三相异步电动机：鼠笼式，绕线式
所谓电动机的起动是指电动机的定子绕组接上电源,转子开始转动,到其转子达到正常运行这一过程。三相异步电动机具有结构简单、运行可靠、坚固耐用、价格便宜、维修方便等一系列优点。与同容量的直流电动机相比,异步电动机还具有体积小,重量轻,转动惯量小的特点。因此,异步电动机得到了广泛的应用。三相异步电动机起动时,由于旋转磁场相对静止的转子导体速度很高,因此转子电路中的感应电动势和由此产生的转子电流很大。转子电流通常可达到其额定值的 5～8 倍,定子电流也相应增加为其额定值的 4～7 倍。过大的起动电流一方面会引起供电线路上很大的压降,影响线路上其他用电设备的正常运行,另一方面电动机频繁起动会严重发热,加速线圈老化,缩短电动机的寿命,此时虽然转子电流很大,但功率因数很低,所以起动转矩也不大。在起动过程当中如何限制起动电流和获得适当的起动转矩,这就对起动电路提出了特殊要求。对不同类型和不同容量的电动机应采用不同的起动方法。三相异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机,二者的构造不同,起动方法也不同,下面对它们的起动控制电路分别加以介绍。
一 .鼠笼式异步电动机直接起动控制
直接起动就是电动机定子绕组加额定电压来起动。这种起动方法的主要优点是简单、方便、经济和起动时间短。它的主要缺点是起动电流对电网的影响较大,影响负载系统正常工作,但这种影响将随电源容量的增大而减少。一般容量在 10kW 以下的笼型男步电动机都采用直接起动。三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用等优点获得了广泛的应用。在生产实际中,它的应用占到了使用电动机的 80％以上。三相笼型异步电动机的控制电路大都由继电器、接触器和按钮等有触点的电器组成,对容量较小,并且工作要求简单的电动机,如小型台钻.砂轮机,冷却泵的电动机,可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。
1.鼠笼式异步电动机降压起动控制
降压起动是指在起动时,在电源电压不变的情况下,通过某种方法(改变连接方式或增加起动设备),降低加在电动机定子绕组上的电压,待电动机起动后,再将电压恢复到额定值。因为电动机的起动电流与电压成正比,所以降低起动电压可以减小起动电流。但电动机的转矩与电压的平方成正比,所以起动转矩也大为降低,因而降压起动只适用于对一起动转矩要求不高或空载、轻载下延动的设备。较大容量的笼型异步电动机(天手 10kWD因重流较大,直接起动电流为其标称额定电流的 4～8 倍,起动转矩为标称额定转矩的 0.5~1.5 倍,所以一般都采用降压方式来起动。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压,起动后再将电压恢复到额定值,使之在正常电压下运行。电枢电流和电压成正比,所以降低电压可以减小起动电流,不至于在电路中产生过大的电压降,减少对线路电压的影响。隆压起动方法有定子电路串电阻(或电抗),尾形-三角形、自耦变压器、延边三角形和使用软起动器等。其中延边三角形方法已基本不用,常用的方法是星形-三角形降压和使用软起动器。
2.星形-三角形减压起动控制电路
中国采用的电网供电电压为 380V,因此,电动机起动时接成Y连接,电压降为额定电压的1/1.732，正常运转时换接成△连接。由电工知识可知：I△＝3IY，因此,Y连接时,起动电流仅为△连接时的1/3,相应的起动转矩也是△连接的1/3。因此, Y-△仅适用于空载或轻载下的起动。现在生产的 Y 系列笼型异步电动机功率在4.0kW以上者均为 380V/660V,△-Y 连接,在需要减压起动时均可采用 Y-△起动。星形三角形减压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。电动机在正常运行时,绕组接成三角形;在电动机起动时,定子绕组首先接成星形,至起动即将完成时再换接成三角形。
星型-三角形减压启动控制电路
3.软起动控制线路
前述几种传统三相异步电动机的起动线路比较简单,不需要增加额外起动设备,但其起动电流冲击一般还很大,起动转矩比较小。在直接起动方式下,起动电流为额定值的4~8 倍,起动转矩为额定值的 0.5～1.5 倍:在定子串电阻降压起动方式下,起动电流为额定值的 4.5 倍,起动转矩为额定值的 0.5～0.75 倍;在星形-三角形起动方式下,起动电流为额定值的 1.8～2.6 倍,在星形三角形切换时会出现电流冲击,起动转矩为额定值的0.5倍，自耦变压器降压起动,起动电流为额定值的1.7一4.0 倍,在电压切换时会出现电流冲击，超动转矩为额定值的o.4~0.85倍。因而上述这些方法经常用于对起动特性要求不高的场合。
软启动控制图
在一些对起动要求较高的场合,可选用软起动装置,它采用定子起动方法~其基本原理是利用晶闸管的移相调压方式来控制起动电压和起动电流。其主要赛点是，具有软起动和软停车功能,起动电流、启动转矩可调节,另外还具有电动机过载保护等功能。例如,ABB 公司生产的 Altistart 46 系列软起动器,其起动电流在额定值的 2～5 倍之间可调节,起动转矩在额定值的 0.15～1.0 倍之间可调节。
二.绕线式异步电动机的起动控制
异步电动机的转子绕组,除了笼型外还有绕线转子式,故称绕线转子异步电动机。绕线转子线圈可连接成星形或三角形,转子上装有集电环,通过电刷装置将内部和外部联系起来,绕线转子的特点即是通过集电环和电刷,在转子电路中串接几级起动电阻,用于限制起动电流,提高起动转矩。绕线转子异步电动机起动有电阻分级起动和频敏变阻器起动两种方式。
1.转子电路串电阻起动控制
转子回路串电阻起动控制是在三相转子绕组中分别串接几级电阻,并按星形方式接线。起动前,起动电阻全部接入电路限流起动,起动过程中,随转速升高起动电流下降,起动电阻逐级短接,至起动完成时,全部电阻短接,电动机在正常全压下工作。起动电阻短接方式有两种：三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法。不平衡短接法是由凸轮控制器控制,每相电阻顺序被短接;平衡短接法是由接触器控制,三相电阻同时被短接。转子串电阻起动控制电路的控制方式是在电动机起动的过程中分级切除起动电阻，其结果造成电流和转矩存在突然变化,因而将会产生机械冲击。
2、转子电路串频敏变阻器起动控制
转子电路串电阻起动时,由于在起动过程中逐级切除电阻,因此电流及转矩的突然变化存在机械冲击,并且其控制电路较复杂,起动电阻体积较大,能耗大,维修麻烦,故实际生产中,常采用其他的起动方式,但是串电阻起动具有起动转矩大的优点,因而对有低速运行要求,并且初始起动转矩大的传动装置仍是一种常用的起动方式。绕线转子异步电动机起动的另一方法是转子电路串频敏变阻器起动,这种起动方法具有恒转矩的起、制动特性,又是静止的、无触点的电子元件,很少需要维修,因而常用于绕线转子异步电动机的起动,特别是大容量绕线转子异步电动机的起动控制。
转子电路串频敏变阻器启动控制电路
