允许电动机直接起动的条件是

因为电动机的ki=6.5＞4，故不能采用直接启动。

2）Y-△降压起动

因为，TstY＜0.5TN，所以不能采用Y-△降压起动。

3）自耦变压器起动。选用QJ2系列，其电压抽头比为55%、64%、73%。

选用55%抽头比时有

可见起动转矩不满足要求。

选用64%抽头比时，计算结果与上相似，起动转矩也不满足要求。

选用73%抽头比时有

可见，选用73%抽头比时，起动电流和起动转矩均满足要求，所以该电动机可以采用73%抽头比的自耦变压器降压起动。

（4）软起动。三相鼠笼异步电动机的软起动是一种新型起动方法。软起动是利用串接在电源和电动机之间的软起动器，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。控制软起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的起动。

软起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。