【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)的人為特性在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)機(jī)端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低 ,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時(shí)的相似，如圖 所示。圖中實(shí)線 1 為降低電源電壓的人為特性，虛線 2 為定子電路串入電阻R1S 或電抗 X1S 的人為特性。從圖中可看出，所不同的是定子串入 R1S 或 X1S 后的最大轉(zhuǎn)矩要比直接降低電源電壓時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩大一些，這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的上升和啟動(dòng)電流的減小，在 R1S 或 X1S 上的壓降減小，加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的端電壓自動(dòng)增大，致使最大轉(zhuǎn)矩大些；而降低電源電壓的人為特性在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，定子繞組的端電壓是恒定不變的。523）改變定子電源頻率時(shí)的人為特性改變定子電源頻率 f 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響是比較復(fù)雜的，下面僅定性地分析 n = f (T) 的近似關(guān)系。根據(jù)并注意到上列式中 X 20 ∝ f， K ∝ 1/ f ，且一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩Tmax 保持為恒值，為此在改變頻率 f 的同時(shí)，電源電壓 U 也要作相應(yīng)的變化，使 U / f = 常數(shù)，這在實(shí)質(zhì)上是使電動(dòng)機(jī)氣隙磁通保持不變。在上述條件下就存在有 n0 ∝ f ， Sm ∝ 1/ f ，Tst ∝ 1/ f 和 Tmax 不變的關(guān)系，即隨著頻率的降低，理想空載轉(zhuǎn)速 n0 要減小，臨界轉(zhuǎn)差率要增大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要增大，而最大轉(zhuǎn)矩基本維持不變，如圖 。 534）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為特性在三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻 R2r 后［見(jiàn)圖(a)］，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為 R2 + R2r 。根據(jù)R2r 的串入對(duì)理想空載轉(zhuǎn)速 n0 、最大轉(zhuǎn)矩 T max 沒(méi)有影響，但臨界轉(zhuǎn)差率Sm 則隨著 R2r 的增加而增大，此時(shí)的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖 (b)所示。54一、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性1．生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的主要要求（ 1）有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常啟動(dòng)。即要求電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。一般場(chǎng)合下希望啟動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。（ 2）在滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動(dòng)電流越小越好。因?yàn)檫^(guò)大啟動(dòng)電流的沖擊，對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身都是不利的。對(duì)電網(wǎng)而言 ，它會(huì)引起較大的線路壓降，特別是電源容量較小時(shí)，電壓下降太多，會(huì)影響接在同一電源上的其他負(fù)載，例如影響到其他異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行甚至停車；對(duì)電動(dòng)機(jī)本身而言 ，大的啟動(dòng)電流將在繞組中產(chǎn)生大的損耗，引起發(fā)熱，加速電動(dòng)機(jī)繞組絕緣老化，且在大電流沖擊下，電動(dòng)機(jī)繞組端部受電動(dòng)力的作用，有發(fā)生位移和變形的可能，容易造成短路事故。（ 3）要求啟動(dòng)平滑，即要求啟動(dòng)時(shí)加速平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。（ 4）啟動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。（ 5）啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗越小越好。其中，（ 1）和（ 2）兩條是衡量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的主要技術(shù)指標(biāo)。5． 4 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性552．異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性（ 1）啟動(dòng)電流大：異步電動(dòng)機(jī)在接入電網(wǎng)啟動(dòng)的瞬時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最快的相對(duì)速度（即同步轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出很大的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流，一般啟動(dòng)電流 Ist 可達(dá)額定電流 I N 的 5～ 7倍，（ 2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，雖然啟動(dòng)電流很大，但因啟動(dòng)時(shí) S = 1 ，轉(zhuǎn)子功率因數(shù) cos? 2 很低，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst =KmΦI 2st cos? 2st 卻不大，一般 Tst = ( ~ )TN 。異步電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性如圖 所示。顯然，異步電動(dòng)機(jī)的這種啟動(dòng)性能和生產(chǎn)機(jī)械的要求是相矛盾的，為了解決這些矛盾，必須根據(jù)具體情況，采取不同的啟動(dòng)方法。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)有 直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng) 兩種方法，線繞式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法常用的有逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法和頻敏變阻器啟動(dòng)法。采用什么啟動(dòng)方法，要根據(jù)實(shí)際情況而定。 56二．異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)（全壓?jiǎn)?dòng)）直接啟動(dòng)就是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過(guò)閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行。1． 特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的工作電壓和啟動(dòng)電壓相等。2． 直接啟動(dòng)的條件由于直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動(dòng)，有關(guān)供電、動(dòng)力部門都有規(guī)定，主要取決于電動(dòng)機(jī)的功率與供電變壓器的容量之比值。分三種情況：（ 1）獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的 20%時(shí)允許直接啟動(dòng)；（ 2）獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的 30%時(shí)也允許直接啟動(dòng)；（ 3）如果沒(méi)有獨(dú)立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，滿足下列關(guān)系則可直接啟動(dòng)。57例 ：有一臺(tái)要求經(jīng)常啟動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，其 PN = 20kW，Ist / I N = ，如果供電變壓器（電源）容量為 560kVA，且有照明負(fù)載，問(wèn)可否直接啟動(dòng)？同樣的 Ist / I N 比值，功率為多大的電動(dòng)機(jī)則不允許直接啟動(dòng)？58鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 。表 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接啟動(dòng)因無(wú)需附加啟動(dòng)設(shè)備，且操作和控制簡(jiǎn)單、可靠，所以，在條件允許的情況下應(yīng)盡量采用，考慮到目前在大中型廠礦企業(yè)中，變壓器容量已足夠大，因此，絕大多數(shù)中、小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)都采用直接啟動(dòng)。59三．定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng)異步電動(dòng)機(jī)采用定子串電阻或電抗器的降壓?jiǎn)?dòng)原理接線圖如圖 所示。啟動(dòng)時(shí)，接觸器 1KM 斷開(kāi)， KM 閉合，將啟動(dòng)電阻 Rst 串入定子電路，使啟動(dòng)電流減小；待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將 1KM 閉合， Rst 被短接，電動(dòng)機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。這種啟動(dòng)方法的缺點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方關(guān)系下降，其機(jī)械特性見(jiàn)圖 所示，故它只適用于空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合；不經(jīng)濟(jì)，在啟動(dòng)過(guò)程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，若采用電抗器代替電阻器，則所需設(shè)備費(fèi)較貴，且體積大。60四． Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)的接線圖如圖 所示。啟動(dòng)：觸點(diǎn) KM 和 1KM 閉合， 2KM 斷開(kāi)，將定子繞組接成星形接入電網(wǎng)而啟動(dòng)；運(yùn)行：待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將 1KM 斷開(kāi)， 2KM 閉合，將定子繞組接成三角形接入電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完成而轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。Y ? Δ 啟動(dòng)方法適用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的情況。設(shè) U1 為電源線電壓， IstY 及 IstΔ 為定子繞組分別接成星形及三角形的啟動(dòng)電流（線電流）， Z 為電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有即定子接成星形時(shí)的啟動(dòng)電流等于接成三角形時(shí)啟動(dòng)電流的 1/3，而接成星形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，接成三角形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，所以，TstY = TstΔ/ 3 ，即 Y 連接降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有 Δ 連接直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3。所以61Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)方法的特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、啟動(dòng)電流?。粏?dòng)轉(zhuǎn)矩小，且啟動(dòng)電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)，故只適用于空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合；只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組 Δ 接線的異步電動(dòng)機(jī)。由于這種方法應(yīng)用廣泛，我國(guó)已專門生產(chǎn)能采用 Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)，其定子額定電壓為 380V，即電源的線電壓，連接方法為 Δ 。62五．自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的原理接線圖如圖 (a)所示。啟動(dòng)： 1KM， 2KM 閉合， KM 斷開(kāi)，三相自耦變壓器 T 的三個(gè)繞組連成星形接于三相電源，使接于自耦變壓器副邊的電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)：運(yùn)行：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值后， 1KM， 2KM 斷開(kāi)，自耦變壓器 T 被切除，同時(shí) KM 閉合，電動(dòng)機(jī)接上全電壓運(yùn)行。圖 (b)為自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的一相電路。63由變壓器的工作原理知：副邊電壓與原邊電壓之比為， U2 = KU1 ，啟動(dòng)時(shí)加在電動(dòng)機(jī)定子每相繞組的電壓是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 K 倍，因而電流 I 2 也是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 K 倍，即I2 = KIst（注意： I 2 為電動(dòng)機(jī)定子電流，即變壓器副邊電流。 Ist 為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，即全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電網(wǎng)的供電電流）；而變壓器原邊電流I1 = KI 2 = K2Ist ，即此時(shí)電網(wǎng)供電電流 I1 是直接啟動(dòng)時(shí)電流 Ist 的K 2 倍。64特點(diǎn)：與 Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)情況一樣，只是在 Y ? Δ 降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 K = 1/ 3 為定值，而自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的 K 是可調(diào)節(jié)的，這就是此種啟動(dòng)方法優(yōu)于 Y ? Δ 啟動(dòng)方法之處，當(dāng)然它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 K 2 倍。變壓器的體積大、重量重、價(jià)格高、維修麻煩，且啟動(dòng)時(shí)自耦變壓器處于過(guò)電流（超過(guò)額定電流）狀態(tài)下運(yùn)行，因此，不適于啟動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)。所以，它在啟動(dòng)不太頻繁，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大、容量較大的異步電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較為廣泛。通常把自耦變壓器的輸出端做成固定抽頭（一般有 K=80%、 65%和 50%三種電壓，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇）、連同轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（圖 中的 KM， 1KM 和2KM）和保護(hù)用的繼電器等組合成一個(gè)設(shè)備，叫啟動(dòng)補(bǔ)償器。65六、延邊三角形啟動(dòng)延邊三角形啟動(dòng)法就是在啟動(dòng)時(shí)使定子繞組的一部分作三角形連接，另一部分作星形連接，如圖 (a) 所示。從啟動(dòng)時(shí)定子繞組連接的圖形來(lái)看，就好像將一個(gè)三角形三邊延長(zhǎng)了一樣，因此，稱為“延邊三角形 ”。啟動(dòng)時(shí)將定子繞組接成延邊三角形，啟動(dòng)完了后將定子繞組換接成如圖 (b)所示的三角形。 從圖 (a)可看出啟動(dòng)時(shí)每相繞組的電壓低于作三角形連接直接啟動(dòng)時(shí)的電壓，也是屬于降壓?jiǎn)?dòng)，不過(guò)，這種接法與 Y ? Δ 換接啟動(dòng)法比，延邊三角形接法的相電壓較 Y 接法的大，所以，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都較大，具體大多少，則由星形部分繞組與三角形部分繞組匝數(shù)之比來(lái)確定。由于這種啟動(dòng)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組的出線有特殊的要求，所以用得不是很多，這里就不作進(jìn)一步的分析了。66七、線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)電流大，因此不能滿足某些生產(chǎn)機(jī)械需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低啟動(dòng)電流的要求。線繞式異步電動(dòng)機(jī)由于能在轉(zhuǎn)子電路中串電阻，因此具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的啟動(dòng)電流，即具有較好的啟動(dòng)特性。在轉(zhuǎn)子電路中串電阻的啟動(dòng)方法常用的有兩種：逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法和頻敏變阻器啟動(dòng)法。1．逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法采用逐極切除啟動(dòng)電阻的方法，其目的和啟動(dòng)過(guò)程與 167。 中他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法相似，主要是為了使整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)能保持較大的加速轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)過(guò)程如下：如圖(a)所示：67啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，觸點(diǎn)1KM， 2KM， 3KM 均斷開(kāi)，啟動(dòng)電阻全部接入， KM 閉合，將電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖 (b)中曲線 Ⅲ 所示，初始啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 TA ，加速轉(zhuǎn)矩Ta1 = TA ?TL ，這里 TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在加速轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速沿曲線 Ⅲ 上升，軸上輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)下降，當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降至 TB 時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩下降到 Ta2 = TB ?TL ，這時(shí)，為了使系統(tǒng)保持較大的加速度，讓 3KM 閉合，使各相電阻中的 Rst3 被短接（或切除），啟動(dòng)電阻由 R3 減為 R2 ，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線由曲線 Ⅲ 變化到曲線 Ⅱ ，只要 R2 的大小選擇合適，并掌握好切除時(shí)間，就能保證在電阻剛被切除的瞬間電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩重新回升到 TA ，即使電動(dòng)機(jī)重新獲得最大的加速轉(zhuǎn)矩。以后各段電阻的切除過(guò)程與上述相似，直到轉(zhuǎn)子電阻全部被切除，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在固有機(jī)械特性曲線上，即圖中曲線 Ⅳ 上相應(yīng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 的點(diǎn) 9，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 682．頻敏變阻器啟動(dòng)法采用逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法來(lái)啟動(dòng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以由手動(dòng)操作 “啟動(dòng)變阻器 ”或 “鼓形控制器 ”來(lái)切除電阻，也可以用繼電器 接觸器自動(dòng)切換電阻，前者很難實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)要求，且對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度不利；后者則增加附加設(shè)備等費(fèi)用，且維修較麻煩。因此，單從啟動(dòng)而言，逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法不是很好的方法。若采用頻敏變阻器來(lái)啟動(dòng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)，則既可自動(dòng)切除啟動(dòng)電阻，又不需要控制電器。頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心由一定厚度的幾塊實(shí)心鐵板或鋼板疊成，一般做成三柱式，每柱上繞有一個(gè)線圈，三相線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，如圖 所示。頻敏變阻器為什么能取代啟動(dòng)電阻呢？ 因在頻敏變阻器的線圈中通過(guò)轉(zhuǎn)子電流，它在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，在交變磁通的作用下，鐵心中就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流使鐵心發(fā)熱，從電能損失的觀點(diǎn)來(lái)看，這和電流通過(guò)電阻發(fā)熱而損失電能一樣，所以，可以把渦流的存在看成是一個(gè)電阻 R 。另外，鐵心中交變的磁通又在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，阻礙電流流通，因而有感抗 X（即電抗）存在。所以，頻敏變阻器相當(dāng)于電阻 R 和電抗 X 的并聯(lián)電路69啟動(dòng)過(guò)程中頻敏變阻器內(nèi)的實(shí)際電磁過(guò)程如下：?jiǎn)?dòng)開(kāi)始時(shí)， n = 0,S = 1，轉(zhuǎn)子電流的頻率（ f2 = Sf )高，