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三相異步電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí),其定子繞組一般為三角形接法,所承受的電壓為線電壓。而在低壓三相四線系統(tǒng)中,電源線電壓為相電壓的根號(hào)3倍,即U線 =1.732U相 ,如下圖1-1所示,相電壓是指相線與中線點(diǎn)間的電壓,而線電壓是指相線與相線間的電壓。
圖1-1
對(duì)應(yīng)三相異步電動(dòng)機(jī)而言,其定子的起動(dòng)電流會(huì)比額定電流大很多,所謂起動(dòng)電流是指接入電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源線電流。起動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的5~7倍,這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0,轉(zhuǎn)差率為1,對(duì)轉(zhuǎn)子而言,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)速度較大,所以轉(zhuǎn)子電流很大,同樣的,定子電流也就很大。
一般地,近似情況下,電動(dòng)機(jī)的定子起動(dòng)電流與電源電壓成正比,換言之,如果降低電源電壓,就可以降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。但較低的電壓不利于電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行,所以我們要做到降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的同時(shí),還要保證電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)有較高的電壓,基于此,把電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和額定運(yùn)行分為兩步控制。
一、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)
這里的三相異步電動(dòng)機(jī)指的是籠型異步電動(dòng)機(jī),它的起動(dòng)方法要視電源容量、負(fù)載性質(zhì)等要求而定。例如當(dāng)供電系統(tǒng)的容量足夠大(電動(dòng)機(jī)容量<變壓器容量的20%),此時(shí)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的大電流所引起的系統(tǒng)電壓降很小,不會(huì)影響其他設(shè)備的正常工作,所以是允許的。
當(dāng)變壓器容量不夠,為了降低起動(dòng)電流,電動(dòng)機(jī)就得降壓起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法不一,如自耦變壓器降壓起動(dòng)、星——三角降壓起動(dòng)、延邊三角形降壓起動(dòng)、定子回路串電阻(或串電抗器)降壓起動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)等。
相對(duì)于其他起動(dòng)方法中,定子電壓只能按一定倍數(shù)降低,電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)可以通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制定子的電壓,使得定子電壓從零開始逐漸升高至額定電壓。然而,我今天要講的不是電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng),而是電動(dòng)機(jī)的星形——三角形降壓起動(dòng)。
二、電動(dòng)機(jī)的星形——三角形降壓起動(dòng)
星形——三角形降壓起動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),將定子繞組接成星形,起動(dòng)完畢后(達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后),立即將定子繞組改成三角形接法運(yùn)行,如下圖1-2所示,就是一種星形——三角形降壓起動(dòng)的實(shí)際接線方法。
圖1-2
那么,電動(dòng)機(jī)的星形——三角形起動(dòng)是如何實(shí)現(xiàn)降低電壓的目的的呢?它可以將電動(dòng)機(jī)的定子起動(dòng)電流降低到多少呢?
(1)電動(dòng)機(jī)定子繞組星接時(shí)的電壓與電流
電動(dòng)機(jī)定子繞組星形接法的接線圖如下圖1-3所示。
圖1-3
在電動(dòng)機(jī)的接線端子上,用連片把U2、V2、W2連接起來,然后電源線分別接入U(xiǎn)1、V1、W1三個(gè)端子上,其電路接線圖如圖1-3的右邊所示。電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組的阻抗相等,若對(duì)阻抗不理解的,可以當(dāng)作電阻看待。每相繞組的電流等于每相繞組的電壓除以該相繞組的阻抗,即I相 =U相 /Z。
在星形接法中,流過電源線的電流(線電流)等于電動(dòng)機(jī)的相電流,電源電壓(線電壓)等于電動(dòng)機(jī)相電壓的根號(hào)3倍。若不知道為什么是根號(hào)3倍的,可以回顧我之前寫的文章“帶你完全理解相電壓與線電壓”,里面有詳細(xì)的解釋。
根據(jù)以上關(guān)系,就可以得到在星形接法時(shí),電動(dòng)機(jī)的定子起動(dòng)電流(即流過電源線的電流)如圖1-3所示,為線電壓除以根號(hào)3倍阻抗。
(2)電動(dòng)機(jī)定子繞組三角接時(shí)的電壓與電流
電動(dòng)機(jī)定子繞組星形接法的接線圖如下圖1-4所示。
圖1-4
電動(dòng)機(jī)的接線端子上,用連片分別把U1W2、V1U2、W1V2連接起來,然后電源線分別接入U(xiǎn)1、V1、W1三個(gè)端子上,其電路接線圖如圖1-4的右邊所示。同樣的,電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組的阻抗相等,每相繞組的電流等于每相繞組的電壓除以該相繞組的阻抗,即I相 =U相 /Z。在三角形接法中,流過電源線的電流(線電流)等于電動(dòng)機(jī)相電流的根號(hào)3倍,電源電壓(線電壓)等于電動(dòng)機(jī)相電壓,如圖1-4右邊的式子所示。
三、星形接法和三角形接法的電壓電流比較
將三角形接法與星形接法相比較,可以發(fā)現(xiàn),三角形接法時(shí),定子繞組的每相電壓直接等于電源線線電壓,而且流過電源線的電流是每相繞組電流的根號(hào)3倍!
如下圖1-5所示為兩種接法的對(duì)比,兩者的電源電壓為同一個(gè)電壓,前后不變,兩者的定子繞組阻抗也為同一個(gè)阻抗,因?yàn)樽杩咕拖耠娮枰粯?,不改變繞組的結(jié)構(gòu),只改變接法,阻抗是不會(huì)變的。
圖1-5
將三角形接法時(shí)的起動(dòng)電流除以星形接法時(shí)的起動(dòng)電流,如下圖1-6所示,可以發(fā)現(xiàn),星形接法起動(dòng)可以將起動(dòng)電流減少到1/3。也就是說,電動(dòng)機(jī)的星三角降壓起動(dòng),起動(dòng)電壓減小到1/√3,但起動(dòng)電流卻減少到1/3。
圖1-6
星三角降壓起動(dòng)在眾多的起動(dòng)方法中算是比較簡(jiǎn)單的,但它只有一個(gè)固定的降壓值(降到額定電壓的1/√3),沒有選擇的余地。另外,這種起動(dòng)方法下,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低為原來的1/3(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于電壓的平方,即T∝U2 ),所以電動(dòng)機(jī)的星形——三角形降壓起動(dòng)適用于空載或輕載下的起動(dòng)。
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