注冊資產(chǎn)評估師《機電設(shè)備評估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：三相異步電動機的起動

第三章 電機及電力拖動

　　知識點十一、三相異步電動機的起動【熟悉】

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　　電動機開始工作時，轉(zhuǎn)子總是從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動起來，這種從靜止到正常運轉(zhuǎn)的加速過程叫做起動。由于起動瞬間電動機轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率S＝1，也就是說旋轉(zhuǎn)磁場和靜止轉(zhuǎn)子間的相對速度很大，因此轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動勢很大，轉(zhuǎn)子電流也就很大，定子電流也隨著轉(zhuǎn)子電流的增大而增大。

　　起動時的定子電流稱為起動電流。電動機在額定電壓下起動稱為直接起動。直接起動的電流約為額定電流的 5～7倍。

　　直接起動存在的問題：

　?。?）過大的起動電流將會使供電線路產(chǎn)生較大的電壓降，造成電網(wǎng)電壓顯著下降，從而影響在同一電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備的正常工作。

　　（2）對于正在起動的電動機本身，也會因電壓下降過大，起動轉(zhuǎn)矩減少，延長起動時間，甚至不能起動。

　　因此，在供電變壓器容量較大，電動機容量較小的前提下，三相異步電動機可以直接起動。否則異步電動機起動時應(yīng)采用適當(dāng)?shù)钠饎臃椒ǎㄈ缃祲浩饎樱?/p>

　　 

　　I Q——電動機直接起動電流（A）

　　I N——電動機額定電流（A）

　　若計算結(jié)果符合上面的經(jīng)驗公式，則采用降壓起動，反之，采用直接起動。

　　1.直接起動控制線路所用電器

　?。?）組合開關(guān)。小容量異步電動機的起動和停止、正反轉(zhuǎn)控制常用組合開關(guān)，組合開頭也常用作電源引入開關(guān)。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸就可以將三個觸頭（彼此相差一定角度）同時接通或斷開。

　　組合開關(guān)有單極、雙極、三極和四極幾種，其額定持續(xù)電流有10A、25A、60A和100A.

　　（2）按鈕。按鈕通常用來接通或斷開 電流很小的控制電路，從而控制電動機或其他電氣設(shè)備的運行。

　　【提示】原來就接通的觸頭稱為常閉觸頭；原來斷開的觸頭稱為常開觸頭。電動機起、?？刂齐娐分谐Ｓ秒p聯(lián)開關(guān)。

　　（3）交流接觸器。交流接觸器常用來接通或斷開電動機或其他設(shè)備的 主電路，每小時可以開閉幾百次。

　　接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。當(dāng)線圈通電時，吸引山字形動鐵芯（上鐵芯）而使常開觸頭閉合。

　　根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。輔助觸頭通過電流較小，常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，接在電動機的主回路中。

　　在選用接觸器時，應(yīng)注意它的額定電流、線圈電壓及觸頭數(shù)量等。常用接觸器的主觸頭額定電流有5A、10A、20A、40A、60A、100A數(shù)種。

　　（4）中間繼電器。中間繼電器通常用來 傳遞信號和同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。選用中間繼電器的時候，主要考慮電壓等級和觸頭（常開和常閉）數(shù)量。

　?。?）熱繼電器。熱繼電器主要用來保護電動機，使之避免因長時間過載而損壞。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)工作的。

　　由于存在熱慣性，當(dāng)發(fā)生短路事故時，熱繼電器不能立即斷開，因此它不能用作短路保護。正是由于熱繼電器的熱慣性，才使得它在電動機起動或短時過載時不會動作，從而避免了電動機的不必要的停車。

　　熱繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是整定電流，就是熱元件中通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應(yīng)在20分鐘內(nèi)動作（電動機停止工作）。

　　常用的熱繼電器的整定電流從0.25A到40A。

　　熱繼電器的選用主要依據(jù)整定電流，整定電流應(yīng)與電動機的額定電流相等。

　?。?）熔斷器。熔斷器是一種簡便有效的短路保護電器。熔斷器中的熔片或熔絲用電阻率較高的易熔合金制成。線路在正常工作情況下，熔斷器不應(yīng)熔斷。一旦發(fā)生短路或嚴重過載，熔斷器立即熔斷。

　　在單臺電動機的起動電路中，為了防止電動機起動時較大的電流燒斷熔絲，熔絲不能按電動機的額定電流來選擇，而應(yīng)按下式計算：

　　 

　　如果電動機起動頻繁，則為

　　

　　如果幾臺電動機合用一個熔斷器，則熔絲額定電流按下式計算：

　　

　　2.直接起動控制線路

　　中、小容量三相異步電動機的直接起動控制線路，其中用了組合開關(guān)QC、按鈕SB、交流接觸器KM、熱繼電器KR及熔斷器FU等幾種電器。

　　先將組合開關(guān)QC閉合，為電動機起動作好準(zhǔn)備。當(dāng)按下起動按鈕SB1時，交流接觸器KM的線圈通電，動鐵芯被吸合，使三個主觸頭閉合，電動機M起動。當(dāng)松開SB1時，交流接觸器本應(yīng)在彈簧作用下恢復(fù)其斷開位置，但由于與起動按鈕并聯(lián)的輔助觸頭和主觸頭同時閉合，因此接觸器線圈的電路仍然接通而使接觸器觸頭保持在閉合位置。這個輔助觸頭稱為自鎖觸頭。

　　上述控制電路可實現(xiàn)短路保護作用、過載保護作用和零電壓保護等多重保護：

　　短路保護：熔斷器FU起短路保護作用。

　　過載保護：熱繼電器KR起過載保護作用，為了可靠地保護電動機，應(yīng)至少用兩個熱元件，分別串接在任意兩相中。這樣不僅在電動機過載時起保護作用，而且當(dāng)任意一相的熔絲熔斷后作單相運行時，仍有一個或兩個熱元件中通有電流而使電動機得到保護。

　　過零保護：當(dāng)電源暫時停電時，電動機即自動從電源切除。因為這時接觸器線圈中的電流消失，動鐵芯釋放而使主觸頭和輔助觸頭同時斷開。當(dāng)電源電壓恢復(fù)后，若不重新按起動按鈕，則電動機不能自行起動，因為自鎖觸頭已經(jīng)斷開。如果不是采用繼電接觸器控制，而是直接用刀開關(guān)或組合開關(guān)進行手動控制，那么停電時未及時拉開開關(guān)，當(dāng)電源電壓恢復(fù)時，電動機即自行起動而可能造成事故。

　　以上的控制電路分為主電路和控制電路兩部分。

　　主電路是：

　　三相電源——QC（組合開關(guān)）——FU（熔斷器）——KM（交流接觸器主觸頭）——KR（熱繼電器）——電動機

　　控制電路是：

　　必須學(xué)會由直接啟動的控制線路圖繪制相應(yīng)的原理圖。在繪制原理圖時需要注意：

　　 

　　【注意】

　　1.將控制線路和主電路分開；

　　2.各種電器使用統(tǒng)一的符號。

　　3.同一電器的各個部件是分散的，但使用同一文字符號表示；而且它們的動作是關(guān)聯(lián)的。

　　【強調(diào)】在起始情況下，如果觸頭是斷開的，則稱為常開觸頭或動合觸頭（因為一動就合）；如果觸頭是閉合的，則稱為常閉觸頭或動斷觸頭（因為一動就斷）。所有電器的觸頭均以起始位置表示。

　　（二）鼠籠式異步電動機的降壓起動

　　當(dāng)鼠籠式異步電動機容量較大，而電源容量不夠大時，為了限制起動電流，避免電網(wǎng)電壓顯著下降，一般采用降壓起動。降壓起動是利用起動設(shè)備，在起動時降低加在定子繞組上的電壓，待起動過程結(jié)束，再給定子繞組加上全電壓（正常工作的額定電壓）。

　　由于電磁轉(zhuǎn)矩正比于定子繞組電壓的平方，所以電動機在起動時，起動轉(zhuǎn)矩也大大降低了。因此，降壓起動只適合于空載或輕載起動，負載不大的情況。選擇起動方法時，要同時校核起動電流和起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。

　　鼠籠式降壓起動方式中經(jīng)常星形-三角形（Y-△）起動、自耦變壓器降壓起動和使用電阻（電抗）起動等。

　　1.星形-三角形（Y-△）起動。如果電動機在工作時其定子繞組是聯(lián)接成三角形的，那么在起動時可把它聯(lián)成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時再換接成三角形。這就是Y-△起動。

　　在Y-△起動過程中，Y聯(lián)接需要持續(xù)一定時間才能換接成△聯(lián)接，這就得用時間繼電器來控制。

　　

　　在交流電路中，常采用的空氣式時間繼電器，它是利用空氣阻尼作用來實現(xiàn)動作延時的。延時時間即為自電磁鐵吸引線圈通電時刻起至微動開關(guān)動作時為止的這段時間。通過調(diào)節(jié)螺釘10，調(diào)節(jié)進氣孔的大小就可調(diào)節(jié)延時時間。

　　空氣式時間繼電器結(jié)構(gòu)簡單，但準(zhǔn)確度較低。延時范圍有0.4～60秒和0.4～180秒兩種。現(xiàn)在也使用晶體管時間繼電器。

　　在介紹降壓起動控制線路之前，需要明確：

　　1.對于同一個交流接觸器而言，可能分布在線路的不同地方，但是標(biāo)注的符號是一致的，并且是聯(lián)動的；

　　2.交流接觸器通電，是指“線圈”通電，其他部分是否通電無所謂；

　　3.對于常開（常閉）觸頭，只要通電，或者發(fā)生機械動作，就會成為閉合（斷開）狀態(tài)，即狀態(tài)發(fā)生改變；

　　4.圖例中是“初始”時候各個觸頭的狀態(tài)。

　　KM1、KM2、KM3是三個交流觸器。起動時KM3工作（KM2不工作），電動機接成Y形；運行時KM2工作（KM3不工作），電動機接成△形。

　　

　　本線路的特點是在接觸器KM1斷電，也就是電動機主電路斷開的情況下進行Y-△換接，這樣就可以避免當(dāng)KM3的常開觸頭還未斷開時KM2已吸合而造成電源短路；另外，接觸器KM3的常開觸頭在無電情況下斷開，這就避免電弧的發(fā)生，延長其使用壽命。

　　【提示】降壓起動時，起動時的線電流為正常運轉(zhuǎn)時的線電流的1/3.起動轉(zhuǎn)矩也減小到正常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的1/3.

　　2.自耦變壓器降壓起動

　　

　　自耦變壓器降壓起動用于正常運行時定子繞組組接成星形而不能采用Y-△起動或容量較大的鼠籠式異步電動機，也適用于需要較大起動轉(zhuǎn)矩的場合。起動時自耦變壓器高壓端接電源，低壓端接電動機，電動機便在低于額定電壓下起動。待電動機轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再將自耦變壓器脫離電源和電動機，電動機直接與電源相接，進入全壓運行。

　　自耦變壓器降壓器降壓起動比Y-△起動的價格高得多，但自耦變壓器有三個接頭，其輸出電壓80%、60%、40%，可根據(jù)需要選用，使用較靈活。

　　3.電阻（電抗）降壓起動。這種起動方法利用在電動機定子回路串接電阻（或電抗）來降低定子繞組電壓，以達到限制起動電流的目的。一旦起動完畢，串接電阻（電抗）即被短路，電動機進入全電壓正常運行。

　　（三）繞線式三相異步電動機的起動

　　1.轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動

　　繞線式三相異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻進行起動，這樣就減小了起動電流。一般采用起動變阻器起動，起動時全部電阻串入轉(zhuǎn)子電路中，隨著電動機轉(zhuǎn)速逐漸加快，利用控制器逐級切除起動電阻，最后將全部起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除。

　　

　　2.轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器起動。

　　頻敏變阻器的電阻隨線圈中所通過的電流頻率而變。起動時，轉(zhuǎn)差率S＝1，轉(zhuǎn)子電流（即頻敏電阻線圈通過的電流）頻率最高，等于電源頻率。因此，頻敏變阻器的電阻最大，這就相當(dāng)于起動時在轉(zhuǎn)子回路中串接一個較大電阻，從而使起動電流減小。隨著電動機轉(zhuǎn)速的加快轉(zhuǎn)差率S逐漸減小，轉(zhuǎn)子電流頻率逐漸降低，頻敏變阻器電阻也逐漸減小，最后把電動機的轉(zhuǎn)子繞組短接，頻敏變阻器從轉(zhuǎn)子電路中切除。

　　采用頻敏變阻器起動，具有起動平滑、操作簡便、運行可靠、成本低廉等優(yōu)點，因此在繞線式電動機中應(yīng)用較廣。