绕线式异步电动机的起动过程分析

对于绕线式异步电动机，在转子回路串入适当的电阻，既可以减小起动电流，又可以增大起动转矩，因而起动性能比鼠笼式异步电动机好。绕线式异步电动机起动方式分为转子回路串电阻起动和转子回路串频敏变阻器起动两种。

1.转子回路串电阻起动

对于转子回路串电阻起动，为了在整个起动过程中获得较大的加速转矩，并使起动过程比较平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻。起动时，随着转速的升高，逐段切除起动电阻，这与直流电动机电枢回路串电阻起动类似，称为电阻分级起动。虽然增加转子回路电阻，可减少起动电流，增加起动转矩，但起动时转子回路所串电阻并不是越大越好，否则起动转矩反而会减小。

起动接线图和机械特性曲线如图3-13所示。起动过程如下：起动开始时，接触器触点S闭合，S1、S2、S3断开，起动电阻全部串入转子回路中，转子每相电阻为R3=r2+Rst1+Rst2+Rst3，对应的机械特性曲线如图中曲线4所示。起动瞬间，电磁转矩为最大加速转矩T1，且大于负载转矩TL。电动机从a点沿曲线4开始加速，电磁转矩逐渐减小，当减小到T2，如图中b点时，触点S3闭合，切除Rst3。此时转子每相电阻变为R2=r2+Rst1+Rst2，对应的机械特性曲线变为曲线3。切换瞬间，转速n不能突变，电动机的运行点由b点跃到c点，电磁转矩又跃升为T1。此后电动机转子加速，随转速升高，电磁转矩沿曲线3逐渐下降到T2，如图中d点时，触点S2闭合，切除Rst2。此后转子每相电阻变为R1=r2+Rst1，电动机运行点由d点变到e点，电动机转速上升，工作点沿曲线2变化，最后在f点，触点S1闭合，切除Rst1，电动机转子绕组直接短接，电动机机械特性曲线变为曲线1，电磁转矩回升到g点之后，电动机沿固有机械特性曲线加速到负载点h点稳定运行，起动过程结束。

图3-13　三相绕线式异步电动机转子串电阻分级起动

（a）接线图；（b）机械特性曲线

图3-14　转子回路串电阻sm=1时的机械特性曲线

绕线式异步电动机转子回路串电阻可以限制起动电流并获得较大的起动转矩，选择适当电阻可使起动转矩达到最大值，故可以允许电动机在重载下起动。由人为机械特性曲线可知，转子回路串入适当电阻，使sm=1，Tst=Tm，如图3-14所示。

此时有

转子串入电阻折算值为

(www.xing528.com)

串入电阻的实际值Rst为

绕线式异步电动机在分级切除电阻的起动中，电磁转矩突然增加，会产生较大的机械冲击。该起动方法所用的起动设备较复杂、笨重，运行维护工作量较大。

2.转子回路串频敏变阻器起动

绕线式异步电动机采用转子回路串接电阻起动时，若想在起动过程中保持有较大的起动转矩且起动平稳，则必须采用多级电阻起动，这样会使设备很复杂，为了解决这个问题，转子回路可以采用串频敏变阻器起动。

频敏变阻器的结构类似于只有一次侧线圈的三相心式变压器，主要由铁芯和绕组组成，三个铁芯柱上各有一个绕组，一般接成星形，通过滑环和电刷与转子电路相接，频敏变阻器铁芯用几片或十几片厚为30～50mm的钢板制成。

频敏变阻器是根据涡流原理工作的，当绕组通过交流电后，交变磁通在铁芯中产生的涡流损耗和磁滞损耗都较大，由于铁芯的损耗与频率的平方成正比，当频率变化时，铁芯损耗会发生变化，相应铁耗等效电阻rm也随之发生变化，故称为频敏变阻器。转子回路串频敏变阻器的原理图、机械特性曲线和等效电路如图3-15所示。

图3-15　三相绕线式异步电动机转子串频敏变阻器起动

（a）线路原理图；（c）频敏变阻器一相等效电路；（c）机械特性曲线

当绕线式异步电动机刚起动时，电动机转速很低，转子电流频率f2很高，铁芯中涡流损耗及其对应的等效电阻rm最大，相当于转子回路串入了一个较大的起动电阻，起到了限制起动电流和增加起动转矩的作用。在起动过程中，随转子转速上升，转差率减小，转子电流频率f2=sf1随之而减小，于是频敏变阻器的涡流损耗减小，反映铁芯损耗的等效电阻rm也随之减小，这相当于在起动过程中逐渐切除转子回路所串的电阻。起动结束后，转子绕组直接短接，把频敏变阻器从电路中切除。

频敏变阻器相当于一种无触点的变阻器，在起动过程中，频敏变阻器能自动、无级地减小转子电阻，如果参数选择合适，可以保持起动转矩近似不变，从而实现无级平滑起动。串频敏变阻器起动的机械特性曲线如图3-15（c）中曲线2所示，曲线1是电动机固有机械特性曲线。

频敏变阻器的结构较简单，维护方便，起动性能好。其缺点是体积较大，设备较重。由于其电抗的存在，功率因数较低，一般功率因数在0.3～0.7之间，最高也只能达到0.8，起动转矩并不很大。因此，绕线式异步电动机轻载时采用转子串频敏变阻器起动，重载时一般采用转子回路串电阻起动。