电动机直接启动及变压器容量的关系

电动机直接启动与变压器容量的关系

交流电动机以其结构简单、运行可靠、维护方便、价幡便宜、转子惯量丿I、等特点，得到了最广泛的应用。

但其启动电流高达电机額定电流的5~10倍，不仅对电动机及所拖动的扱备造成电气和机械损伤,而且引起电网电压下降，影响同一电啊的其他电气设备的运斤。

为了保込电动机启动时对端电压的要求和掘免对同一电网的其他电气设备的运行的影响，就需要增大电源变压器的容量，一般来说，需要经常直接启动的电动机其功率不大于变压器容量的20%；不需要经常直接启动的电动机其功率不大于变

压器容量的30%。

如果呆用直接启动方式，不仅需要增大变压器的一次投资，而目更重要的是增大了变压器的基本电费（容量电费）。因此，逆种启动方式，大里电动机已枚少果用。需要果用降压启动和軟启动方式。

验ii电动机能否直接起动的经螫公式

电动机能否直接起动，可有下列经验公式来确定：

阳一1，〈电源总容量（千瓦）

打—C、电动机容量（千瓦）

式中：C—系数，I®电源总容量的比值而变动，见下表；

厶一电动机的起动电流，安；

L—电动机額定电流，安；

C 10.7500.6250.5500.5000.4650.4380.4170.4000.3810.375

例：设电温总容量为2000干瓦，电动机的容量为910干瓦。则:

电源总容量〔千瓦）-2000

电动机容量〔千瓦）=可不

从表中査出C值为0.625

厂1电源总容量〔千瓦）

、________ V*

= 3.52

E、电动机容量（千瓦）因此在逹种悄况下电动机是可以直接起动的。

三相异步电动机的启动控制线路

三相异步电动机具有结枸简单,运行可靠，坚固附用，价松便宜，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枳小，重量轻, 转动愦量小的特点。因此，在工矿企业巾异步电动机得到了广泛的应用。三相异步电动机的腔制线路大名由接触器、继电器、fluff关、按担等有触点电器组合而成。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，启动方法也不同，其启动腔制线路差别很大。

一、ass异步电动机全压启动控制线路

在许名工矿企业中，鼠笼式异步电动机的数量占电力拖动设备总数的85% 左右。在变压器容量允许的悄猊下，鼠笼贰异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高腔制线路的可靠性，Q可以减少电器的维修工作量。

电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小助率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。图1是电动机单向起动控制线路的电气原理图。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动腔制、远距离腔制、频繁操作等。

图1单向运行电气控制线路

在图1中，主电路由隔离开关QS、熔Bi器FU、接触器KM的常开主触点，

热缱电器FR的热元件和电动机M组成。控對电路由起动按fflSB2.停止按fflSBK 接触器KM缆圈和常开蒲助敢点、热整电器FR的常冈敢头枸成。

控制线路工作原理为:

1、起动电动机合上三相隔离开关QS,按起动按JBSB2,按触器KM的吸引线

囲得电，3对常开主触点冈合，将电动机M接人电源，电动机开始起动。同时,庁SB2并联的KM的常开舖助触自冈合，即使松手断开SB2，吸引线圏KM 通过其舖助触点可以抵续保持通电,绒持吸合状态。凡是接触器（或继电器）利用自己的来保持其线圈带电的，称之为自锁（自保）。这个顒点称为自锁（自保）触点。由于KM 的自拔作用，当松开SB2后，电动机M仍能继续起动，最后达到稳定运转。

2、停止电动机按停止按3SB1,接触器KM的线團失电，其主触自和捕助触点均斷开，电动机肮离电温,停止运转。这时，即使松开停止按50,由于自锁触点断开，接触器KM线圈不会再通电，电动机不会自行起动。只有再次按下起动按31SB2时,电动机方能再次起动运转。

也可以用下if方式描述：

合上开关QS

起动fKM主触点冈点一＞电动机M得电起动、运行

按下SB2-KM线圈得电—＞KM常开稱助H点ffl合一＞实现自保

停车-KM 1融点复位一＞电动机M斷电停车

按下S B1 f K M线圈失电一f K M常开捕助触自夏位f自保解除

3、线路保护环节

(1 )短路保护

短路时通过熔斷器FU的熔体熔Bi切开主电胳。

(2) U载保护

通il热继电器FR实规。由于热掘电器的热惯性比较大，即使热元件上流il 几倍额定电流的电流，热址电器也不会立即动作。因此在电动机起动时间不太长的悄况下，热址电器经得起电动机起动电流的冲击而不会动作。只有在电动Hl长期过载下PR才动作，Bi开控制电胳，接融器KM失电，切Bi电动机主电胳，电动机停转，实现11载保护。

(3) 欠压和失压保护

当电动机正在运行时，如果电源电压由于某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备的搦坏，甚至造成人身事故。对电网来说，同时有许多电动机及其他用电设备自行起动也会引起不允许的过电流员瞬间网络电压下降。为了肪止电压恢夏时电动机自行起动的保护叫失压保护或零压保护。

当电动机正常运转时,电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路不

正常工作，可能产生事於；电源电压过分地降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定允许值以下时将电源切断，这就是欠电压保护。

欠压和失压保护是通过接能器KM的自锁触点来实现的。在电动机正常运行巾，由干某种原因使电啊电压消失或降低，当电压低干接顒器线圈的聲故电压时, 接触器释fit,自锁触点Bi开，同时主触虑断开，切断电动机电源，电动机停转。餌果电源电压恢复正常，由于自锁解除，电动机不会自行起动，避免了恿外事故发生。只有操作人员再次按下SB2后，电动HI才能起动。腔制线路具备了欠压和失压的保护能力以后,有如下三个方面优点:

・航止电压严重下降时电动机在重负载悄况下的低压运行；

•避免电动机同时起动而造成电压的严重下降；

・肪止电源电压恢复时，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。

二、三相克笼式异步电动机降压起动线路

凤笼式异步电动机采用全压直接起动时，腔制线路简单，绒修工作量较少。但是，并不是所有异步电和机在任何悄况下都可以采用全压起3]o &是因为异步电动机的全压起动电流一般可这额定电流的4-7倍。U大的起动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减少电动机本身的起动转拒，甚至使电动机根本无法起动，还要影喇同一供电网路中其它设备的正常工作。如何列Bi 一台电动机能否全压起动呢？一般规定，电动机容量在10kWU下者，可直接起

10kWU上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的电动机，一般用下面的经騎公式来ffiito lq/le< 3/4+电源变压器容量（kVA）/[4 x电动机容量（kVA）]

式中lq—电动机全电压起动电流（A）；le—电动机额定电流（A） o

若it算结果满足上述经騎公式，一般可以全压起动，否则不予全压起动，应考虑果用降压起和。有时，为了限抽和减少起动转拒对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也务呆用降压起动方式。

凤笼式异步电动机降压起动的方法有以下几种：定子电路串电H1 （或电折）

降压起动、自耦变压器降压起动、Y-△降压起动、△-△降压起动等.使用这些方法

81是为了限制起动电爲,（一般降低电压后的起动电滾为电动机額定电滾的2-3 倍），M供电干线的电压降落，保障各个用户的电气设备正常运行。

1、串电呱（或电折）降压起动控制线路

在电动机起动11程中，常在三相定子电路中串接电皿（或电杭）来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起9, ttii到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定値时，切除串联电阻（或电抗），使电动机进人全电压正常运tio &种线路的设廿思想，通常都是采用时间原则按时切除起动时串人的电01（或电抗）以完成起动过程。在具体线路中可果用人工手动腔制或时间继电器自动控制来in以实现。

图2定子串电阳降压起动控斟线路

图2是定子串电叽降压起动腔制线路。电动机起动时在三相定子电路中串接电呱，使电动机定子绕组电压降低,起动后再将电阻短路，电动机的然在正常电压下运ho 2种起动方贰由于不受电动机接线形武的限初，设备简单，因而在中小型机床中也有应用。机床中也常用这种串接电址的方法限制点动调整时的起动电流。

图2（A）控制线路的工作过程如下：

按SB2 KM1得电（电动机串电阻启动）

KT得电（延时）KM2得电（短接电恤，电动机正常运行）

按SB1, KM2|ffi电，其主触自斷开，电动机停车。

只要KM2需电就能使电动机正常运行。但线路图(A)在电动机起动后KM1与KT 一直得电动作,迪是不必要的。线路图(B)就解决了逹个冋題，接触器KM2得电后，

其动Bi触自将KM1及KTBfi电，KM2自锁。这样，在电动机起动后，只要KM2得电，电动机便能正常运彳亍。

串电址起动的优点是腔制线路结梅简单，成本低，动作可靠，提高了助率因数，有利干保込电网质量。但是，由于定子串电恤降压起动，起动电流帧定子电压成正比下降，而起动转葩则按电压下降比M的平方倍下降。同时,毎次起动都要消耗大量的电能。因此，三相鼠茏式异步电动机采用电181降压的起动方法，仅适用于要求起动平隐的巾小容量电动机以员起动不颐繁的场合。大容量电动机名采用串电折降压起动。

2、串自耦变压器降压起动腔制线路

(1 )线路设廿思想

在自耦变压器降压起动的腔制线路中，限制电动机起动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实观的。自耦变压器的柳级和电源相接，自耦变压器的次级与电动机相朕。自耦变压器的次级一般有3f抽头，可得到3种数值不等的电压。使用时，可根据起动电滾和起动转矩的要求灵活选择。电动机起动时,定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，电动机直接接至电源，即得到自耦变压器的一次电压，电动机进人全电压运行。通常称这种自耦变压器为起和补偿器。这一线路的设廿思想和串电阻起动线路基本相同，都是按时间原则来完成电动机起动过程的。

图3定子串自耦变压器降压起动控抽线路

・ffl合开关QS。

・起动按下按IB SB2, KM1和时间掘电器KT同时得电，KM1常开主触点ffl合，电动机经星形连接的自耦变压器接至电瀰降压起动。

・时间娠电器KT经一定时间到这延时值，其常开延时触点ffl合，中间继电器KA得电并自锁，KA的常冈触自斷开，使接触器KM1线圈失

电，KM1主触点断开,将自耦变压器从电网切除,KM1常开埔助触点断开，KT线圈失电,KM1常冈触点恢复冈合，在KM1失电后，使接触器KM2线圈得电，KM2的主能点ffl合,将电动机貞接接入电源，使之在全电压下正常运行。

•停止按下按ffl SB1, KM2线IS失电，电动Hl停止转动。

・在自耦变压器降压起动11程中，起动电流与起动转矩的比值按变比平方

倍降低。在获得同样起动转矩的悄猊下，采用自耦变压器降压起动从电

网获取的电流，比呆用电阳降压起动要小棉多，对电网电流冲击小，功

率损耗小。所以自耦变压器被称之为起动补偿器。换旬话说, 若从电网収

得同样大小的起动电流，采用自耦变压器降压起动会产生较大的起动转

矩。逆种起动方法常用于容量较夫、正常运行为星形接法的电动机。其

缺点是自耦变压器金梢较贵，相对电阳结枸复杂，W 枳庞大，目是按照

非连续工作制设计制造的，故不允许频繁操作。

3、Y—△降压起动控制线路

(1 )线路设廿思想

Y—△降压起动也称为星形一三角形降压起动，简称星三角降压起动。&- 线路的设廿思想的是按时间原则腔制起动11程。所不同的是，在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相统组承受的电压为电源的相电压(220V ),减小了起动电流湘电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时同换接成三轴形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压(380V )，电动机进人正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的最笼式异步电动机，均可果用这种线路。

(2)典型缆路介鉛

定子绕组接成Y—△降压起动的自动控制线路如图4所示。

工作原理:

・按下起动按SISB2,接触器KM1线圈得电，电动机M接入电源。同时,时间進电器KT及接触器KM2缆圈得电。

・接触器KM2线圏得电，其常开主触直闲合，电动机M定子绕组在星形连接下运行。KM2的常FOK1M点断开,保证了接触器KM3不得电。

・时间继电器KT的常开触点延时冈合；常闭触点gW娠开，切断KM2 线圏电源,其主触点斷开而常ffl ffi ID] i & ffl合。

•接触器KM3线圏得电,其主触点冈合，使电动机M由星形起动切换为三角形Elio

•停车

•按SB1稱助电路Bi电各接触器释朋、电动机Bfi电停车

・线路在KM2与KM3之间设有稱助触自联锁，肪止它们同时动作造成姬路；此外，线路转入三幷接运行后，KM3的常ffl触点分斷，切除时间缆

电器KT、接触器KM2,jB免KT、KM2缆圈长时同运行而空群电能, 并

延长其寿命。

・三相凤笼式异步电动机采用Y—△降压起动的优点在于：定子绕组星形接法时，起动电压为直接呆用三角形接法时的1/3,起动电潦为三角形接法

时的1/3,因而起动电渣特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转

矩也相应下降为三角形接法的1/3,转葩特性差。所以该线路适用干轻载

或空教起动的场合。另外应注恿，Y—△朕接时要注意其旌转方向的一

致性。

4、△—△降压起动腔制线路

(1 )线路设廿思想

如前所述，Y—△降压起动有很名优(0美中不足的是起动转矩太小。能否设计一种新的降压起动方法，既具有星形接法起动电流小，艮不需要专用起动设备，同时Q具有三用形接法起动转拒夫的优点，以期完成更为理想的起动过程昵？△—△降压起动便能满足这种要求。在起动时，将电动机定子绕组一部分接成星形，另一部分接成三角形。待起动给束后，再转换成三轴形接法，转换过程仍按照时同原则来控制。U图5中的绕组接线看，就是一个三角形3条辿的延长, 故也称延ill三角形。

图5为电动机定子绕组抽头连接方式。其中图（a）是原始状态。图（b）为起动时接成延边三角形的状态。图（c）为正常运行时状杏。这种电动机共有9 个抽线头，改变定子绕组抽头比（fill N1与N2之比），就能改变起动时定子绕组上电压的大小,从而改变起动电济和起动转葩。但一般来说，电动机的抽头比巳经固定,所以，仅在这些摘头比的围作有限的变动。例如，通过相量廿算可知, 若线电压为380V,当N 1/N2=1/1 B|，相眦于自耦变压器的抽头百分比71%,则相电压为264V；当N 1/N2=1/2 BJ,相（fl干自耦变压器的抽头百分比78%,则相电压为290V；当N1/N2=2/1时，相似于自耦变压器的抽头百分比66%； Y—△接法，相似于自耦变压器的抽头百分比58%O

（2）典型线路介鉛

定子绕组呈△—△接法的线路如图6所示。

\+\匪

S»I作原理:

和—

常见电动机起动Sit«常见电动机起动器比较如表。

il： le为电动机稠定电流；Ue为电动机额定电压；Te为額定转葩。

普11降压起动器的种类

为限制电动机的起动电流11大，电动机起动时通入较低的电压，待电动机运

转后，再加至额定电压，称为降压起动。降压方式有以下几种：

1、星一三角jg动器:

电动机的定子绕组三相接为Y（星）形,每相统组的电压为額定电压的,此时, 电动机的起动电流减少，起动转葩也小，运转正常后，通11起动器自动或手动将电动机定子三相绕组接线变换为D（三角）形，毎相绕组的电压升为额定电压，电动机可正常工作。星一三轴起动器为电动操作时，接线可自动转换，可遥腔电动机起动、停止，并具有过我及失压保护。星一三角起动器一般用干空载或轻载起动的中、小型笼式电动机。

2、自飆降压jgSlS：

在电动机的腔制电路中，利用自耦变压器降IK电源电压，以板少起动电流。自耦变压器输岀IM有不同的电压抽头，可IOS节电机起动电压，以达到降低起动电流，电动机转动后可逐浙调节至額定电压。自耦降压起动器由自耦变压器和交流接触器、热继电器等元件组成，可供电动机不頫繁起动和停止，可具有11载保护及失压保护助能。自耦降压起动器一般用干愦性负教，如泵类、风机、压缩机等。

3、电抗降压起动器：

电折降压起和器为在电动机的电源电路中设一串接电折线圈旁路，电动机起动时，通il电抗线圈降压，以板小起动电流，电动机转动后，甩掉电杭线囲，切换为全电压运斤。电抗降压起动器由电抗线圈、交流接触器、热抵电器等部件组成，可具有ilftft!护和失压保护功能，并可变换电动机转向。一般用于恒转矩负教或重力负载的大中型电机，如卷扬机、升降机、传送带等。

4、电阻降压起动Sh

电IB降压起动器的工作原理与电折降压起动器相似，其区别是在电涌电路巾串

接电阻元件，电动机起动时,通过电阳元件降压，以减小起动电流。电皿降圧起动器的应用围亦与电折降压起动器相同。

5、gfflE角形起动器:

世血三角(△)形起动法是星一三角起动法的一种发最，利用迪种起朋沫的电动机的定子绕组，每相均有一中间抽头，起动时一半绕组接戒三角形，另一半囲接戒星形，可jn?K«i电压相起动电逍；运转正常后，则改接应三甬形，可正常工作o lift起动方法既降低了起动电运，Q不致便起动转矩过小，是带负我起朋电动林的较好起动方法。迢边三角形起动器是配合特殊绕组(定子绕组毎«1三个喘头)的电动机，由交说接触器、热堆电器、变换开关、按和及信号装置组合而成。址边三角骸起朋器一般用干传送带、巫我台车、压力机等。