三相異步電機降壓啟動方法論文.doc

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畢業(yè)論文（設計） 題 目： 淺談三相異步電機降壓啟動方法 系 別： 裝備制造系 專 業(yè)： 機電一體化 學生姓名： 方?jīng)_ 學 號： 20130311 年級： 13級 指導教師： 費維科 職稱： 助教 畢業(yè)設計（論文）評議意見 專業(yè) 機電一體化 姓 名 方?jīng)_ 題目 淺談三相異步電機降壓啟動方法 指 導 教 師 評 閱 意 見 成績評定：　　　　　　　　　　指導教師： 年 月 日 答 辯 組 意 見 答辯組負責人： 年 月 日 　　　　　　 年 備 注 開題報告 題目：淺談三相異步電機降壓啟動方法 1、 選題的目的和意義 電機的起動電流近似的與定子的電壓成正比，因此要采用降低定子電壓的辦法來限制起動電流，即為降壓起動。對于因直接起動沖擊電流過大而無法承受的場合，通常采用降壓起動，此時，起動轉矩下降，起動電流也下降，所以只適合必須減小起動電流，又對起動轉矩要求不高的場合。常見降壓起動方法：定子串電阻降壓起動、Y/Δ起動控制線路、延邊三角起動、軟啟動及自耦變壓器降壓起動。當負載對電動機啟動力矩無嚴格要求但要限制電動機啟動電流且電機滿足380V/Δ接線條件才能采用降壓啟動。該方法是：在電機啟動時將電機接成星型接線,當電機啟動成功后再將電機改接成三角型接線（通過雙投開關迅速切換）；因電機啟動電流與電源電壓成正比,此時電網(wǎng)提供的啟動電流只有全電壓啟動電流的1/3，但啟動力矩也只有全電壓啟動力矩的1/3在實際使用過程中,發(fā)現(xiàn)需降壓啟動的電機從11KW開始就有需要的,如風機，在啟動時11KW電流在7-9倍(100)A左右,按正常配置的熱繼電器根本啟動不了（關風門也沒用），熱繼電器配大了又起不了保護電機的作用，所以建議用降壓啟動。而在一些啟動負荷較小的電機上，由于電機到達恒速時間短，啟動時電流沖擊影響較小，所以在30KW左右的電機，選用1.5倍額定電流的斷路器直接啟動，長期工作一點問題都沒有。 二、研究的重點內(nèi)容 三相交流異步電動機直接起動，雖然控制線路結構簡單、使用維護方便，但起動電流很大（約為正常工作電流的4~7倍），如果電源容量不比電動機容量大許多倍，則起動電流可能會明顯地影響同一電網(wǎng)中其它電氣設備的正常運行。因此，對于鼠籠型異步電動機可采用：定子串電阻（電抗）降壓起動、定子串自耦變壓器降壓起動、星形—三角形降壓起動等方式；而對于繞線型異步電動機，還可采用轉子串電阻起動或轉子串頻敏變阻器起動等方式以限制起動電流。 直接啟動就是用閘刀開關或接觸器把電機直接接到具有額定電壓的電源上。在變壓 器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機應該盡可能采用全電壓直接起動，既可以提高 控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。電動機單向起動控制線路常用于只 需要單方向運轉的小功率電動機的控制。例如小型通風機、水泵以及皮帶運輸機等機械設備 2、 面臨困難及解決辦法。 1. 參閱相關書籍和資料學習相關理論知識； 2. 設計三項異步電機降壓啟動模式 3.根據(jù)論文格式完成論文 三、主要參考文獻 1.湯蘊璆，《電機學》，機械工業(yè)出版社，北京：2003.1 2鄧星鐘,《機電傳動控制》，華中科技大學出版社，2001.3 3 秦曾煌,《電工學》，第五版，高等教育出版社，北京，2005.12. 4 李永東,《交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2002.5 5. 李欣，《電機學》，機械工業(yè)出版社，北京：2003.1 6. 王可,《機電傳動控制》，華中科技大學出版社，2001.3 7. 秦輝 ,《電工學》，第五版，高等教育出版社，北京，2005.12 8.張麗，《交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2002.5 四、進度計劃 2015.07.01---2015.07.31 查閱資料，完成開題報告 2015.08.01---2015.08.15 搜集資料，了解三相異步電機降壓啟動的方法，學習變頻器的結構、工作原理及使用方法。 2015.08.16---2015.08.31 學習并掌握三相異步電機降壓啟動方式。 論證并確定設計改造方案。 2015.09.01---2015.09.15 對控制系統(tǒng)進行硬件設計，畫出接線圖。 2015.09.16---2015.09.30 對控制系統(tǒng)進行軟件設計，畫出梯形圖。 2015.10.01---2015.10.25 整理。 2015.10.26---2015.10.30 提交設計。 2015.11.01---2015.11.15 準備答辯。 五、指導教師意見 指導教師：費維科 2015年8月XX日 摘要 電機的起動電流近似的與定子的電壓成正比，因此要采用降低定子電壓的辦法來限制起動電流，即為降壓起動。對于因直接起動沖擊電流過大而無法承受的場合，通常采用降壓起動，此時，起動轉矩下降，起動電流也下降，所以只適合必須減小起動電流，又對起動轉矩要求不高的場合。常見降壓起動方法：定子串電阻降壓起動、Y/Δ起動控制線路、延邊三角起動、軟啟動及自耦變壓器降壓起動。 當負載對電動機啟動力矩無嚴格要求但要限制電動機啟動電流且電機滿足380V/Δ接線條件才能采用降壓啟動。該方法是：在電機啟動時將電機接成星型接線,當電機啟動成功后再將電機改接成三角型接線（通過雙投開關迅速切換）；因電機啟動電流與電源電壓成正比,此時電網(wǎng)提供的啟動電流只有全電壓啟動電流的1/3，但啟動力矩也只有全電壓啟動力矩的1/3。 在實際使用過程中,發(fā)現(xiàn)需降壓啟動的電機從11KW開始就有需要的,如風機，在啟動時11KW電流在7-9倍(100)A左右,按正常配置的熱繼電器根本啟動不了（關風門也沒用），熱繼電器配大了又起不了保護電機的作用，所以建議用降壓啟動。而在一些啟動負荷較小的電機上，由于電機到達恒速時間短，啟動時電流沖擊影響較小，所以在30KW左右的電機，選用1.5倍額定電流的斷路器直接啟動，長期工作一點問題都沒有。 關鍵詞：三相異步電動機 降壓啟動 啟動方法 目錄 摘要 I 目錄 II 第1章 緒論 1 第2章 三相異步電動機的基本結構 2 2.1 定子的結構組成 2 2.2 轉子的結構組成 2 2.3 工作原理 2 第3章 異步電動機的分類及優(yōu)缺點 3 3.1 三相異步電動機的優(yōu)點 3 3.2 異步電動機存在的缺點 3 第4章 三相異步電機啟動出現(xiàn)的問題 5 4.1 異步電動機啟動時的要求 5 4.2 三相異步電動機啟動問題 5 4.3 工業(yè)生產(chǎn)機械不同的起動條件 6 第5章 三相異步電動機起動方式 7 5.1 直接啟動 7 5.2 三相異步電動機的Y—Δ起動控制 8 5.3 定子串電阻降壓起動控制 10 5.4 自耦變壓器降壓啟動 11 5.5 軟啟動 14 結論 15 致謝 17 參考文獻 18 第1章 緒論 三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉速。 三相異步電動機又稱為三相感應電動機，感應電動機是基于氣隙旋轉磁場與轉子繞組中感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，從而實現(xiàn)能量轉換的一種交流電動機。由于轉子繞組電流是感應產(chǎn)生的，因此稱為感應電動機。感應電動機與其它電動機相比，具有結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠及重量輕成本低等優(yōu)點。此外感應電動機還便于派生各防護型式以使用不同環(huán)境條件的需要，也有較高的效率和較好的工作特性。由于感應電動機具有上述許多優(yōu)點，它是電動機領域中應用最廣泛的一種電動機。例如:中小型軋鋼設備,礦山機械,機床,起重運輸機械,鼓風機,水泵,和農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等都大部分采用三相異步電動機來拖動。 第2章 三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機由兩個基本部分構成：固定部分——定子和轉子，轉子按其結構可分為鼠籠型和繞線型兩種。 2.1 定子的結構組成 定子由定子鐵心、機座、定子繞組等部分組成，定子鐵心是異步電動機磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅鋼片疊壓而成，用壓圈及扣片固緊，各片之間相互絕緣，以減少渦流損耗。 定子繞組是由帶有絕緣的鋁導線或銅導線繞制而成的，小型電機采用散下線圈或稱軟繞組，大中型電機采用成型線圈，又稱為硬繞組。 2.2 轉子的結構組成 轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉子支架、轉軸和風扇等部分組成，轉子鐵心和定子鐵心一樣，也是由0.5毫米硅鋼片疊壓而成。鼠籠型轉子的繞組是由安放在轉子鐵心槽內(nèi)的裸導條和兩端的環(huán)形端環(huán)連接而成，如果去掉轉子鐵心，繞組的形狀象一個籠子；繞線型轉子的繞組與定子繞組相似，做成三相繞組，在內(nèi)部為星型或三角型。 2.3 工作原理 當定子繞組接至三相對稱電源時，流入定子繞組的三相對稱電流，在氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個以同步轉速n1旋轉的定子旋轉磁場，設旋轉磁場的轉向為逆時針，當旋轉磁場的磁力線切割轉子導體時，將在導體內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢e2，電動勢的方向根據(jù)右手定則確定。N極下的電動勢方向用表示，S極下的電動勢用表示，轉子電流的有功分量i2a與e2同相位，所以既表示電動勢的方向，又表示電流有功分量的方向。轉子電流有功分量與氣隙旋轉磁場相互作用產(chǎn)生電磁力fem,根據(jù)左手定則，在N極下的所有電流方向為的導體和在S極下所有電流流向為的導體均產(chǎn)生沿著逆時針方向的切向電磁力fem,在該電磁力作用下，使轉子受到了逆時針方向的電磁轉矩Me的驅動作用，轉子將沿著旋轉磁場相同的方向轉動。驅動轉子的電磁轉矩與轉子軸端拖動的生產(chǎn)機械的制動轉矩相平衡，轉子將以恒速n拖動生產(chǎn)機械穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)了電能與機械能之間的能量轉換，這就是異步電動機的基本工作原理。  第3章 異步電動機的分類及優(yōu)缺點 3.1 三相異步電動機的優(yōu)點 三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉速。 3.2 異步電動機存在的缺點 3.2.1籠型感應電動機存在下列三個主要缺點。 （1）起動轉矩不大，難以滿足帶負載起動的需要。當前社會上解決該問題的多數(shù)辦法是提高電動機的功率容量（即增容）來提高其起動轉矩，這就造成嚴重的“大馬拉小車”，既增加購買設備的投資，又在長期的應用中因處于低負荷運行而浪費大量電量，很不經(jīng)濟。第二種辦法是增購液力偶合器，先讓電動機空載起動，在由液力偶合器驅動負載。這種辦法同樣要增加添購設備的投資，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪費3%的電能，因而整個驅動裝置的效率很低，同樣浪費電量，更何況添加液力偶合器之后，機組的運行可靠性大大下降，顯著增加維護困難，因此不是一個好辦法。 （2）大轉矩不大，用于驅動經(jīng)常出現(xiàn)短時過負荷的負載，如礦山所用破碎機等時，往往停轉而燒壞電動機。以致只能在輕載狀況下運行，既降低了產(chǎn)量又浪費電能。 （3）起動電流很大，增加了所需供電變壓器的容量，從而增加大量投資。另一辦法是采用降壓起動來降低起動電流，同樣要增加添購降壓裝置的投資，并且使本來就不好的起動特性進一步惡化。 3.2.2 繞線型感應電動機 繞線性感應電動機正常運行時，三相繞組通過集電環(huán)短路。起動時，為減小起動電流，轉子中可以串入起動電阻，轉子串入適當?shù)碾娮?，不僅可以減小起動電流，而且由于轉子功率因數(shù)和轉子電流有功分量增大，起動轉矩也可增大。這種電動機還可通過改變外串電阻調(diào)速。繞線型電動機雖起動特性和運行特性兼優(yōu)，但仍存在下列缺點： （1）由于轉子上有集電環(huán)和電刷，不僅增加制造成本，并且降低了起動和運行的可靠性，集電環(huán)和電刷之間的滑動接觸，是這種電動機發(fā)生故障的主要原因。特別是集電環(huán)與電刷之間會產(chǎn)生火花，使傳統(tǒng)繞線型電動機在礦山、井下、石油、華工等防爆要求的場所，對于灰土、粉塵濃度很高的地方，也不敢使用，這就限制了其應用范圍。 （2）當前的傳統(tǒng)繞線型電動機為了提高可靠性，多數(shù)不提刷，因此運行時存在下列電能浪費：集電環(huán)和電刷間的摩擦損耗和接觸電阻上的電損耗，電刷至控制柜短路開關間三根電纜的電損耗，若電動機與控制柜之間距離很長，則該損耗將非常嚴重。并且由于集電環(huán)與電刷產(chǎn)生碳粉、電火花和噪聲，長期污染周圍環(huán)境，損害管理人員和周圍居民健康。 （3）傳統(tǒng)繞線型電動機的起動轉矩比籠型電動機的有所提高，但仍往往不能滿足滿載起動的需要，以至仍然需要增容而形成“大馬拉小車”。 上述傳統(tǒng)感應電動機存在的嚴重缺點的根本原因在于“起動”、“運行”和“可靠性”三者之間存在難以調(diào)和的矛盾，因此勢必顧此失彼，不可兼優(yōu)。  第4章 三相異步電機啟動出現(xiàn)的問題 4.1 異步電動機啟動時的要求 1）電動機有足夠大的啟動轉矩。 2）一定大小啟動轉矩前提下，啟動電流越小越好。 3）啟動所需設備簡單，操作方便。 4）啟動過程中功率損耗越小越好。 4.2 三相異步電動機啟動問題 電動機的起動特性中最主要的是它的起動力矩。設起動力矩為Ｍ，為了機組能轉動起來，必須大于拖動機械在n=0時的靜負載力矩Ｍ加上靜摩擦阻力。 圖4-1電動機負載特性曲線 圖4-1曲線1表示異步機的M—S曲線，曲線2和3表示兩種不同的負載特性曲線，為了能轉動起來，必須要求a點在b點或c點的上面，否則機組將轉動不起來。根據(jù)力矩平衡關系可以得出，為了保證能順利加速到額定轉速，在整個起動過程中，必須保持正的加速度，也就要求電動機的電磁力矩M在整個起動過程中大于負載的制動力矩。在相同的慣量下，力矩的差額越大，加速越快。慣量大得機械，起動就較慢。對于重復起動的生產(chǎn)機械來說，加速過程的時間長短對勞動生產(chǎn)率的影響是很大的。 電動機起動特性的另一個問題是起動電流，在起動時電流的大小可以用等值電路來求得。異步機在額定電壓下的起動電流常大于額定電流好幾倍。起動電流太大的影響是：一方面將影響電源的電壓，太大的起動電流將產(chǎn)生較大的線路壓降，使得電源電壓在起動時下降，特別當電源容量較小時電壓降更多，可能影響電源上其它電機的運行。另一個方面，大的起動電流將在線路及電機中產(chǎn)生損耗引起發(fā)熱，特別是當加速力矩較小，機組的慣量J較大，起動很慢的情況下，損耗將很多而發(fā)熱也更嚴重。由上面可以看出，對電動機起動的要求是不同的，須看負載的特性，電網(wǎng)的情況等因素而定。有時要求有大的起動力矩，有時要求限制起動電流的大小，有時兩個要求須同時滿足?？偟膩碚f，要考慮下列各問題： 1.應該有足夠大的起動力矩，適當?shù)臋C械特性曲線； 2.盡可能小的起動電流； 3.起動的操作應該很方便；所用的起動設備應該盡可能簡單、經(jīng)濟；起動過程中的功率損耗應盡可能的少。 4.3 工業(yè)生產(chǎn)機械不同的起動條件 用電動機拖動的生產(chǎn)機械有不同的起動條件，有些機械在起動時負載力矩很小，隨著速度的增大力矩漸增大到額定值，這些負載的例子如鼓風機，它的負載力矩差不多和轉速的平方成正比，起動時只需克服一些靜摩擦力矩。有些機械在起動時負載力矩就和額定轉速時一樣大，這類的例子像卷揚機等起重設備。有些機械則在起動過程中負載較輕，等速度高起來以后再加上負載，例如機床等。此外，起動的頻繁程度也是需要考慮的因素。有些機械起動次數(shù)少，有些則不斷地停而又再起動。這一切因素都將電動機起動性能提出不同的要求。 第5章 三相異步電動機起動方式 三相交流異步電動機直接起動，雖然控制線路結構簡單、使用維護方便，但起動電流很大（約為正常工作電流的4~7倍），如果電源容量不比電動機容量大許多倍，則起動電流可能會明顯地影響同一電網(wǎng)中其它電氣設備的正常運行。因此，對于鼠籠型異步電動機可采用：定子串電阻（電抗）降壓起動、定子串自耦變壓器降壓起動、星形—三角形降壓起動等方式；而對于繞線型異步電動機，還可采用轉子串電阻起動或轉子串頻敏變阻器起動等方式以限制起動電流。 5.1 直接啟動 直接啟動就是用閘刀開關或接觸器把電機直接接到具有額定電壓的電源上。在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機應該盡可能采用全電壓直接起動，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。電動機單向起動控制線路常用于只需要單方向運轉的小功率電動機的控制。例如小型通風機、水泵以及皮帶運輸機等機械設備。圖5-1是電動機單向起動控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡單的控制線路，能實現(xiàn)對電動機的起動、停止的自動控制、遠距離控制、頻繁操作等。 圖5-1電動機單向起動控制線路的電氣原理圖 直接啟動方法主要受電網(wǎng)配電變壓器的容量限制，過大啟動電流可能會使電壓下降，影響在同一電網(wǎng)上其他設備的正常運行。一般異步電機的功率小于7.5千瓦時允許直接啟動，對于更大容量的電機能否使用要視配電變壓器的容量和各地電網(wǎng)部門而定。 5.2 三相異步電動機的Y—Δ起動控制 對于正常運行時電動機額定電壓等于電源線電壓，定子繞組為三角形連接方式的三相交流異步電動機，可以采用星形—三角形降壓起動。它是指起動時，將電動機定子繞組接成星形，待電動機的轉速上升到一定值后，再換成三角形連接。這樣，電動機起動時每相繞組的工作電壓為正常時繞組電壓的1/，起動電流為三角形直接起動時的1/3。 （1）Y—Δ起動自動控制 圖5-2 三相異步電動機Y—Δ降壓啟動控制線路圖 三相異步電動機的Y—Δ起動自動控制如圖5-2所示。 主要元器件介紹： a.起動按鈕（SB2）。手動按鈕開關，可控制電動機的起動運行。 b.停止按鈕（SB1）。手動按鈕開關，可控制電動機的停止運行。 c.主交流接觸器（KM1）。電動機主運行回路用接觸器，起動時通過電動機起動電流，運行時通過正常運行的線電流。 d.Y形連接的交流接觸器（KM3）。用于電動機起動時作Y形連接的交流接觸器，起動時通過Y形連接降壓起動的線電流，起動結束后停止工作。 e.Δ形連接的交流接觸器（KM2）。用于電動機起動結束后恢復Δ形連接作正常運行的接觸器，通過繞組正常運行的相電流。 f.時間繼電器（KT）?？刂芛—Δ變換起動的起動過程時間（電機起動時間），即電動機從起動開始到額定轉速及運行正常后所需的時間。 g.熱繼電器（或電機保護器FR）。熱繼電器主要設置有三相電動機的過負荷保護；電機保護器主要設置有三相電動機的過負荷保護、斷相保護、短路保護和平橫保護等。 控制原理：三相異步電動機Y—Δ轉換啟動的控制原理大致如下： a.按下啟動按鈕SB2后，電源通過熱繼電器FR的動斷接點、停止按鈕SB1的動斷接點、Δ形連接交流接觸器KM2常閉輔助觸頭，接通時間繼電器KT的線圈使其動作并延時開始。此時時間繼電器KT雖已動作，接點應斷開，但其延時接點是瞬間閉合延時斷開的（延時結束后斷開），同時通過此KT延時接點去接通Y形連接的交流接觸器KM3的線圈回路，則交流接觸器KM3帶電動作，其主觸頭去接通三相繞組，使電動機處于Y形連接的運行狀態(tài)；KM3輔助常開觸頭閉合去接通主交流接觸器KM1的線圈。 b.主交流接觸器KM1帶電啟動后，其輔助觸頭進行自保持功能（自鎖功能）；而KM1的主觸頭閉合去接通三相交流電源，此時電動機啟動過程開始。c.當時間繼電器KT延時斷開接點（動斷接點）KT的時間達到（或延時到）電動機啟動過程結束時間后，時間繼電器KT接點隨即斷開。 d.時間繼電器KT接點斷開后，則交流接觸器KM3失電。KM3主觸頭切斷電動機繞組的Y形連接回路；同時接觸器KM3的常閉輔助觸頭閉合，去接通Δ形連接交流接觸器KM2的線圈電源。 e.當交流接觸器KM2動作后，其主觸頭閉合，使電動機正常運行于Δ形連接狀態(tài)；而KM2的常閉輔助觸頭斷開使時間繼電器KT線圈失電，并對交流接觸器KM3聯(lián)鎖。電動機處于正常運行狀態(tài)。f.啟動過程結束后，電動機按Δ形連接正常運行。 （2）Y—Δ起動手動控制 圖5-3 三相異步電動機Y—Δ降壓啟動接線圖 Y—Δ起動手動控制接線如圖5-3所示。圖中手動控制開關SA有兩個位置，分別是電動機定子繞組星形和三角形連接。線路動作原理為：起動時，將開關SA置于“起動”位置，電動機定子繞組被接成星形降壓起動，當電動機轉速上升到一定值后，再將開關SA置于“運行”位置，使電動機定子繞組接成三角形，電動機全壓運行。 對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。這樣的起動方式稱為星三角降壓起動，或簡稱為星三角起動（Y-Δ 起動）。采用星三角起動時，起動電流只是原來按三角形接法直接起動時的1/3。如果直接起動時的起動電流以6～7Ie 計，則在星三角起動時，起動電流才2～2.3倍。這就是說采用星三角起動時，起動轉矩也降為原來按三角形接法直接起動時的1/3。適用于無載或者輕載起動的場合。并且同任何別的降壓起動器相比較，其結構最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角起動方式還有一個優(yōu)點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。此時，額定轉矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。缺點是啟動力矩小，僅適用于無載或輕載啟動。 5.3 定子串電阻降壓起動控制 定子串電阻(電抗)降壓起動是指起動時，在電動機定子繞組上串聯(lián)電阻(電抗)，起動電流在電阻上產(chǎn)生電壓降，使實際加到電動機定子繞組中的電壓低于額定電壓，待電動機轉速上升到一定值后，再將串聯(lián)電阻(電抗)短接，使電動機在額定電壓下運行。 圖5-4 定子串電阻降壓起動控制線路 由上圖可見，按下起動按鈕SB2后，電動機M先串電阻R降壓起動，經(jīng)一定延時（由時間繼電器KT確定）后，全壓運行。且在全壓運行期間，時間繼電器KT和接觸器KM1線圈均斷電，不僅節(jié)省電能，而且增加了電器的使用壽命。 在鼠籠式電動機的定子繞組中串電阻（或電抗）而降壓起動的方法。起動時將電阻（或電抗）串入鼠籠式電動機定子繞組中降低電壓起動，待電動機轉速上升到一定值后再將電阻（或電抗）短路，電動機在額定電壓下正常運轉。電阻（或電抗）降壓起動法，只適用于起動轉矩較小，而起動次數(shù)不太頻繁的電動機上。 5.4 自耦變壓器降壓啟動 對于容量較大且正常運行時定子繞組接成星形的籠型異步電動機，可采用自耦變壓器降壓起動。它是指起動時，將自耦變壓器接入電動機的定子回路，待電動機的轉速上升到一定值后，再切除自耦變壓器，使電動機定子繞組獲正常工作電壓。這樣，起動時電動機每相繞組電壓為正常工作電壓的1 / K 倍（K ——自耦變壓器的匝數(shù)比。K = N1 / N2 ），起動電流也為全壓起動電流的1 / K2倍。 （1）電動機自耦降壓啟動（自動控制接線圖） 圖5-5 電動機自耦降壓起動接線圖 圖5-5是交流電動機自耦降壓啟動自動切換控制接線圖，自動切換靠時間繼電器完成，用時間繼電器切換能可靠地完成由啟動到運行的轉換過程，不會造成啟動時間的長短不一的情況，也不會因啟動時間長造成燒毀自耦變壓器事故 控制過程如下： a、合上空氣開關QF接通三相電源。 b、按啟動按鈕SB2交流接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于KM1輔助常開觸點閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓低壓抽頭（例如65％）將三相電壓的65％接入電動。 c、KM1輔助常開觸點閉合，使時間繼電器KT線圈通電，并按已整定好的時間開始計時，當時間到達后，KT的延時常開觸點閉合，使中間繼電器KA線圈通電吸合并自鎖。 d、由于KA線圈通電，其常閉觸點斷開使KM1線圈斷電，KM1常開觸點全部釋放，主觸頭斷開，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時 KM2線圈斷電，其主觸頭斷開，切斷自耦變壓器電源。KA的常閉觸點閉合，通過KM1已經(jīng)復位的常閉觸點，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動機在全壓下運行。 e、KM1的常開觸點斷開也使時間繼電器KT線圈斷電，其延時閉合觸點釋放，也保證了在電動機啟動任務完成后，使時間繼電器KT可處于斷電狀態(tài)。 f、欲停車時，可按SB1則控制回路全部斷電，電動機切除電源而停轉。 g、電動機的過載保護由熱繼電器FR完成。 （2）電動機自耦降壓啟動（手動控制接線） 圖5-6 電動機自耦降壓起動接線圖 自耦變壓器降壓起動手動控制接線如圖5—6所示，圖中操作手柄有三個位置：“停止”、“起動”和“運行”。操作機構中設有機械連鎖機構，它使得操作手柄未經(jīng)“起動”位置就不可能扳到“運行”位置，保證了電動機必須先經(jīng)過起動階段以后才能投入運行。 動作原理為：當操作手柄置于“停止”位置時，所有的動、靜觸點都斷開，電動機定子繞組斷電，停止轉動。當操作手柄向上推至“起動”位置時，起動觸點和中性觸點同時閉合，電流經(jīng)起動觸點流入自耦變壓器，再由自耦變壓器的65%（或85%）抽頭處輸出到電動機的定子繞組，使定子繞組降壓起動。隨著起動的進行，當轉子轉速升高到接近額定轉速附近時，可將操作手柄扳到“運行”位置，此時起動工作結束，電動機定子繞組得到電網(wǎng)額定電壓，電動機全壓運行。 停止時須按下SB按鈕，使失壓脫扣器的線圈斷電而造成銜鐵釋放，通過機械脫扣裝置將運行觸點斷開，切斷電源。同時也使手柄自動跳回到“停止”位置，為下一次起動做準備。 自耦變壓器備有65%和85%兩擋電壓觸頭，出廠時接在65%觸頭上，可根據(jù)電動機的負載情況選擇不同的起動電壓。自耦變壓器只在起動過程中短時工作，在起動完畢后應從電源中切除。 5.5 軟啟動 以上幾種降壓啟動的方法是有級啟動，啟動的平滑性不高，應用一些自動控制線路組成的軟啟動器可以實現(xiàn)鼠籠式異步電機的無級平滑運動，這種方法稱為軟啟動。軟啟動分為磁控式和電子式兩種。磁控式故障率高，已被電子式取代。 啟動過程電機所加的電壓不是一個固定值，軟啟動裝置輸出電壓按指定要求上升，被控電機電壓由零安指定斜率上升至全電壓，轉速相應由零上升到規(guī)定轉速。軟啟動能保證電機在不同負載下平滑啟動，減少電機啟動對電網(wǎng)沖擊，又降低對自身承受的較大結構沖擊力。 軟啟動可以設定起始電壓、上升方式、啟動電流倍數(shù)等參數(shù)，以適用重載、輕載啟動不同情況。 結論 異步電動機的起動問題是它在運行中的一個特殊問題。常用的方法有自耦變壓器降壓起動、Y-Δ起動、軟起動、定子串電阻降壓起動等。 　　在電網(wǎng)和負載兩方面都允許全壓直接起動的情況下，鼠籠式異步電動機仍以直接起動為宜，因為操縱控制方便，而且比較經(jīng)濟。自耦降壓起動器是經(jīng)常被用來起動較大容量鼠籠式異步電動機的降壓起動裝置。雖然自耦降壓起動器是一種老式的起動設備，但利用自耦變壓器的多觸頭降壓，既能適應不同負載起動的需要，又能得到更大的起動轉矩，加之還因裝設有熱繼電器和低電壓脫扣器而具有較完善的過載和失壓保護，所以，至今仍被廣泛應用。直接起動固然起動轉矩較大，對于重型負載有利，但對一般的輕型負載來說,就有可能發(fā)生機械沖擊，從而導致傳動皮帶被撕裂、齒輪被打壞等事故。盡管直接起動方法簡單，起動設備也簡單，價格便宜，但為了限制電壓和機械的沖擊，以及保證電網(wǎng)的供電質量，在某種場合，就得采取降壓起動方式，或者在繞線式異步電動機的轉子電路中串入阻抗進行起動。 　　星三角起動，對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。采用星三角起動方式時，電流特性很好，而轉矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動的場合。換句話說，由于起動轉矩小，星三角起動的優(yōu)點還是很顯著的，因為基于這個起動原理的星三角起動器，同任何別的降壓起動器相比較，其結構最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角起動方式還有一個優(yōu)點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。此時，額定轉矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。眾所周知，自耦降壓起動器的最大優(yōu)點是起動轉矩較大，當其繞組觸頭在80%處時，起動轉矩可達直接起動時的64%。設電動機的起動轉矩為其額定轉矩的1.4倍，則在降壓起動時，線電流為直接起動時的64%，起動轉矩為額定轉矩的90%。然而據(jù)調(diào)查，自耦降壓起動器多半工作于65%觸頭處，而且起動也頗順利。根據(jù)分析，此時電動機的起動轉矩為直接起動時的42%，與星三角起動時的1/3比較，只不過大8～9%而已?？梢灶A計，在這種場合采用星三角起動器也未嘗不可，何況實際上也有飼料粉碎機、水泵等采用星三角降壓起動而運轉正常的例子。如果顧及到高起動轉矩異步電動機的推廣，星三角起動方式的應用更有著廣闊的前景。 　　綜上，并非所有的場合采用降壓方式都是有利的。因為采取降壓起動方式，一方面要增設起動設備，從而增加了投資；另一方面，有些拖動系統(tǒng)常常需要正反轉，也有些系統(tǒng)操作很頻繁，這都要求縮短起動時間，以提高勞動生產(chǎn)率。所以必須針對具體使用要求對起動方案的技術經(jīng)濟指標統(tǒng)籌考慮，合理地選擇起動方式和相應的起動設備。 致謝 在此論文的寫作期間，得到課題設計指導老師悉心的指導和精心的幫助，并在實習時也得到實習老師的幫助，在此向各老師表示深深的感謝。同時我也得到裝備制造系同學的大力支持及學長們的無私幫助。通過本次課題設計我也學到了不少新的東西，也發(fā)現(xiàn)了大量的問題，有些在設計過程中已經(jīng)解決，有些還有待今后慢慢學習。只要學習就會有更多的問題，有更多的難點，但也會有更多的收獲。另外本文參考了多篇論文，在此表示感謝！ 參考文獻 1. 湯蘊璆，《電機學》，機械工業(yè)出版社，北京：2003.1 2. 鄧星鐘,《機電傳動控制》，華中科技大學出版社，2001.3 4. 秦曾煌,《電工學》，第五版，高等教育出版社，北京，2005.12 3. 李永東,《交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2002.5