验证电动机能否直接起动的经验公式
电机与拖动基础复习题
电机与拖动基础复习题一、填空题1、直流电机的基本原理是建立在电和磁相互作用的基础上，同一台直流电机既可以作为电动机运行，又能作为发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。
2、发电机是将机械能转变为电能，而电动机是将电能转变为机械能，3、换向器的作用，是发电机中，能使线圈中的交变电动势转换成电刷间的直流电动势；在电动机中，将外面通入电刷的直流电流转换成电枢线圈中所需的交变电流。
4、在直流电机中，电磁转矩是由电枢电流与气隙磁场相互作用产生的电磁力所形成的；其大小正比于每极磁通和电枢电流；方向由主磁场方向和电枢电流方向决定，只要改变其中的一个方向，电磁转矩的方向将随之改变，而两个方向同时改变时，则电磁转矩方向不变。
7、直流电动机按励磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种。
8、电力拖动系统一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备以及电源组成。
9、电动机从空载到额定负载时，转速下降不多，称为硬机械特性；转速下降较多，称为软机械特性。
10、无论直流发电机或直流电动机在工作时，电枢都有电动势和电流，把这两个量的乘积叫做电磁功率。
11、当直流电动机的动转矩（T-T L）等于零时，系统处于恒转速运行的稳态；动转矩大于零时，系统处于加速运动的过渡过程中；动转矩小于零时，系统处于减速运动的过度过程中。
12、异步电动机的电气制动有能耗制动、反接制动和回馈（再生）制动三种。
13、直流电动机的调速方法有电枢绕组回路串电阻调速、弱磁调速和降低电源电压调速三种方法。
14、在绕制多绕组变压器时，为了便于绕组与铁芯的绝缘，一般将高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在内层。
15、变压器只能传递交流电能，而不能产生电能；它只能改变交流电压或电流的大小，不改变频率。
17、三相异步电动机分为鼠笼式和绕线式两种，主要由定子和转子两大部分组成，其中前者的作用是产生旋转磁场，后者的作用是带动其它机械设备旋转。
18、某三相异步电动机铭牌上标明：电压为660/1140V，接法为Y/Δ。
电动机直接启动与变压器容量的关系
电动机直接启动与变压器容量的关系电机直接起动与变压器容量交流电机的关系因其结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉、转子惯量小而得到广泛应用，但其启动电流高达电动机额定电流的5 ~ 10倍，这不仅造成电动机和拖动设备的电气和机械损坏，而且造成电网电压下降，影响同一电网中其他电气设备的运行。
为了保证电动机启动时的端电压要求，避免对同一电网中其他电气设备的运行造成影响，有必要增加电力变压器的容量。
一般来说，需要直接启动的电机功率不超过变压器容量的20%。
不需要频繁直接起动的电机功率不超过变压器容量的30%。
如果直接启动，不仅要增加变压器的一次投资，更重要的是要增加变压器的基本电费(容量电费)。
因此，这种起动方法很少用于大型电动机。
需要降压启动和软启动方法。
验证电机直接启动的经验公式以下经验公式可用于确定电机是否可以直接启动:在公式中:C系数随总供电容量的比值而变化，如下表所示；IQ-电机启动电流，安培；电机的额定电流，安培；总功率容量1电机容量10.750 0.625 0.550 0.500 0.465 0.438 0.417 0.400 0.381 0.375 1.52 2.53 3.54 4.55 5.56案例:设置总功率容量2000千瓦和电机容量910千瓦然后:从表中发现c值为0.625，因此在这种情况下可以直接启动电机三相异步电动机三相异步电动机的启动控制电路具有结构简单、运行可靠、经久耐用、价格低廉、维护方便等一系列优点。
与同等容量的DC电机相比，异步电机还具有体积小、重量轻、转动惯量小的特点因此，异步电动机广泛应用于工矿企业三相异步电动机的控制电路主要由接触器、继电器、闸刀开关、按钮等带触点的电器组成。
三相异步电动机分为鼠笼式异步电动机和卷绕式异步电动机。
它们的结构和起动方法不同，起动控制电路也大不相同。
1、鼠笼异步电动机全电压起动控制电路在许多工矿企业中，鼠笼异步电动机的数量约占电驱动设备总数的85%在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应尽可能直接全电压启动，这样不仅可以提高控制电路的可靠性，还可以减少电器的维护工作量。
电动机直接启动与变压器容量的关系
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、价格便宜、转子惯量小等特点，得到了最广泛的应用。
但其启动电流高达电机额定电流的5～10倍，不仅对电动机及所拖动的设备造成电气和机械损伤，而且引起电网电压下降，影响同一电网的其他电气设备的运行。
为了保证电动机启动时对端电压的要求和避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％。
如果采用直接启动方式，不仅需要增大变压器的一次投资，而且更重要的是增大了变压器的基本电费（容量电费）。
因此，这种启动方式，大型电动机已极少采用。
需要采用降压启动和软启动方式。
验证电动机能否直接起动的经验公式电动机能否直接起动，可有下列经验公式来确定：式中：C——系数，随电源总容量的比值而变动，见下表；I Q——电动机的起动电流，安；I——电动机额定电流，安；n电源总容量1 1.52 2.53 3.54 4.5 5 5.5 6电动机容量C 1 0.750 0.625 0.550 0.500 0.465 0.438 0.417 0.400 0.381 0.375例：设电源总容量为2000千瓦，电动机的容量为910千瓦。
则：从表中查出C值为0.625因此,在这种情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构简单，运行可靠，坚固耐用，价格便宜，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积小，重量轻，转动惯量小的特点。
因此，在工矿企业中异步电动机得到了广泛的应用。
三相异步电动机的控制线路大多由接触器、继电器、闸刀开关、按钮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，其启动控制线路差别很大。
一、鼠笼式异步电动机全压启动控制线路在许多工矿企业中，鼠笼式异步电动机的数量占电力拖动设备总数的85%左右。
电机控制公式
电机控制公式
电机控制公式可以根据具体的电机类型和控制方式有所不同。
以下是一些常见的电机控制公式：
1.直流电机速度控制公式：
o电动势方程：E = Kϕω，E为电动势，K为电机常数，ϕ为磁通量，ω为角速度。
o转矩方程：T = KtI，T为转矩，Kt为电机转矩常数，I 为电流。
2.三相感应电机速度控制公式：
o转矩方程：T = KsIs，T为转矩，Ks为电机转矩常数，Is为电流。
o转速公式：N = (120f) / P，N为转速，f为电网频率，P为极数。
3.步进电机控制公式：
o步进角度公式：θ = 360 / S，θ为步进角度，S为步进角度。
o脉冲频率公式：f = N / (S × T)，f为脉冲频率，N为转速，T为步进周期。
需要注意的是，电机控制公式通常是基于理想条件下的模型推导出来的，并且不考虑实际电机的非线性和动态特性。
在实际应用中，电机控制还需要考虑到控制器的影响、传感器反馈、电机参数变化等因素，因此在具体控制系统设计时，需要结合
实际情况进行调整和优化。
降压起动控制电路
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时间继电器
时间控制通常是利用时间继电器来实现的。 从得到动作信号起至触头动作或输出电路产生跳跃式改变有一 定延时时间，该延时时间又符合其准确度要求的继电器称为时间继 电器。 常用的时间继电器主要有电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体 管式等。
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图3‐1 JZ7—A系列空气阻尼式时间继电器的外形和结构 a) 外形 b) 结构
1）电磁系统 由线圈、铁心和衔铁组成。 2）触头系统 包括两对瞬时触头（一常开、一常闭）和两对延时触头 （一常开、一常闭），瞬时触头和延时触头分别是两个微动开关的触头。 3）空气室 空气室为一空腔，由橡皮膜、活塞等组成。橡皮膜可随空 气的增减而移动，顶部的调节螺钉可调节延时时间。
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a)
b)
图3‐4 JS20系列时间继电器的外形与接线
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1结构及工作原理
出气孔 橡皮膜
通电延时型空气式时间继电器
进气孔 调节螺钉
微动开关2
释放弹簧 恢复弹簧
动铁心
静铁心
活塞
线 圈
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杠杆 微动开关1
1结构及工作原理 时间继电器线圈通电后
出气孔
进气孔 调节螺钉
橡皮膜
释放弹簧
活塞
恢复弹簧 动铁心
杠杆
静铁心
i
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瞬时动作的触点
1结构及工作原理
图23-5 串电阻降压启动手动控 制电路
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三相异步电动机降压启动控制线路
1．串电阻降压启动的工作原理 图23-5为三相异步电动机定子绕组串电阻降压启动的手动
切换控制电路。启动时，在电动机定子绕组中串入降压电阻R，
当电动机转速达到一定数值时，切除串入的电阻，实现降压 启动，额定运行。这。
水泵电机全压启动与降压启动的选择
全压启动VS降压启动判断一台电动机能否直接启动，还可以用下面的经验公式来确定：Ist / In ≤3 / 4 + 电源变压器容量（KVA）/ 4 * 电动机功率（KW）式中Ist 为电动机全压启动电流，安；In 为电动机额定电流，安。
凡不满足以上直接启动条件的，均须采用降压启动。
一、大楼等是由专属变压器供电的，最大的单体负荷是机组的155KW电机，原设计为全压起动，有人认为这些均应加装降压起动设备，全压起动是错误的。
如果实际情况不允许比如变压器容量小，变压器是公用变压器等，那当然就得降压起动了，我们站的变压器是专供本站用的。
但不管是在实际中还是我们在这里讨论，都是要有理有据，不能总是业主认为必须降压起动”“觉得断路器整定会有问题”“认为会对设备有损害”“觉得怎么怎么样”……拿出规范标准的条文、拿出计算的数据结果、拿出相关设备不允许拖动电动机直接起动的标准或产品相关文件……这才是有说在此处键入公式。
服力的。
10KW以上的电动机要降压起动说法的可能来处：这种提法既然为一些有关人员接受和执行，会有一定的原因，在技术问题上不可能空穴来风，比如对现行规范有些条款的误解就是一种可能性。
查<<民用建筑电气设计规范>>第10.2.1.5款中规定：由城市低压网络直接供电的场合.......（1）.由公用低压网络供电时，容量在11KW及以下者，可全压起动。
（2）.由居住小区变电所低压配电装置供电时，容量在15KW及以下者，可全压起动。
这些可能是上述提法的根据。
此规范条文说明的注释为：.........由公用低压网络供电，一般其供电变压器多较小区供电变压器容量小，故分别规定了不同的全压起动容量。
显然变压器容量的大小，直接的影响着允许全压起动的电机容量。
<<民用建筑电气设计规范>>第10.2.1.2条款规定：当符合条件时，电动机应全压起动.规范条文说明对此解释说：全压起动简单可靠，投资省，起动转矩大，鼠笼型电动机起动在满足10.2.1.2款的规定时，应优先采用全压起动。
第三单元三相异步电动机的启动与反转
第三单元 三相异步电动机的启动与反转三、课堂探析 （一）探析问题【问题一】 三相异步电动机启动与负载转矩有哪些关系？是否负载越大，启动电流越大？【解题思路】：（1）根据启动转子电流的公式22022202Xr E I st +=可知，转子启动电流与负载大小无关，它只与E 20、r 2和X 20这几个量有关，E 20的大小决定于电源电压、r 2和X 20决定于电动机本身参数。
（2）根据电动机磁动势平衡方程式102211N I N I N I ∙∙∙=+可以得到I 1st ，从而得到电动机启动电流的大小是由电机本身参数、电源电压大小决定而与负载大小无关。
【解题过程】：启动电流是指n =0时的定子电流，它与电机本身参数、电源电压大小有关，与负载大小无关。
负载大小对启动的影响表现在如负载转矩大于电机的启动转矩，电机将无法启动，此时n =0，定转子长时间承受很大的启动电流，很快烧坏电机； 如果电机带重负载启动，虽然电机启动转矩比负载转矩大一些，但电机加速过程慢，启动时间长，会引起电机过热。
【归纳总结】：（1）启动电流不是转子启动电流而是定子启动电流；（2）定子启动电流的分析必须要通过先分析转子启动电流，再通过电动机磁动势平衡方程式才能得到。
【问题二】 三相异步电动机在轻载启动和重载启动时，启动转矩是否相等？为什么？【解题思路】：根据电动机的机械特性曲线，可以看出起动转矩的大小与负载的大小无关，启动转矩只于电源电压、电动机的结构、转子的起动电流和转子启动瞬间的功率因数有关。
【解题过程】：启动转矩相等。
在启动瞬间转子启动电流和转子绕组的功率因数是相等的，由起动转矩公式st st m T st I C T 22cos ϕφ=可知启动转矩也是相等的，起动转矩与负载大小无关。
【归纳总结】：既可以用机械特性解题，也可以用转矩公式来解题，两种方法何以相互验证。
【问题三】 若三相异步电动机在额定电压下启动，其启动电流是额定电流的6倍，问启动时的电磁转矩是否也为额定电磁转矩的6倍？为什么？【解题思路】：起动转矩与启动电流不成正比关系。
三相异步电动机降压启动控制
2.2.1三相异步电动机降压启动控制一、鼠笼异步电动机直接起动直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方法，但电动机起动电流Ist为额定电流IN的4~7倍。
过大的起动电流一方面会造成电网电压显著下降，直接影响在同一电网工作的其他电动机及用电设备正常运行；另一方面电动机频繁起动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。
直接起动的条件：（只需满足下述三个条件中的一条即可）1.容量在7.5KW以下的三相异步电动机均可采用。
2.电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10%，对于不经常启动的电动机可放宽到15%。
3.可用经验公式粗估电动机是否可直接启动，如果电动机的启动电流倍数（Ist/IN）小于下式右边的数值时，可直接启动。
直接起动的特点：优点是所需启动设备简单，启动时间短，启动方式简单、可靠，所需成本低。
缺点是对电动机及电网有一定冲击。
二、鼠笼异步电动机的降压启动容量小的电动机才允许采取直接起动，容量较大的笼型异步电动机因起动电流较大，一般都采用降压起动方式来起动。
降压启动：指利用启动设备将电压适当降低后加到电动机的定子绕组上进行启动，待电动机启动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运转，由于电流随电压的降低而减小，所以降压起动达到了减小启动电流的目的。
但同时，由于电动机转矩与电压的平方成正比，所以降压启动也将导致电动机的启动转矩大大降低。
因此，降压启动需要在空载或轻载下启动。
常见的降压起动的方法有定子绕组串电阻(或电抗)降压启动、星形—三角形降压启动、自耦变压器降压启动和使用软起动器等。
常用的方法是星形—三角形降压起动和使用软起动器。
1.定子绕组串接电阻降压启动控制（1）定子绕组串接电阻降压启动的方法定子绕组串接电阻降压启动是指在电动机启动时，把电阻串接在电动机定子绕组与电源之间，通过电阻的分压作用，来降低定子绕组上的启动电压，待启动后，再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。
这种降压启动的方法由于电阻上有热能损耗，如用电抗器则体积、成本又较大，因此该方法很少用。