三相異步電動機的啟動方法及分類

高 翀

(龍煤七臺河礦業(yè)有限責任公司龍湖選煤廠，黑龍江 七臺河 154600)

1 線繞式異步電動機的啟動方法

1.1 逐級切除啟動電阻法

這種啟動電阻的方法能使電動機在整個啟動過程中保持較大的加速轉(zhuǎn)矩，縮短啟動時間。小容量線繞轉(zhuǎn)子異步電動機的啟動電阻常用高電阻率的金屬絲制成，大容量電動機的啟動電阻則用鑄鐵電阻片制成。

1.2 頻敏變阻器啟動法

采用逐級切除啟動電阻的方法啟動線繞式異步電動機時，由于轉(zhuǎn)矩的突變會引起機械沖擊，而且需要手動操作啟動變阻器或鼓形控制器來切除電阻。或用繼電器、接觸器自動切換電阻。但前者難以實現(xiàn)啟動要求，而且對提高勞動生產(chǎn)率和減輕勞動強度不利。后者則會增加控制設備的費用，維修也較麻煩。單從啟動方面而言，逐級切除啟動電阻的方法還存在一些不足。為克服上述缺點，可將頻敏變阻器作為啟動電阻，電阻值會隨轉(zhuǎn)速的上升而自動減小，可以做到自動控制電阻，使電動機平穩(wěn)完成啟動，而且無需增加控制電器。

圖1 頻敏變阻器Fig.1 Frequency sensitive rheostat

頻敏變阻器的結構如圖1(a)所示，它是一個鐵心損耗很大的三相電抗器。鐵心由一定厚度的幾塊實心鐵板或鋼板疊成，渦流損耗較大，可做成三柱式，每柱上繞有一個線圈，三線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中，如圖1(b)所示。頻敏變阻器能取代啟動電阻的原因在于額敏變阻器線圈通過轉(zhuǎn)子電流時，將會在鐵心中產(chǎn)生交變磁通。在交變磁通的作用下，鐵心中就會產(chǎn)生渦流，渦流可使鐵心發(fā)熱。從電能損失觀點看，和電流通過電阻發(fā)熱而損失電能一樣，可以把渦流的存在看成一個電阻R。鐵心中交變的磁通又在線圈中產(chǎn)生了感應電動勢，阻礙了電流流通，因而有感抗X(即電抗)存在，所以頻敏變阻器就相當于電阻R和電抗X的并聯(lián)電路。我國生產(chǎn)的頻敏變阻器系列產(chǎn)品有不經(jīng)常啟動和重復短時工作制啟動兩類，前者在啟動完畢后要用接觸器KM短接，后者則不需要。為了使單臺頻敏變阻器的體積、質(zhì)量不會過大，當電動機容量較大時，可將多臺額敏變阻器串聯(lián)使用。

2 特殊鼠籠式異步電動機分類

普通鼠籠式異步電動機的最大優(yōu)點是結構簡單、運行可靠，缺點是啟動轉(zhuǎn)矩小、啟動電流大。雖然有幾種降壓啟動的方法可改善其啟動性能，但仍然存在轉(zhuǎn)矩顯著下降的問題，很難滿足啟動次數(shù)頻繁且需要啟動轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機械(主要是起重運輸機械和冶金企業(yè)中的各種輔助機械)的要求。為了既能保持鼠籠式電動機結構簡單的優(yōu)點，又能獲得較好的啟動性能，可從電動機結構上采取適當措施，以設計出可滿足要求的特殊結構鼠籠式異步電動機。

2.1 高轉(zhuǎn)差率鼠籠式電動機

這種電動機的結構和普通鼠籠式異步電動機完全相同，只是其轉(zhuǎn)子導條與同容量的鼠籠式電動機相比，它的截面積要小一些，而且是用電阻系數(shù)較高的鋁合金做成，轉(zhuǎn)子電阻較大。但這種電動機的啟動轉(zhuǎn)矩較大，啟動電流小，適用于啟動頻繁和具有較大飛輪慣量和不均勻沖擊負載及逆轉(zhuǎn)次數(shù)較多的機械上。這類電動機的缺點是轉(zhuǎn)子電阻較大，電動機正常運行時損耗會增大，效率會降低。

2.2 深槽式異步電動機

由于高轉(zhuǎn)差鼠籠式電動機存在上述缺點，所以希望設計出一種啟動時轉(zhuǎn)子電阻較大、正常運行時轉(zhuǎn)子電阻自動變小的電動機，這就是設計制造深槽式異步電動機的指導思想。深槽式異步電動機的轉(zhuǎn)子槽形設計要深而窄，通常槽深與槽寬之比為1∶10或1∶12以上，以增強集膚效應，改善電動機的啟動性能。當轉(zhuǎn)子導條中流過電流時，槽漏磁的分布如圖2所示?？梢哉J為它沿基高度分成了許多層(圖2中分成了6層)，各層所交鏈漏磁通的數(shù)量不同，底部一層最多，而頂上一層最少。與漏磁通相應的漏電抗也都是底層最大，上層最小?，F(xiàn)代的鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子槽形都在向著加深的方向發(fā)展。

2.3 雙鼠籠式轉(zhuǎn)子異步電動機

雙鼠籠式異步電動機的特點是轉(zhuǎn)子有兩套鼠籠繞組，分別稱為外層繞組(內(nèi)籠1)和內(nèi)層繞組(內(nèi)籠2)，在內(nèi)外層繞組之間通常留有一道狹窄的縫隙，如圖3所示。外層繞組導條截面積較小，常用電阻系數(shù)較大的導體(黃銅、錳銅、鉛青銅)制成，故電阻R2ex較大。而內(nèi)層繞組的導條截面積較大，通常用電阻系數(shù)較小的導體(紫銅)制成，故電阻R2i較小?？p隙的存在使外籠的漏磁通也要經(jīng)過內(nèi)籠底部閉合，故內(nèi)籠交鏈的漏磁通比外籠的多。內(nèi)層繞組的電抗比外層繞組的大。

圖2 深槽式電動機轉(zhuǎn)子漏磁通Fig.2 Leakage magnetic flux of deep slot type motor rotor

圖3 雙鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子槽和漏磁通分布Fig.3 Rotor slot-pitch and leakage magnetic flux distribution of double squirrel cage motor

電動機正常工作時，S很小，f2也很小，轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩層繞組的電抗都遠小于它們的電阻。此時的轉(zhuǎn)子電流主要決定于轉(zhuǎn)子電阻，在S很小時，外籠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于內(nèi)籠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，即正常運行時的轉(zhuǎn)矩主要由內(nèi)籠產(chǎn)生，所以內(nèi)籠又稱為工作籠。

雙鼠籠式轉(zhuǎn)子異步電動機比同容量的鼠籠式電動機具有更大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的啟動電流，同時改變了外籠的幾何尺寸和導條材料及內(nèi)外籠之間的縫隙大小，這樣就可以靈活改變內(nèi)外籠的參數(shù)，從而得到不同的啟動和運行時的轉(zhuǎn)矩特性，以滿足各種不同負載的需求，這也是雙籠式轉(zhuǎn)子異步電動機優(yōu)于深槽式異步電動機的地方。

深槽式異步電動機正常運行時，雖然集膚效應較弱，但由于轉(zhuǎn)子槽形較深，其轉(zhuǎn)子漏電抗比普通鼠籠型轉(zhuǎn)子要大一些，因此額定功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩比也比普通鼠籠式異步電動機稍低，但它們都具有較好的啟動性能，在工業(yè)上得到了廣泛應用。實際上，功率大于100 kW的鼠籠式異步電動機都被做成了雙鼠籠式或深槽式。