三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性

采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的主要要求如下:
有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常起動(dòng)。一般場(chǎng)合下希望起動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。即要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。
（1）在滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，起動(dòng)電流越小越好。因?yàn)檫^(guò)大起動(dòng)電流的沖擊，對(duì)于電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身都是不利的。
（2）要求起動(dòng)平滑，即要求起動(dòng)時(shí)加速平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。
（3）起動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
（4）起動(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)起動(dòng)性能的主要技術(shù)指標(biāo)。
異步電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)特性為：
a. 定子電流大，I_st=（5~7）I_N
異步電動(dòng)機(jī)在接入電網(wǎng)起動(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)子電勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流。
b.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小Ts=（0.8~1.5）T_N
起動(dòng)時(shí)S=1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，因而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不大。
異步電動(dòng)機(jī)的固有起動(dòng)特性如圖所示：

顯然，異步電動(dòng)機(jī)的這種起動(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，采取不同的起動(dòng)方法。
一、     鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法
直接起動(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)行起動(dòng)。
• 特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)定子繞組的工作電壓和起動(dòng)電壓相等。
• 直接起動(dòng)的條件：由于直接起動(dòng)的起動(dòng)電流很大，因此，在什么情況下采用直接起動(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。 
一般在有獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下：
1：若電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的20%時(shí)允許直接起動(dòng)；
2：若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的30%時(shí)也允許直接起動(dòng)。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)起動(dòng)比較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，滿足下列關(guān)系則可直接起動(dòng)。

例：有一臺(tái)要求經(jīng)常起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且有照明負(fù)載，問(wèn)可否直接起動(dòng)？同樣的Ist/IN 比值，功率為多大的電動(dòng)機(jī)則不允許直接起動(dòng)？
解：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出

滿足上述關(guān)系，故允許直接起動(dòng)。

可算出，額定功率大于24kW的電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。
2．電阻或電抗器降壓起動(dòng)
異步電動(dòng)機(jī)采用定子串電阻或電抗器的降壓起動(dòng)原理接線圖如圖所示。
 
起動(dòng)時(shí)，接觸器1KM斷開(kāi)，KM閉合，將起動(dòng)電阻串入定子電路，使起動(dòng)電流減?。?br /> 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。
特點(diǎn)：
• 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降，故它只適用于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合；
•不經(jīng)濟(jì)，在起動(dòng)過(guò)程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經(jīng)常起動(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。
 








3．Y-Δ降壓起動(dòng)
Y-Δ降壓起動(dòng)的接線圖如圖所示:
起動(dòng)時(shí)，定子繞組接成星形；待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將定子繞組接成三角形，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成而轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。
設(shè)U1為電源線電壓，IstY及Ist?為定子繞組分別接成星形及三角形的起動(dòng)電流（線電流），Z為電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有

所以
Y-Δ降壓起動(dòng)方法的特點(diǎn)：
• 設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、起動(dòng)電流??；
• 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且起動(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起動(dòng)的場(chǎng)合；
• 只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接線為Δ的異步電動(dòng)機(jī)。







二、          線繞式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法
鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)電流大，因此不能滿足某些生產(chǎn)機(jī)械需要高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低起動(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，因此具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流，即具有較好的起動(dòng)特性。在轉(zhuǎn)子電路中串電阻的起動(dòng)方法常用的有兩種：逐級(jí)切除起動(dòng)電阻法和頻敏變阻器起動(dòng)法。
1．          逐級(jí)切除起動(dòng)電阻法
采用逐極切除起動(dòng)電阻的方法，其目的主要是為了使整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)能保持較大的加速轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)過(guò)程如下如圖(a)所示：

起動(dòng)開(kāi)始時(shí)，觸點(diǎn)1KM，2KM，3KM 均斷開(kāi)，起動(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4.31(b)中曲線Ⅲ所示，初始起動(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），起動(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，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。
2．          起動(dòng)電阻可以線性可調(diào)減小

起動(dòng)電阻可以線性可調(diào)減小的方案一般采用可調(diào)水電阻，水電阻是在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入一特制的液態(tài)可變電阻器，隨著電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，電阻器的阻值均勻無(wú)級(jí)平滑減小而趨于零，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速均勻提升至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路被短接而投入正常運(yùn)行，液態(tài)可變電阻器自動(dòng)退出。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，因電阻器為純阻性，因此，無(wú)諧波污染電網(wǎng)。