三相交流异步电机的起动

电机接通三相电源后， 开始起动， 转速逐渐增高， 一直到达稳定转速为止， 这一过程称为起动过程。 在生产过程中， 电机经常要起动、 停车， 其起动性能的优劣对生产有很大的影响， 所以， 要考虑电机起动性能， 选择合适的起动方法至关重要。

三相交流异步电机的起动性能， 包括起动电流、 起动转矩、 起动时间和起动设备的经济性、 可靠性等， 其中最主要的是起动电流和起动转矩。 起动性能的具体要求如下：

（1） 电机应有足够大的起动转矩， 以使起动时间尽量短；

（2） 在保证足够的起动转矩的前提下， 起动电流尽可能小；

（3） 转速尽可能平滑上升， 减少对电机及负载的冲击；

（4） 起动设备尽量简单、 经济、 可靠、 维护方便。

下面分析三相笼型异步电机的起动方法。

一、 直接起动

直接起动也称全压起动， 这种方法是在定子绕组上直接加上额定电压来起动的， 其电路如图1－71所示。这是最简单的起动方法，起动过程不需要复杂的起动设备， 但是它的起动性能与要求的起动性能相反， 如下所示。

图1－71 三相笼型异步电机机直接起动接线图

1. 起动电流过大

电机起动时，转差率s＝1，旋转磁场以最大的相对转速切割绕组。此时转子的感应电动势最大，转子电流也最大，而定子绕组中便跟着出现很大的起动电流Ist，其值约为额定电流的4～7倍。

2. 起动转矩不大

由以上分析可见， 笼型异步电机的直接起动， 起动电流大， 起动转矩不大， 这样的起动性能是不理想的。 过大的起动电流会使电源内部及供电线路上的电压降增大， 这不仅会给电机本身带来不利影响， 也会致使电网电压下降， 因而影响接在同一线路的其他负载的正常工作， 例如， 使附近照明灯亮度减弱， 使邻近正在工作的异步电机的转矩减小等。

因此直接起动一般只适用于小容量的异步电机。 对于较大容量的异步电机， 一般情况下可根据下列经验公式来确定起动方式：

式中，SN为电源变压器的容量（k V·A）；PN为三相交流异步电机的额定功率（k W）；Ist为起动电流（A）；IN为电机的额定电流（A）。

若式（1－77） 成立，则电机可以直接起动， 否则必须采用相应的措施减压后再进行三相异步电机的起动。

二、 降压起动

降压起动的目的是限制起动电流。 这种方法是在起动时利用起动设备， 使加在电机定子绕组上的电压小于额定电压， 待电机转速升到一定数值时， 再给电机上加额定电压， 保证电机在额定状态下稳定工作。 所以在降压起动时， 起动转矩也大大降低了。 因此， 这种方法仅适用于电机在空载或轻载情况下的起动。

常用的降压起动方法有下列几种。

1. 定子绕组串接电阻起动

定子绕组串接电阻起动就是电机起动时在其定子绕组上串接对称的电阻， 其接线图如图1－72所示。

起动时， 通过控制设备使接触器KM1的主触头闭合， 在电机的定子绕组中串入电阻R，随着电机转速的升高， 接触器KM1主触头断开， 同时接触器KM2主触头闭合， 切除串接在定子绕组上的电阻。

设电机在额定电压UN下的起动电流为Ist，起动转矩为Tst；串入电阻R后的定子电压为U1，这时的起动电流为Ist1，起动转矩为Tst1，设电压下降倍数为K（K＞1），则

由于起动电流与起动电压成正比， 起动转矩与起动电压的平方成正比， 所以有：

图1－72 定子绕组串接电阻起动接线图

2. －△减压起动工作原理

起动时， 先将电路接成星形， 起动后再改成三角形， 由于绕组星形连接时的电压比绕组三角形连接时的电压低，所以整个过程在低电压下起动，在高电压下运行。 －△减压起动接线图如图1－73所示。

图1－73 定子绕组 －△起动接线示意

由于电动机－△减压起动时定子绕组为星形连接，绕组上所加的电压为相电压，起动完成后定子绕组为三角形连接， 此时定子绕组上的电压为线电压， 所以有

式中，Ust2为－△减压起动时的起动电压，Ist2为－△减压起动时的起动电流，Tst2为－△减压起动时的起动转矩。

由上述分析可以看出，－△减压起动时，起动电流和起动转矩都降为直接起动

Y－△减压起动操作方便，起动设备简单，因此应用广泛。但它仅适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电机，由于起动转矩为直接起动时的故这种方法多用于空载或轻载时的起动。

3. 自耦变压器降压起动

自耦变压器为三相中心抽头的变压器， 异步电机应用该方法起动时， 自耦变压器的一次侧接电源， 二次侧接电机定子绕组； 运行时， 自耦变压器被切除， 电机定子绕组直接接到电源上。自耦变压器减压起动的接线示意如图1－74所示。

图1－74 自耦变压器降压起动接线示意

设自耦变压器的电压比为K（K＞1），设电机在额定电压UN下的起动电流为Ist，起动转矩为Tst； 串入自耦变压器后的定子电压为U1， 这时的起动电流为Ist3， 起动转矩为Tst3，则

采用自耦变压器减压起动时，起动电流和起动转矩都降低到直接起动的1／K2。

自耦变压器减压起动适用于容量较大的低压电动机， 应用这种方法可以获得较大的起动转矩， 且自耦变压器的二次侧一般有三个抽头， 可以根据需要选用。 这种起动方法在10k W以上的三相交流异步电机中得到了广泛的应用。

［例1－12］ 有一台Y250M－4三相异步电机，额定功率PN＝55k W，额定电流IN＝103A，KI＝Ist／IN＝7，KT＝Tst／TN＝2，若带有0.6倍额定负载转矩起动，宜采用－△起动还是自耦变压器起动 （抽头为65％和80％）

解：（1） 若选用－△起动，则

起动电流为：Ist1＝Ist＝×7×IN＝2.33IN

起动转矩为：Tst1＝Tst＝×2×TN＝0.667TN

由于起动转矩0.667TN＞0.6TN负载转矩，因此可以起动。

（2） 若选用抽头为65％的自耦变压器起动， 则

起动电流为：Ist2＝0.652Ist＝0.652×7×IN＝2.96IN

起动转矩为：Tst2＝0.652Tst＝0.652×2×TN＝0.845TN

由于起动转矩0.845TN＞0.6TN负载转矩，因此可以起动。

（3） 若选用抽头为80％的自耦变压器起动， 则

起动电流为：Ist3＝0.82Ist＝0.82×7×IN＝4.48IN

起动转矩为：Tst3＝0.82Tst＝0.82×2×TN＝1.28TN

由于起动转矩1.28TN＞0.6TN负载转矩，因此可以起动。

结论：三者比较可以看出起动转矩均满足起动的需要，但是对于起动电流来说－△减压起动的起动电流更小一些，因此在确保能够起动的前提下选择起动电流较小的－△减压起动方法较为合适。