17.3 交、直流电动机的起动方式及起动校验

17.3 交、直流电动机的起动方式及起动校验 17.3.1 电动机的起动条件 17.3.1.1 电动机的起动有关规定 [10、65、68] （1）电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨 碍其他用电设备的工作。 （2）交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定： 1）在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的 90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定 电压的 85%。 2）配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的 80%。 3）配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机尚应保证接 触器线圈的电压不低于释放电压。 （3）笼型电动机和同步电动机起动方式的选择，应符合下列规定： 1）当符合下列条件时，电动机应全压起动。 a）电动机起动时，配电母线的电压符合 17.3.1.1第（2）条的规定； b）机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩； c）制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。 2）当不符合全压起动的条件时，电动机宜降压起动，或选用其他适当的起动方式。 3）当有调速要求时，电动机的起动方式应与调速方式相配合。 （4）绕线转子电动机宜采用在转子回路中接入频敏变阻器或电阻器起动，并应符合下列要求： 1）起动电流平均值不宜超过电动机额定电流的 2倍或制造厂的规定值； 2）起动转矩应满足机械的要求； 3）当有调速要求时，电动机的起动方式应与调速方式相配合。 （5）直流电动机宜采用调节电源电压或电阻器降压起动，并应符合下列要求： 1）起动电流不宜超过电动机额定电流的 1.5倍或制造厂的规定值； 2）起动转矩和调速特性应满足机械的要求。 17.3.1.2 电动机的起动条件 电动机的起动方式，一般分为直接起动和降压起动。起动时应满足下述条件： （1）起动时，对电网造成的电压降不超过规定的数值。一般要求：经常起动的电动机不大于 10%；偶而 起动时，不超过 15%。在保证生产机械所要求的起动转矩而又不致影响其他用电设备的正常工作时，其电 压降可允许为 20%或更大一些。由单独变压器供电的电动机其电压降允许值由传动机械要求的起动转矩来 决定。 （2）起动功率不超过供电设备和电网的过载能力。对变压器来说，其起动容量如以每 24h 起动 6 次，每 次起动时间为 15s来考虑，当变压器的负载率小于 90%时，则最大起动电流可为变压器额定电流的 4倍。 （3）电动机的起动转矩应大于传动机械的静阻转矩，即 * * 1* 1.1 s M T TU = （17− 3− 1） 式中 *MU ——起动时施加到电动机上的端电压标幺值； * 1T ——传动机械静阻转矩标幺值， MNTTT /1 * 1 = ； * sT ——电动机的起动转矩标幺值， MNss TTT / * = 。 传动机械的静阻转矩，一般可根据机械工艺资料计算出来，或由工艺设计资料提供。 （4）起动时，应保证电动机及起动设备的动稳定和热稳定性。 （5）降压起动方式的选择。低压电动机一般采用星－三角或自耦变压器起动。高压电动机一般采用电抗 器起动，当不能同时满足降低起动电流和保证起动转矩的要求时，则采用自耦变压器起动。大型高压电动 机尚需考虑电动机的结构和允许温升，按制造厂规定的方式起动。 根据具体情况还可采用其他适当方式，如对大型同步电动机−直流发电机组采用准同步起动方式，即先使 直流发电机作为直流电动机起动（直流电源另给），拖动同步电动机至准同步转速，投入励磁后再与电网 并车。还可用另外的小电动机拖动大型电动机起动，以及对大型同步电动机上先接上变频电源低频起动等。 （6）电动机起动方式及其特点。电动机起动方式及其特点见表 17− 3− 1。 设计中应计算电动机起动时配电系统中的电压，以便正确选择起动方式和供配电系统，并根据起动电流或 容量校验供配电和起动电器的过负荷能力。 表 17− 3− 1 电动机起动方式及其特点 起动方式 全压起动 变压器−电动 机组起动 电抗器降压起 动 自耦变压器降 压起动 星－三角降压起动 起动电压 nU nkU nkU nkU nn UU 58.0 3 1 = 起动电流 qI qkI qkI qIk 2 qq II 33.03 1 2 =      起动转矩 qM qMk 2 qMk 2 qMk 2 qq MM 33.03 1 2 =      适用范围 高、低压电动 机 高、低压电动 机 高压电动机 高、低压电动 机 定子绕组为三角形接 线的中心型低压电动 机 起动特点 起 动方 法简 单，起动电流 大，起动转矩 大 起动电流较大，起动转矩较小 起动电流小， 起动转矩较大 起动电流小，起动转矩 小 注 1. 表中 nU －标称电压； qI 、 qM －电动机的全压起动电流和起动转矩； k－起动电压与标称电压的 比值，对于自耦变压器为变压比。 2. 电动机起动时，起动电器受电端电压降代为标称电压的 qu 倍，则表中起动电压、起动电流、起动转矩 值尚应分别乘以 qu 、 qu 及 2 qu 。 （7）选择降压起动电器需满足的基本条件。 1）起动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即 qMu ≥ qM j m m1.1 （17− 3− 2） 式中 qMu ——起动时电动机端子电压相对值，即端子电压与标称电压的比值； qMm ——电动机的起动转矩相对值，即起动转矩与额定转动的比值； jm ——电动机传动机械的静阻转矩相对值，常用数据参见表 17− 3− 2。 表 17− 3− 2 常用电动机传动机械所需转矩相对值 传动机械名称 所需转矩相对值 起始静阻转矩 牵入转矩 最大转矩 离心式扇风机、鼓风机、压缩机和水泵 管道阀门关闭时起动 管道阀门开起时起动 往复式空压机、氨压缩机和煤气压缩机 往复式真空泵（管道阀门关闭时起动） 皮带运输机 球磨机 对辊、颚式和圆锥型破碎机（空载起动） 锤形破碎机（空载起动） 持续额定功率运行的交、直流发电机 允许 25%过负荷的交、直流发电机 0.3 0.3 0.4 0.4 1.4~1.5 1.2~1.3 1 1.5 0.12 0.18 0.6 1 0.2 0.2 1.1~1.2 1.1~1.2 1 1 0.08 0.1 1.5 1.5 1.4 1.6 1.75 2.5 2.5 1.5 2 2）低压电动机起动时还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。 3）结构特殊的大型高压电动机的起动方式，应符合制造厂的规定。电动机的起动时间为 )(365 )( 22 jqpqMrM r q mmuP nGDt − = ，s （17− 3− 3） 为使同步电动机铜制阻尼笼温度不超 300℃，在冷却状态下连续起动 2次（或在热状态下起动一次）时， 电动机的最长允许起动时间为 ) 235 2max qpqMrM q muP Gt =⋅ ，s （17− 3− 4） 上两式中 rMP ——电动机的额定功率，kW； rn ——电动机的额定转速，s -1 G ； ——同步电动机阻尼笼中阻尼条的铜重，kg； jm ——电动机传动机械的静阻转矩相对值； 2)(GD ——机组的总飞轮矩，t·m2（9.8kN·m2 qpm ）； ——电动机的平均起动转矩相对值，同步电动机为 qMm ，但当 qMm ≤ ym 时，为 1.1 qMm ，普通笼型 电动机 )(2.0 max qMqM mmm −+ ，JK型高速笼型电动机为 1.05 qMm ； qMm ——电动机的起动转矩相对值； ym ——同步电动机的牵入转矩相对值； maxm ——电动机的最大转矩相对值。 17.3.2 异步电动机的起动方式及计算方法 17.3.2.1 笼型转子异步电动机的起动方式及计算方法 [66、68] （1）笼型电动机的各种起动方式。笼型转子异步电动机应优先采用直接起动。当不允许直接起动时，可 考虑减压起动。确定能否直接起动的条件，可参考表 17− 3− 3 和表 17− 3− 4 的数据。表 17− 3− 5 列出了 各种起动方式的特点及适用范围。笼型异步电动机的各种起动方式机械特性见表 17− 2− 2。 表 17− 3− 3 按电网容量允许直接起动的笼型电动机功率 电网 允许直接起动的笼型电动机功率 小容量发电厂 每 1kVA发电机容量为 0.1~0.12kW 变电所 经常起动时，不大于变压器容量的 20%，不经常起动时，不大于变压器容量的 30% 高压线路 不超过电动机连接线路上的短路容量的 3% 变压器电动机 组 电动机功率不大于变压器容量的 80% 表 17− 3− 4 6（10）/0.4kV变压器允许直接起动笼型电动机的最大功率 变压器供电 的其他负载 Sfh ϕcos （kVA） 及其功率因 数 起 动 时 的 电 压 降 %U∆ 供电变压器的容量 TS （kVA） 100 125 160 180 200 250 315 320 400 500 560 630 750 800 1000 bfh SS 5.0= 10 22 30 30 40 40 55 75 75 90 110 115 135 155 180 215 7.0cos =ϕ 15 30 40 55 55 75 90 100 100 155 155 185 225 240 260 280 bfh SS 6.0= 10 17 22 30 30 40 55 75 75 90 110 115 135 135 155 185 8.0cos =ϕ 15 30 30 55 55 75 90 100 100 155 185 185 225 240 260 285 注 表中所列系指电动机与变电所低压母线直接相连时的数据。 （2）笼型电动机减压起动计算 1）Y－△起动。Y－△起动适用于额定运行时定子绕组为△连接的电动机。采用这种方法起动时，可使每 相定子绕组所承受的电压降低到电源电压的 3/1 ，其起动电流约为直接起动时线电流的 3/1 ，起动转 矩约为直接起动时的起动转矩 1/3，所以这种起动方法只适用于空载或轻载起动的场合。 表 17− 3− 5 笼型电动机各种起动方式比较 起动方式 全压起动 三相电阻降 压起动 电抗器减压起动 自耦变压器减压起动 减压百分数 减压百分数 50% 45% 37.7% 80% 65% 50% N s U U 额定电压 起动电压 1 0.8 0.50 0.45 0.375 0.80 0.65 0.50 全压起动转矩 起动转矩 1 0.64 0.25 0.20 0.14 0.64 0.43 0.25 全压起动电流 起动电流 1 0.8 0.50 0.45 0.375 0.64 0.43 0.25 起动电路图 起动时 KM1 闭合，起动后 KM1 和 KM2 闭合 起动时 Q1闭合，Q2断开运 转时 Q1和 Q2闭合 起动时 KM1和 KM3闭合， 起动后 KM1和 KM2闭合 适用场所 高压、低 压电动机 低压电动机 高压电动机 高压、低压电动机 特点 起动方法 简便，起 动电流和 起动电压 降较大 起动电流较 大，起动转矩 较小。起动过 程电阻中电 能消耗较大 起动电流较大，起动转矩较 小 起动电流较小，起动转矩较 大 起动方式 星−三角减压起动 延边三角形减压起动 抽头比例 b aK = * 1:2 1:1 3:1 N s U U 额定电压 起动电压 0.58 0.78 0.71 0.66 全压起动转矩 起动转矩 0.33 0.6 0.5 0.43 全压起动电流 起动电流 0.33 0.6 0.5 0.43 起动电路图 起动时 Y接线，触头 1、8、 5、3、7闭合，起动后△接 线，触头 1、2、5、6、4、 8闭合 起动时 KM1和 KM3闭合， 起动后 KM1和 KM2闭合， KM3断开 适用场所 绕组额定电压 380V，具有 6 个出线头的电动机，如 JO2、JO3、J2、J3 系列电 动机 绕组额定电压 380V，具有 9个出线头的电动机，如 JO3、 J3系列电动机 特点 起动电流小，起动转矩小 起动电流小，起动转矩较大，具有自耦变压器及星－三角 两种减压起动方式的优点 注 NU ——电动机额定电压；α ——减压系数       = N s U Uα ； sI ——直接起动时起动电源； sT ——直接起 动时起动转矩； aI ′——延边三角形抽头起动时起动电源； sT ′——延边三角形抽头起动时起动转矩。 * 延边三角形数据是根据下面公式及抽头比 b aK = 估算： K K U U N s 31 31 + + = K K I I s s 31 1 + + = ′ K K T T s s 31 1 + + = ′ 2）延边三角形（△）起动。延边三角形起动法适用于额定运行时定子绕组为△连接的电动机。应用这种 方法起动时，定子绕组作延边三角形连接，待电动机接近额定转速时，再换接为△连接，如表 17− 3− 3所 示。这种方法与 Y－△起动法相比，其优点是可以设计成不同抽头比例，以获得较高的起动转矩，但起动 电流将偏大，缺点是定子绕组比较复杂。 采用此种起动方式时，电动机的起动电压和起动转矩与定子绕组的抽头匝数有关，工程设计中可按下述方 法估算。 a）电动机的起动电压 K K U U q q 31 31 + + = ′ ∆ ∆ （17− 3− 5） 式中 ∆′qU ——电动机延边起动时的起动电压，V； ∆qU ——电动机全压起动时的起动电压，即 380V； K ——星形部分和三角形部分的抽头比，即， b aK = 。 b）电动机的起动电流 K K I I q q 31 1 + + = ′ ∆ ∆ （17− 3− 6） 式中 ∆′qI ——电动机延边起动时的起动电流，A； ∆qI ——电动机全压起动时的起动电流，A。 c）电动机的起动转矩。由于电动机的起动转矩与额定直动转矩之比和起动电流与全压起动电流之比相同， 因此式（17− 36）可改写为 K K M M q q 31 1 + + = ′ ∆ ∆ （17− 3− 7） 式中 ∆′qM ——电动机延边起动时的起动转矩，N·m； ∆qM ——电动机全压起动时的起动转矩，N·m。 按照式（17− 3− 5）~式（17− 3− 7）估算，各种不同的抽头比时，电动机起动电压、起动电流和起动转矩 之间的关系见表 17− 3− 3。 3）三相电阻减压运动。定子回路接入对称电阻这种起动方式的起动电流较大，耐卢动转矩较小。如起动 电压降至额定电压的 80%，其起动电流为全压起动电流的 80%，而起动转矩仅为全压起动转矩的 64%，且 起动过程中消耗电能较大。因此电阻减压起动一般用于轻载起动的低压笼型电动机。起动电阻的计算步骤 如下。 a）根据生产机械的静阻转矩 jM 与电动机的起动转矩 qdM ，求出电动机的允许起动电压 pdU ，即 pdU ≥ pd j ed M M U 1.1 （17− 3− 8） 式中 pdU ——电动机允许起动电压，V； edU ——电动机额定电压，V； b）计算电动机的起动阻抗 pd pd I Z 3 380 = （17− 3− 9） 式中 pdZ ——起动阻抗，Ω； pdI ——电动机起动电流，A。 c）计算每相允许的全部外加电阻 pdpd pd w RXa Z R −−      = 2 2 （17− 3− 10） pdpdpd ZX ϕsin= （17− 3− 11） pdpdpd ZR ϕcos= （17− 3− 12） 上三式中 wR ——全部外加电阻，Ω； a ——电动机的起动电压与额定电压之比， ed pd U U a = ； pdX ——电动机的起动电抗，Ω； pdR ——电动机的起动电阻，Ω； 在工程计算中，电动机起动时的功率因数 pdϕcos 可取 0.25，则 qdϕsin 为 0.97。 d）计算外加降压电阻 1RRR w −= 式中 R ——外加降压电阻，Ω； 1R ——线路电阻，Ω，当线路较短时可忽略不计。 e）按等效起动电流及外加降压电阻值选择起动电阻器。 4）电抗器减压起动。定子绕组串接电抗器的减压起动，通常应用于高压电动机。采用这种起动方法，电 动机电流按其端电压的比例降低，而其起动转矩则按其端电压二次方的比例降低。 电抗器减压起动的计算见 17.3.3.2（1）。 5）自耦变压器减压起动。这种方法多用于大中型电机。采用自耦变压器起动，电动机的起动电流与起动 转矩都按其端电压二次方的比例降低，与串接电抗器起动相比，该方法的优点是电动机在同样降低的端电 压下，电源供电电流较小。自耦变压器减压起动通常用于要求起动转矩较高而起动电流较小的场合。起动 用的自耦变压器的容量可按下式计算 2 qpd bz NtS S = （17− 3− 13） 或 2 jspd bz tS S = （17− 3− 14） edjq ed pd pd SKU U S 2       = （17− 3− 15） 上三式中 qdS ——电动机起动容量，kVA； pdU ——电动机起动电压，V； edU ——电动机额定电压，V； jqK ——电动机起动电流倍数； qdS ——电动机起动容量，kVA； N ——电动机允许连续起动次数； qt ——电动机一次起动时间，min； jst ——电动机计算起动时间， Ntt qjs = ，min； bzS ——自耦变压器容量，kVA。 自耦变压器均具有 65%和 80%额定电压的两组抽头，相应的起动转矩和起动电流分别为其额定值的 42.3% 及 64%。自耦变压器随自耦减压起动控制柜成套供货。 17.3.2.2 绕线式转子异步电动机的起动方式和计算 绕组转子异步电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式。前者起动转矩大但控制较复杂， 且起动电阻体积大、维护麻烦；而后者具有恒转矩的起、制动特性，又是静止元件，很少需要维修，因此， 除下列情况外，绕线转子电动机多采用频敏变阻器起动。 a）有低速运转要求的传动装置。 b）要求利用电动机的过载能力，承担起动转矩的传动装置，如加热炉的推钢机等。 c）初始起动转矩很大的传动装置，如球磨机、转炉倾动等。 （1）转子串电阻分级起动。图 17− 3− 1 为绕组转子电动机转子串接三级起动电阻线路的示意图。起动时 的机械特性见图 17− 3− 2。各级起动电阻值可用 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 法或图解法确定。 图 17− 3− 1 绕线转子电动机转子串接三级起动电阻线路图 （按 KM1、KM2、KM3动作次序依次短接电阻 1r 、 2r 、 3r ） 图 17− 3− 2 绕线转子电动机电阻分级起动的机械特性 1）分析法。 a）首先确定需要的起动级数 q，起动级数视电动机容量及负载性质而定。电动机容量愈大，以及要求平 均起动转矩值大且切换时冲击小，则需要的起动级数愈多。一般数据可参见表 17− 3− 6。 表 17− 3− 6 绕线转子电动机起动级数q 电动机容量 （kW） 接触器继电器控制时起动级数q 电动机容量 （kW） 接触器继电器控制时起动级数q 全负载 半负载 通风机离 心泵 全负载 半负载 通风机离 心泵 0.75~7.5 1 1 1 60~95 4~5 3 3 10~20 2 2 2 100~200 4~5 3 4 22~35 2~3 2 2 220~370 6 4 5 35~55 3 2~3 3 b）确定起动级数q以后，求 q NTs * 1 1 =λ （17− 3− 16） 式中 λ——最大起动转矩与切换转矩之比值， 21 /TT=λ ； 1T ——最大起动转矩，应小于电动机的临界转矩 erT ，一般取 1T ≤ erT8.0 （N·m）； 2T ——切换转矩（N·m）； * 1T ——最大起动转矩对电动机额定转矩的标幺值； Ns ——电动机额定转差率。 c）求电动机的额定电阻 Nr NNN Rsr 2= 式中 NR2 ——电动机转子额定电阻， NNN IUR 222 3/= ，Ω； NU 2 ——当 2=s 时电动机转子额定电压，V； NI2 ——电动机转子额定电流，A。 d）确定各级起动电阻值 或者      = = = λ λ λ 21 32 3 RR RR rR N （17− 3− 17）         = = = −= − λ λ λ λ )1( 32 21 3 )1( mm N rr rr rr rr  （17− 3− 18） 2）图解法。仍以图 17− 3− 1所示的三级起动线路为例，来说明如何用图解法确定各级起动电阻值。 a）用百分值绘出电动机的自然机械特性（如图 17− 3− 3上的 gBn0 线段）。 b）选定最大起动转矩 1T 和切换转矩 2T 。图 17− 3− 3中假定取 NTT 21 = 。从 0n 到 1T 点画一直线 kn0 ，在 1T 和 2T 之间绘制起动曲线。如果绘出的曲线与所确定的起动级数相符合，则所确定的 1T 、 2T 值是合适的， 否则应调整 1T 或 2T 值并重做。 c）通过 NT 点做直线与各级起动特性曲线分别相交于B、C、D、E各点，则各级电阻值为          = = = N N N R AF BCr R AF CDr R AF DEr 23 22 21 （17− 3− 19） 式中 NR2 ——转子额定电阻， NNN IUR 222 3/= 。 图 17− 3− 3 用图解法求起动电阻 （2）转子串频敏变阻器起动。接在转子回路中的频敏变阻器是一种无触点电磁元件，相当于一个铁心损 耗很大的三相电抗器。在起动过程中，频敏变阻器的电抗值和对应于铁心涡流损耗的等效电阻值随着转子 电流频率的减小而自动下降。因此，不需经过分级切换电阻就可以使电机平稳地起动。随着电动机转速的 增高，自动平滑地减小阻抗值，从而可以限制起 图 17− 3− 4 绕线转子电动机采用频敏变阻器起动特性 （a）轻载起动；（b）重载起动 * 1T －负载转矩标幺值； * sT －起动转矩标幺值； * sI －起动电流标幺值 动电流，并得到大致恒定的起动转矩（见图 17− 3− 4）。 当电动机反接时，频敏变阻器的等效阻抗最大，从反接制动到反向起动过程中，其等效阻抗始终随转子电 流频率的减小而减小，使电动机在反接过程中转矩亦接近恒定。因此频敏变阻器尤为适用于反接制动和需 要频繁正、反转工作的机械。 频敏变阻器结构简单，占地面积小，运行可靠，无需经常维修，伸其功率因数低，起动转矩小，对于要求 有低速运转和起动转矩大的机械不宜采用。 根据生产机械的负载特性，可按表 17− 3− 7选择频敏变阻器的类型。目前生产的频敏变阻器系列产品属偶 而起动的有 BP1− 2、BP1− 3、BP2− 7、BP6等型，电动机最大容量达 2240kW；属重复短时工作的有 BP1 − 0、BP1− 4、BP1− 5、BP4等型。各种工作制下选用的频敏变阻器可查表。 偶尔起动用频敏变阻器，可采用起动后用接触器短接的控制方式，见图 17− 3− 5。对于重复短时工作的频 敏变阻器，为简化控制线路，可常接在转子电路中，见图 17− 3− 5。 图 17− 3− 5 频敏变阻器接线图 （a）起动后切除；（b）常接在转子电路中 频敏变阻器的铁心与轭铁间设有气隙，在绕组上留有几组抽头，改变气隙δ 和绕组匝数，便可调整电动机 的起动电流和起动转矩（见图 17− 3− 6），可见： a）起动电流过大及起动太快时，应增加匝数；反之，当起动电流过小及起动转矩不够时，应减少匝数。 b）刚起动时，起动转矩过大，对机械有冲击，但起动完毕后，稳定转速低于额定转速；当短接频敏变阻 器时，电流冲击较大，可增大气隙，但起动电流有所增大。 图 17− 3− 6 改变频敏变阻器匝数和气隙时的特性 （a）改变匝数N ；（b）改变气隙δ 表 17− 3− 7 按机械负载特性选用频敏变阻器类型 起动负载性质 特性 传动设备举例 偶 而 起 动 轻载 起动转矩 ST ≤（0.6~0.8） NT ，阻力矩 jT ≤ NT5.0 ，折算至电 动机轴上飞轮力矩 2GD 较小，起动时间 >t 20s 空压机、水泵、变流机 等 重轻载 起动转矩 ST ≤（0.9~1.1） NT ，阻力矩 jT ≤ NT8.0 ，折算至电 动机轴上飞轮力矩 2GD 较小，起动时间 >t 20s 锯床，真空泵、带飞轮 的轧钢主电机 重载 起动转矩 ST ≤（1.2~1.4） NT ，阻力矩 jT ≤ NT8.0 ，折算至电 动机轴上飞轮力矩 2GD 较小，起动时间介于轻载和重轻载之间 胶带运输机、轴流泵、 排气阀打开起动的鼓 风机 反 复 短 时 起 动 第一类 起动次数 250次/h， ∗Zts 值＜400s sT ≤ NT5.1 推钢机、拉钢机及轧线 定尺移动 第二类 起动次数＜400次/h， ∗Zts 值＜630s 出炉辊道、延伸辊道、 检修吊车大小车 第三类 起动次数＜630次/h， ∗Zts 值＜1000s 轧机前后升降台及真 辊道、生产吊车大小车 第四类 起动次数＜630次/h， ∗Zts 值＜1600s 拨钢机、定尺辊道、翻 钢机、压下 * ∗Zts 值为每小时起动次数Z （起动一次算一次，反接制动一次算三次，动力制动一次算一次）与每次 起动时间 St 的乘积。无规则操作或操作极度频繁的电动机，由于每次起动不一定升至额定转速，在设计中 一般可取 stS 2~5.1= 。 17.3.3 同步电动机的起动方式及计算方法[66] 由于同步电动机起动时对电网电压波动影响很大，因此必须按照 17.3.1.2条的要求进行核算。 当电网容量足够大且允许直接起动时，应尽量采用直接起动；只有在电网和电动机本身结构不允许直接起 动时，才可考虑采用电抗器或自耦变压器减压起动。当技术经济合理时采用变频软起动。 17.3.3.1 同步电动机直接起动的条件 同步电动机是否允许直接起动，首先取决于电动机本身的结构条件，它由电机制造厂决定。如果不能取得 电机制造厂资料时，通常可按下述条件估算，符合下述条件时，可以直接起动。对于 3=NU kV的电动机 p PN 2 ≤250~300kW 对于 6=NU kV的电动机 p PN 2 ≤200~250kW 上二式中 p ——极对数。 其次，可按母线电压水平核算电动机是否允许直接起动。忽略有功电流及电阻的影响，并假定起动前电源 电压为恒定值，而且母线电压U 等于额定电压 NU 。 按图 17− 3− 7（a）所示的等效电路，并已知母线上最小短路容量为 dlS （并以 dlS 做为 图 17− 3− 7 同步电动机起动时的等效电路 （a）直接起动；（b）电抗器减压起动；（c）自耦变压器减压起动 ∗ xjX －系统电抗标第值； ∗ 1U －电源电压标幺值 ∗ fhX －母线上负载电抗标幺值； ∗ MX －电动机起动等效电抗标幺值 基准值），则电动机允许直接起动的条件为 NisSK ＜ )( 1 fhd QSa + （17− 3− 20） 11 −= ∗bU a （17− 3− 21） 当 8.0=∗bU 时， 25.018.0 1 =−=a 85.0=∗bU 时， 175.0185.0 1 =−=a 9.0=∗bU 时， 11.019.0 1 =−=a 式中 isK ——额定电压时，电动机的起动电流倍数； NS ——电动机的额定容量，MVA； fhQ ——母线上负载的无功功率，Mvar； ∗ bU ——母线允许电压标幺值， Nbb UUU /= ∗ 。 如能满足式（17− 3− 20）的要求，则可直接起动，否则应采取减压起动。 17.3.3.2 同步电动机的减压起动 （1）电抗器减压起动。同步电动机如不能采用全压直接起动，采用电抗器减压起动时，等效电路见图 17 − 3− 7b。此时应保证 ∗∗∗ sssN TUU 2)( ＞ ∗11.1 T （17− 3− 22） 即 ∗sU ＞ ∗ ∗ ssN T T U 105.1 （17− 3− 23） 式中 ∗sNU ——电动机额定起动电压标幺值； ∗ sU ——起动时电动机端电压标幺值； ∗ sT ——额定电压下起动转矩标幺值； ∗ 1T ——机械的静阻转矩标幺值， Nss TTT /= ∗ 。 为了满足式（17− 3− 23）要求，采用电抗器减压起动的条件为 Nis fhd sN SK QS U +∗ 1 ＞ ∗ ∗ sT T1β （17− 3− 24） ∗− = bU1 05.1β （17− 3− 5） 当 8.0=∗bU 时， 25.58.01 05.1 = − =β 85.0=∗bU 时， 785.01 05.1 = − =β 9.0=∗bU 时， 109.01 05.1 = − =β 如不能满足式（17− 3− 24）的要求，则应采用自耦变压器起动，见图 17− 3− 7（c）。 图 17− 3− 8为同步电动机采用电抗器减压起动线路简图，电抗器 L每相电抗值 LX 可用下式估算 Ω− ′ = , 31 ms N X I UX （17− 3− 26） 式中 I ′——接入电抗器后电动机的起动电流，A； mX ——当 1=s 时，电动机定子每相的电抗，Ω。 式（17− 3− 26）计算简便，可用在工程设计中的估算，但计算出的 1X 值偏大。 （2）自耦变压器起动。如果用电抗器起动不能满足要求，则应采用自耦变压器起动。图 17− 3− 9 所示为 采用自耦变压器起动时的线路。由于定子侧要用三台高压开关，因此主种起动方式投资较高。但是在获得 同样起动转矩的情况下，其起动电流较小。两种起动方式的比较见表 17− 3− 8。图 17− 3− 7（c）为自耦变 压器起动等效电路，起动时，必须满足下述条件 ∗∗ sbb TKU 2)( ＞ ∗11.1 T （17− 3− 27） 式中 bK ——自耦变压器的电压比。 图 17− 3− 8 同步电动机采用电抗器减压起动线路简图 （起动：QSI闭合，QS2断开；运转：QSI、QS2均闭合） 图 17− 3− 9 同步电动机自耦变压器起动时的线路 （起动：QS1、QS3闭合，QS2断开；运转：QS3断开，QS1、QS2闭合） 为满足式（17− 3− 27）的要求，其起动条件为 ∗ ∗ > + sNis fhd T T SK QS 11 1.1δ （17− 3− 28） )1( ∗∗ −= bb UUδ （17− 3− 29） 当 8.0=∗bU 时， 16.0)8.01(8.0 =−=δ 85.0=∗bU 时， 127.0)85.01(85.0 =−=δ 9.0=∗bU 时， 09.0)9.01(9.0 =−=δ 表 17− 3− 8 同步电动机两种起动方式比较表 降压起动方式 电抗器降压起动 自耦变压器起动 电动机起动电压 NUα NUα 电动机起动电流 sIα sI 2α 电动机起动转矩 sT 2α sT 2α 注 α －压降系数（α ＜1＝对自耦变压器为电压比； sI －直接起动时的起动电流； sT －直接起动时的起 动转矩。 （3）变频起动。随着大功率晶闸管变流器的发展，对大功率同步电动机可以采用静止变频装置实现平滑 起动，其特点是： 1）起动平稳，对电网冲击小。 2）由于起动电流冲击小，不必考虑对被起动电动机的加强设计。 3）起动装置功率适度，一般约为被起动电动机功率的 5%~25%（视起动时间、飞轮力矩和静阻转矩而异）。 4）若干台电动机可公用一套起动装置，较为经济。 5）由于是静止装置，便于维护。 用此种方法可起动功率为数千至数万千瓦的同步电动机。 17.3.4 直流电动机的起动方式 直流电动机宜采用调节电源电压或电阻器降压起动，并应符合下列要求： [10、64] a）起动电流不宜超过电动机额定电流的 1.5倍或制造厂的规定值； b）起动转矩和调速特性应满足机械的要求。 小型直流电动机可以直接起动。 中、大型直流电动机可以采用电枢回路串电阻起动和降压起动，起动转矩较大，由变流装置供电的他励电 动机可借调节电枢电压实现起动。 17.3.4.1 直流并励电动机的起动 直流并励电动如果采用电阻分级起动，其计算方法与绕线式电动机串电阻分级起动所叙述的分析法和图解 法完全一样。 17.3.4.2 直流串励电动机的起动 直流串励电动机，由于其机械特性为非线性，采用分析法计算较困难，通常多采用图解法，其计算步骤如 下： （1）绘制电动机的自然机械特性曲线。根据电动机的特性数据绘制 )(nfI = 特性曲线。如果得不到电动 机数据，可采用图 17− 3− 10的通用特性曲线。 （2）根据传动装置允许的最大起动电流 1I ，确定电动机电枢回路的总起动电阻 图 17− 3− 10 ZZ系列串励电动机的通用特性曲线 Ω= , 1I UR Ns （3）根据已定的起动级数及假定的切换电流 2I ，求出电动机接入总起动电阻时的转速 2n （图 17− 3− 11 中的b点）。 min/, 2 22 12 rrIU RIUnn NN N − − = （17− 3− 30） 式中 1n ——自然机械特性曲线上h点的转速，r/min； NU ——外加直流额定电压，V； NR ——电动机电枢回路部内阻， an rrrr ++= 21 ； cqR ——电动机串励绕组电阻，Ω， acq rrrr ++= 21 。 （4）根据已定的 1I 和 2I 值，在自然机械特性曲线上找出相应的 g点和 h点，并在人工机械特性曲线上找 出相应的a点与b点。通过 g、 h与 a、b点分别画两条直线交于 t点。 图 17− 3− 11 直流串励电动机起动特性 （a）起动电路简图；（b）起动特性           = = = −= q q q Nsq R ga egr R ga cer R ga acr rRR 3 2 1 （17− 3− 31） 式中 qR ——起动时外接的总电阻，Ω； 1r 、 2r 、 3r ——分别为各级的起动电阻值，Ω。