三相异步电动机起动方案选择

张乃标

(枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄 277160)

三相异步电动机起动方案选择

张乃标

(枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄 277160)

本文介绍了三相异步电动机的起动性能和常用起动方法的特点,分析了不同负载对电动机起动的要求,推荐了各种负载情况下的优选起动方案.

电动机;起动;方案选择＊

0 引言

由于电能的生产、储存、输送和分配比较方便,电动机的类型和规格繁多,性能各异,可以充分地满足各类生产机械的需要,并且电机易于控制,便于实现自动化,因此绝大多数生产机械都采用电动机拖动.因为异步电动机结构简单、价格便宜,而且性能良好、运行可靠,所以电力拖动系统中应用最多的是三相异步电动机.每台电动机都存在着起动问题,面对不同的负载要使电动机顺利起动并实现经济运行就必须选择合理的起动方案.

1 三相异步电动机的起动性能

1.1 起动性能指标

三相异步电动机的起动性能包括下列几项:(1)起动电流倍数;(2)起动转矩倍数; (3)起动时间;(4)起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热;(5)起动设备的简单性和可靠性;(6)起动时的过渡过程.其中最重要的是起动电流和起动转矩的大小.

1.2 起动性能分析

普通的三相异步电动机直接起动时,往往起动电流Ist很大,而起动转矩Tst较小.因为三相异步电动机的电磁转矩T=CTΦmI2coφs2,其中转子电流转子功率因数co sφ2转矩常数C由电机结构决定,Φ为电机气隙磁场磁通最Tm大值.上述公式中s为转差率,R2为转子电阻,X2、E2分别为转子静止时的电抗和电动势.

由于起动时转差率较大(起动瞬间s=1),转子功率因数很小,所以起动转矩不大,但转子绕组中

的电流很大,从而使得定子绕组中的电流相应增大,一般为额定电流的4～7倍,这么大的起动电流起动瞬间将产生较大的压降,使电网电压波动过大,影响电网上其它电机和设备的正常运行,而且过大的起动电流会使电机本身受到电磁力的冲击,如果经常起动便造成绕组过热而使绝缘老化,减少使用寿命,而起动转矩不够将使电动机根本无法起动.

2 常用起动方法性能比较

2.1 三相鼠笼型异步电动机常用起动方法比较

起动方法全压起动ㄚ-Δ转换减压定子电路串电阻或电抗减压自耦变压器减压定子线电压UNUNkUNKAUN定子相电压UNP1 3UNkUNPKAUNP定子相电流I1PI1Pk I1PKAI1P定子线电流I11 3 13 I1k I1KA1t电源电流I113I1k I1K2AI1起动转矩Tst13Tstk2TstK2ATst特点简单方便, Ist大,Tst不大.设备简单,费用低,Ist较小,Tst小.费用较大,Ist较小,Tst较大.可灵活选择电压. Ist较小,Tst较小;串接电阻时损耗大.

表中k为起动电压与额定电压之比,KA为自耦变压器的降压比.

2.2 三相绕线型异步电动机常用起动方法比较

起动方法转子电路串固体电阻转子电路串频敏电阻转子电路串液体电阻起动电流小较大小起动转矩大较小大起动时间短较长短允许时间较短短长能量消耗较低较高低起动温升较高高低平滑性差较好好适应范围较小小广

3 不同负载情况下的起动方案选择

3.1 小功率三相异步电动机的轻载起动

小功率电动机的起动电流尽管可能达到额定电流的7倍,但与电源容许电流相比是较小的,不会对电网造成过大的冲击,而轻载起动需要的起动转矩又比较低,因此小功率三相异步电动机(一般规定7.5kW以下)轻载时可以直接起动(全压起动),7.5 kW以上必须满足如下条件:

如果不能满足上述要求或起动过于频繁者,必须采取措施以限制起动电流.

3.2 大功率三相异步电动机的轻载起动

大功率电动机起动时会对电网造成比较大的冲击,因此这时的主要问题是电流,降低电流的方法主要靠降低电压.起动电流:

式中U1为定子相电压,R′2、X′2为等效折算到定子侧的转子电阻和转子电抗.

降压起动时,起动电流与定子电压成比例降低,待转速升高到一定值,恢复全电压.起动转矩:

式中KT是由电机结构决定的常数,p为电机极对数,f1为定子电压频率.

可见通过降低电压减小起动电流时,起动转矩也随之减小,而且比起动电流降低的幅度更大,因此减压起动只适用于空载或轻载起动的电动机.常用的方法有ㄚ-Δ转换减压、定子电路串电阻或电抗减压、自耦变压器减压.

ㄚ-Δ转换减压起动,设备简单、体积小、无损耗,起动电流小,但起动转矩小,不能按不同的负载选择起动电压,且只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机.定子串电阻或电抗减压起动方法简单,但串电阻起动耗能较多,主要用于低压电动机,串电抗起动投资较大,主要用于高压大功率电动机.自耦变压器减压起动不受电动机绕组连接的影响,可以根据需要选择分接头,但设备体积大,投资高,维护麻烦,适用于容量较大带较重负载起动且不频繁的场合.

3.3 小功率三相异步电动机的重载起动

这种情况的主要问题是起动转矩不足,而小功率三相异步电动机一般为鼠笼型,解决的办法是用特殊电机获得高起动转矩,主要有高转差率电机、深槽式电机和双笼型电机.从上述起动电流公式和起动转矩公式可以看出,增大转子电阻既可限制起动电流又可提高起动转矩.

高转差率异步电动机的转子导条不是普通的铝条,而是采用电阻率较高的铝合金.这种电机过载能力强,但功率因数低,正常运行时损耗较大,效率较低.所以只适用于频繁起动的场合,主要是起重运输机械.深槽式异步电动机是利用起动过程中转子导条内的集肤效应使起动时的转子电阻增大,改善起动性能又不降低正常运行效率,但功率因数和过载能力有所降低,适用于需要重载起动而对过载能力要求不高的场合.双笼型异步电动机利用集肤效应改善了起动性能,又保证了基本的运行性能,但电机价格较高,一般用于要求起动转矩较高的场合.

3.4 大功率三相异步电动机的重载起动

此种情况下既要有较高的起动转矩又要限制起动电流,若高起动转矩的笼型异步电动机不能满足要求,可以采用绕线型异步电动机,在转子电路中串联合适的电阻,既可提高起动转矩又能降低起动电流.因而,要求起动转矩大或起动频繁的生产机械常采用绕线型异步电动机拖动.大功率电动机一般为绕线型.

三相绕线型异步电动机常用的起动方法有转子串固体电阻、频敏电阻或液体电阻.大功率绕线型异步电动机转子串固体电阻起动,不能无级调节,起动不够平滑.为了减小冲击,应在转子回路中串入多级对称电阻,并随着转速的升高逐渐切除起动电阻,因此设备投资大,操作、维修不便.串频敏电阻器起动,结构简单、维护方便,可以无级调节,但起动电流较大、功率因数低,使起动转矩受到限制,且不同容量的电动机要配不同规格的频敏变阻器.转子回路串液体电阻,能连续无级调节使电机平滑起动,具有起动转矩大、起动电流小、起动时间短、功率因数高、噪声小、温升低、结构简单的特点,并且可以通过调节液体浓度来改变阻值,使一台起动器适应不同功率的电动机,因此是大功率电动机重载起动的首选方案.

4 结语

三相异步电动机的起动存在两种矛盾:一是电动机起动电流大,供电网络承受冲击电流能力有限;二是电动机起动转矩小,而负载要求有足够的起动转矩.我们总是希望在起动电流比较小的情况下,能获得较大的起动转矩.为了使电动机能够顺利起动又不对电网造成冲击,并考虑电机的经济运行及投资和使用费用等,应针对不同的负载情况和对起动条件的要求,结合实际情况对起动方案做出合理的选择.

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AbstractThis paper introduces the three-phase asynchronous motor and the start-up of commonly used method of starting the characteristics of the different load requirements of the motor starter,recommended under various load conditions Optimization Start programme.

Keywords:Motor Starting Options

Three-phase Asynchronous Motor Starter Options

ZHANG Nai-biao
(Physics Department,Zaozhuang College,Zaozhuang 277160,China)

TM 918

A

1004-7077(2010)02-0098-04

2009-11-06

张乃标(1964-),男,山东郯城人,枣庄学院物理与电子工程系工程师,主要从事电机电器控制及节能研究.

[责任编辑:陈庆朋]