一、异步电动机的固有起动特性
1. 固有起动特性定义
固有起动特性：定、转子回路按规定接法，不经过任何阻抗而直接施以 、 的对称三相电压的起动特性。
2. 对起动性能的要求
- 起动转矩要大，以加快起动过程，且能带负载起动
- 起动电流要小，以免引起供电变压器二次侧电压下降过多，影响接在同一变压器上的其它电气设备正常工作
3. 表征固有起动特性的两个主要指标
- 固有起动转矩倍数：
- 固有起动电流倍数：
4. 三相异步电动机的固有起动特性
起动时的等效电路中，励磁支路被短接（）。
直接起动时的起动电流：
其中 ，因此线电流 ，很大。
直接起动时的起动转矩：
电磁转矩的本质是旋转磁场与转子电流的相互作用。其通用公式为：
- ：电机常数，由结构决定。
- ：主磁通。
- ：转子电流（折算到定子侧）。
- ：转子回路的功率因数。
在启动时刻 ()：
- 电流 ： 由于 时转子回路电阻较小，总阻抗 很小，导致电流 剧增，通常为额定电流的 5-7 倍。
- 磁通 ： 根据电压平衡方程 。在正常运行时， 小， 压降小，。但在启动时， 极大，导致定子漏阻抗上的压降分走了约一半的电压。因此 大幅下降（约降为 ），由 可知，启动磁通 也会下降到额定值的一半左右。
- 功率因数 ： 转子回路感抗为 。启动时转子电流频率等于电源频率（50Hz），此时漏感抗 远大于电阻 。
结论： 尽管 很大，但由于 减半以及 极低，三者相乘后的启动转矩 并不大（通常仅为额定转矩的 1.0-2.2 倍）。
矛盾： 大而 不大，与起动性能要求矛盾！
二、改善异步电机起动性能的途径
途径一：适当增大起动时的转子电阻
同时
实现方式：
- 绕线式：转子回路串电阻
- 鼠笼式：
- 高滑差电机（铝合金， 大）
- 深槽转子（电流集肤效应）
- 双鼠笼转子（电流集肤效应）
途径二：降低起动电压（鼠笼式）
但启动的转矩也会相应成平方关系减小：
只适于轻载或空载起动
三、深槽转子与双鼠笼转子*（增大启动时的转子电阻）
1. 深槽转子异步电机
槽深宽比
工作原理：利用电流集肤效应
- 起动时：， 较大，导条中电流分布取决于 ，产生集肤效应
- 导体有效高度及截面减小 → 增大
- 正常运行时： 很低，导条中电流分布取决于 ，导条电阻均匀分布，集肤效应基本消失，转子电阻基本等于直流电阻
缺点：深槽转子电机比普通鼠笼式电机 大，功率因数和过载能力较低。
2. 双鼠笼转子异步电机
笼型 | 材料 | 电阻率 | 截面 | 漏磁通 | ||
外笼（起动笼） | 黄铜、青铜 | 大 | 小 | 大 | 小 | 小 |
内笼（工作笼） | 紫铜 | 小 | 大 | 小 | 大 | 大 |
工作原理：
- 起动时：， 较大，导条中电流分布取决于 ，电流主要位于外笼（集肤效应）
- 外笼材料的电阻率很大，功率因数大，有利于启动
- 正常运行时：，导条中电流分布取决于 ，电流主要位于内笼
- 整体的机械特性是内笼和外笼的机械特性的叠加
优点：具有较大的起动转矩和良好的运行性能
缺点： 较大，功率因数和过载能力偏低
四、鼠笼式异步电动机的起动方法
1. 直接起动
2. 降压起动
不能影响电网上的其他用电设备是首要的。
降压启动的目的是减小启动电流，但是损失的是启动转矩
2.1 定子回路串对称三相电抗器起动
起动时，串入的电抗起分压作用，使实际加在电动机上的端电压降低，起限流作用。
设电压降为 倍：
- 端电压：
- 电网提供的起动线电流：
- 起动转矩：（因 ）
只适于轻载或空载起动
2.2 自耦变压器降压起动
设自耦变压器变比为 ：
- 电机端电压：
- 电机绕组的起动线电流（副边电流）：
- 电网供给的起动线电流（原边电流）：
- 起动转矩：
2.3 Y-Δ起动（星-三角起动）
适用于额定 接法的电机
改用 接法后，启动电流和启动转矩都是原来的 1/3
直接起动（Δ接法）：
- 定子相电压：
- 定子相电流：
- 电源供给的起动线电流：
- 起动转矩：
Y接法起动：
- 定子相电压：
- 定子相电流：
- 电源供给的起动线电流：
- 起动转矩：
3. 鼠笼式几种起动方法的比较
起动方法 | 起动电压相对值（电动机相电压） | 起动电流相对值（电网供给线电流） | 起动转矩相对值 |
直接起动 | 1 | 1 | 1 |
Y-Δ | |||
自耦变压器 | |||
串电抗 |
结论：
- 三种降压起动方法均适用于轻载或空载
- 在得到相同起动转矩的情况下，定子串三相对称电抗器起动时电网提供的起动电流最大。
五、绕线式异步电动机的起动方法
1. 转子串电阻起动（分级起动）
起动过程：
- 计算选择 （全部起动电阻），使 （a点）
- （b点），其中
- 切除 ，转速不突变 → c点
- （d点）
- 切除 ，转速不突变 → e点
- （f点）
- 切除 ，转速不突变 → g点
- （h点，稳定运行）
起动电阻计算（使 ）：
2. 转子串频敏变阻器起动*
频敏变阻器：三相电抗器，等效电阻随频率变化。
特点：
- 涡流损耗大（ 较大，厚钢板）→
- 磁路饱和（ 较小）→
工作原理：
- 起动时： → ，饱和 → ，相当于转子串电阻 （限流，增大起动电阻）
- 起动后： → ，，相当于切除
- 正常运行时：滑环短路，切除频敏变阻器
优点：获得大的起动转矩，且起动过程中转矩变化平滑。
六、异步电机附加转矩对起动的影响*
1. 异步附加转矩
定义：定子 次谐波磁场与由它感应产生的转子 次谐波磁场是相互关联的，在任何转速下都是保持相对静止的，因而可以产生平均转矩。
相带谐波磁场：（因绕组磁动势空间分布非正弦）
影响较大的高次谐波：
- 5次：（与基波转向相反）
- 7次：（与基波同转向）
合成转矩：
当 时，，
当 时，，
→ 合成转矩减小，产生最小转矩
若 ，可以起动，但转速被限制于 ，产生"爬行"现象，无法达到额定转速。
解决方法
通过短距等方式尽可能减小谐波磁动势
2. 同步附加转矩
定义：定子 次谐波磁场与转子 次谐波磁场是相互独立的，仅在某一特定转速下是保持相对静止，可以产生平均转矩，其余转速下产生的平均转矩为零。
例：，，，
定子13次谐波空间转速：（正转）
转子13次谐波空间转速：（相对转子反转）
令两者相对静止：
同步附加转矩发生在 处，会导致电机起动的"死点"，即电机被"卡住"。
七、例题
题目：一台 Δ 接法的异步电动机，如果在额定电压下直接起动，则流过每相绕组的起动电流为 ，起动转矩为 ，试求下面三种情况下的起动电流和起动转矩：
- 星-三角降压起动
- 变比 的自耦变压器降压起动
- 定子串电抗器起动，并假定此时电动机所承受的电压与利用自耦变压器降压器一样
解：
全压起动时（相电压 ）：
- 电机起动相电流（绕组电流）：
- 电网提供的起动线电流：
- 起动转矩：
(1) 星-三角起动（相电压 ）：
- 电网提供的起动线电流：
- 起动转矩：
(2) 自耦变压器起动（相电压 ）：
- 电网提供的起动线电流：
- 起动转矩：
(3) 串电抗器起动（相电压 ，即 ）：
- 电网提供的起动线电流：
- 起动转矩：
