三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计

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1、前言绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它可用在重载和频繁启动的生产机械上。1.设计要求三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计，学习和掌握三相异步电动机的启动特性，起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任何一台电动机，在起动时，都有下列两个基本的指标要求：（1）起动转矩要足够大堵转状态时电动机刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S点。这时的转差s=1,转速n=0,对应

2、的电磁转矩T称为起动转矩。堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在T>T<一般要求T>（1.1～1.2）T，电动机才能起动起来。T大，电动机才能重载起动；T小，电动机只能轻载，甚至空载起动。所以只有T≧T时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求T>（1.1～1.2）T。T越大于T，起动过程所需要的时间就越短。（2）起动电流不要超过允许范围对三相异步电动机来说，由于起动瞬间s=1，旋转磁场于转子之间的相对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大，所以起动电流远大于额定电流。在

3、电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，造成供电电压的明显下降，不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间。此外在起动过于频繁时，还会引起电动机过热。在这两种情况下，就必须设法减小起动电流。2.方案设计常见的三相绕线转子异步电动机的起动方法：（1）转子回路串接频敏电阻器起动对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。（2）转子串电阻

4、分级起动一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T起动。当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少起动电流，而且可以增大起动转矩，因而，要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。3.单元电路设计、参数计算和器件选择3.1单元电路设计（1）转子回路串接频敏电阻器起动的电路设计接触器触点K断开时，电机转子串入频敏变阻器启动。启动过程结束后，接触器触点K再闭合，切除频

5、敏变阻器，电机进入正常运行。图3.1绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成，用表示。主要表现在以下两点：1）频率为50Hz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，即限制了启动电流，又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。2）频率为50Hz的电流通过时，。因频敏变阻器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转子回路功率因数提高了。频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。启

6、动结束后，转子回路电流频率很低，很小，近似为零，频敏变阻器自动不起作用。这时，可闭合接触器触点K来切除频敏变阻器。图3.2转子串频敏变阻器的机械特性1-固有机械特性2-人为特性(2)转子串电阻分级起动为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图8.13所示。1)接触器触点K1、K2、K3全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻，电动机开始启动。启动点为机械特性曲线3上的a点，启动转矩TTL(负载转矩

7、)电动机加速到b点时，T=T2>TL，为了加速起动过程，接触器K3闭合，切除起动电阻R3，特性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c点，使该点T=T1。3)因Ts1>TL，转速沿曲线1继续上升，到d点时K2闭合，R2被切除，电动机运行点从d转变到特性曲线1上的e点。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线3加速，经h点，最后稳定运行于j点(T=TL)。3.2参数计算转子串电阻起动电阻的计算:起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。下面仅对解析法进行分析。为简化计算，机械特性

8、采用实用表达式简化后的近似表达式为根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在线性段有下列两个结论：三相异步电动机各阻值电阻若干频敏电阻器4.电路的工作原理三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子