浅谈三相异步电动机的启动分析与保护

1研究背景

三相异步电机是一种非常常见的感应电机，结构非常简单，价格合理，经济性好，使用方便，维护方便，操作可靠。基于这些优点，根据相关数据，三相异步电机自开发以来得到了广泛的应用，已成为工业应用广泛的电机类型。近年来，随着汽车工业向节能环保方向发展，越来越多的电动汽车出现在我们的生活中，表现出良好的发展前景。电动汽车的供电来自电源。电机将电源提供的电能转化为机械能驱动车轮[1]。由于其优良的特性，三相异步电机在电动汽车的使用中起着关键作用。本文主要研究三相异步电机的启动特性。

2三相异步电机的基本工作原理

三相异步电机主要由定子和转子组成。其中，定子主要由定子铁芯、定子三相绕组和座椅组成，是三相异步电机的固定部分；转子包括转子铁芯、转子三相绕组和轴，转子是三相异步电机旋转的部分。当三相异步电机的定子绕组进入三相对称交流电[2]时，会产生圆形旋转磁场，切割转子导体，产生感应电势和感应电流，即电磁和磁电的过程。由于转子导体产生了电流，因此在磁场中受到电磁力的影响，形成电磁转矩驱动电机旋转[3]。三相异步电机的启动，即从三相异步电机到三相电，转子开始旋转，直到转速达到额定转速。

启动三相异步电机有几个要求:

①尽可能大的启动转矩。

②在启动转矩下，尽可能小的启动电流。

③操作方便。通常，三相异步电机的启动模式包括直接启动和降压启动。分析了不同启动模式的特点。

三相异步电机启动分析

3.1直接启动

直接启动是三相异步电机简单方便的启动方式，即电机通过电源开关直接接入电网。直接启动操作非常简单，启动时间相对较短，可实现快速启动，启动过程相对可靠，无需接入复杂设备，以满足一定的经济效益。但直接启动也有其缺点，即启动电流相对较大。启动电流过大会对电机造成一定的危害，如绕组加热、绝缘老化等，影响电机的使用寿命。通常，直接启动通常用于容量较小的电机。通常7.5kW以下电机直接启动。如图1所示。图1中，电机电路的左半部分为主电路，右半部分为控制电路。使用本电路KM自锁控制接触器。启动电机时，按下电源开关QS，然后按下控制电路中的控制电路SB2按钮控制电路中的接触器KM线圈会导电，然后和SB2按钮并联的KM辅助触点将关闭，自锁，主电路KM常开触点会关闭，三相异步电机会通电启动。这是直接启动的控制过程。如果电机想停止旋转，只需按下控制电路SB1按钮断电M线圈，主电路KM主触点断开，电机断电停止旋转。

3.2Y-△降压启动

降压启动是将三相异步电机的输入电压降低到额定电压以下，以降低三相异步电机的启动电流。典型的降压启动包括星三角启动、串联电抗器启动、自耦变压器启动等。本文主要介绍Y-△降压启动。Y-△启动模式是，当三相异步电机开始启动时，将定子三相绕组连接速度后，将三相绕组连接成三角形。这样可以限制启动电流。图2是时间继电器控制的星三角降压启动电路图。图2中，电路图也分为两部分，其中左电机为主电路，右接触器线圈为控制电路。关闭电源开关时QS时，接入三相交流电，按下按钮SB1，此时KM接触线圈，控制星形连接KMY因此，控制电路中的接触器线圈和时间继电器线圈KMY辅助动断触点断开，互锁，控制电路KM辅助触点也关闭，自锁，主电路KM主触点与KMY关闭主触点。此时，主电路中的控制星连接KMY主触点关闭，控制电机三角形连接KM△线圈没有电源，因此控制电机三角形连接在主电路中KM△主触点仍然保持断开状态，此时，三相异步电动机进行星型启动。

在本电路图中，时间继电器用于控制星形和三角形切换连接的时间。星形连接启动后，时间继电器开始计时，假设时间为t秒。计时结束后，控制电路中时间继电器的动断接触点断开，动断接触点关闭。因此，连接时间继电器动断接触点KMY线圈失电KMY控制电路中的动断触点关闭，主电路中的动断触点关闭KMY断开动合触点。与此同时，连接时间继电器动合触点KM△线圈电源，控制电路KM△关闭主电路中的动合触点，KM△主触点电闭合。此时，即星形启动t秒后，三相异步电机切换成三角形连接进行全压启动。

4直接启动和星三角降压启动的模拟分析

本文采用了更直观地观察三相异步电机启动时各参数的变化MATLAB软件中的simulink模拟工具。图3是三相异步电机两种启动模式的模型图。直接启动和Y-△用断路器的开关时间来控制星形和三角形的连接，启动构建相同的模型。电机参数为：额定电压Pn=380V，额定频率fn=50Hz，定子电阻Rs=0.435Ω，定子电感Ls=0.002H，转子电阻Rr=0.816Ω，转子电感Ls=0.002H，励磁互感Lm=0.069H，转动惯量J=0.018kg·m2.摩擦系数为0，极对数p=2。选择鼠笼式异步电机类型squirrel-cage。断路器在模型中①断路器控制电机的三角形连接②控制着电动机星型连接。当三相异步电机直接启动时，断路器①设置为closed关闭状态，断路器②设置为open断开状态，动作时间为2秒，然后点击右输出端示波器观察波形；三相异步电机Y-△断路器启动时①设置为open断开状态，断路器②设置为closed同样，单击输出端示波器观察波形。图4和图5为所观测的波形。直接启动和启动三相异步电机Y-△我们可以看到启动定子电流对比Y-△通过降低启动电压，直接限制启动电流。除了定子电流外，我们还可以从模拟模具中观察转子电流、启动转矩和转速，不再详细阐述以下参数。

5安科瑞ARD介绍了一系列智能电机保护器的综合选择

5.1产品简介

ARD该系列低压电机保护器具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。电机控制保护单元可与接触器、电机起动器等电气元件组成，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。适用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

5.2产品选型

产品功能

说明：“√表示■”表示可选

6结语

本文主要介绍了三相异步电机的两种不同启动模式，分析了两种启动模式的控制电路，构建了两种启动模式。通过这两种启动模式的模拟模型，我们可以更直观地观察到两种启动模式的参数。直接启动速度快，但启动电流大，Y-△降压启动电流明显降低，但启动速度不如直接启动。一般来说，在实际应用中，应更加注意降压启动，以减少启动大电流对电网的影响。然而，根据电机容量等参数，应根据具体问题进行分析。