浙江大学三相异步电动机起动调速和制动

1、 三相异步电动机的起动、调速和制动 当定子的对称三相绕组 按规定的接线方式； 定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率 的三相电压； 转子回路不串任何阻抗，直接短路。 这种情况下得到的nf（T）， 称为固有机械特性。 T S 固有机械特性的特殊点 固有机械特性的特殊点： 1. 起动点A：该点S1； 2. 临界点B：该点SSm； 3. 额定点C：该点SSn； 4. 同步点D：该点S0， 又称理想空载点； S=0 S=1 Tst Sn Tn Sm Tm 三、人为机械特性 人为地改变电动机的任一个参数（如U1、f1、P、定子回路 电阻或电抗、转子回路电阻或电抗）的机械特性称为人为 机械特性。 1.

2、降低定子端电压的人为特性； 2. 改变转子回路的电阻的人为特性； 3. 改变定转子回路电抗的人为特性； 4. 改变极数后的人为特性； 5. 改变输入频率的人为特性； 2 21 2 21 2 2 11 1 )()( 1 XXRR RUm Tst 起动转矩： 2 21 2 11 2 11 1 max 2 1 XXRR Um T 最大转矩： 2 21 2 1 2 )( XXR R Sm 临界转差率： S T 改变定子电压的人为特性 T S 改变转子电阻的人为特性 T S 改变定子电抗的人为特性 人为特性曲线 三相感应电动机的起动 起动性能包括： 起动电流倍数Ist/IN; 起动转矩倍数Tst/TN;

3、 起动时间 起动时消耗的能量 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间 异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。 2 21 2 2 1 1 1 22 )()( cos XX S R R U I ICT mMem 起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 转子电流有功分量小。 异步电动机的起动， 存在两种矛盾： 1. 电动机起动电流大， 供电网络承受冲击电流能力有限； 2. 电动机起动转矩小， 负载要求有足够的转矩才起动； 异步电动机起动分四种情况： 1. 小容量轻载起动； 2. 中、大容量轻载起动； 3. 小容量电机重载起动； 4. 中

4、、大容量重载起动； 一、小容量电动机轻载起动直接起动 不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电 线路长短有关。 （要求母线降落不大于10） 电动机容量与供电变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求； 一般7.5KW以下电机允许直接起动。 按电网容量允许直接启动的笼形电动机功率按电网容量允许直接启动的笼形电动机功率 电网允许直接启动的笼形电动机功率 小容量发电厂每1KW发电机容量为0.10.12kW 变电所 经常启动， 不大于变压器容量的20； 不经常启动， 不大于变压器容量的30% 高压线路不超过电动机连接线路上的短路容量的3 变压器电动机组电机功率

5、不大于变压器容量的80 二、中、大容量电动机轻载起动降压起动 此时主要矛盾是电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压。 2 21 2 21 1 )()( XXRR U IQ 起动电流： 降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速 升高到一定值， 恢复全电压。 注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后，起动转矩 比起动电流降低得更厉害。 常用的降压起动方法 定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动 延边三角形起动 1 st st st N I I U U a 2 22 1 aI I U U T T st st N st st st 定子串电阻或电抗降压起动 用自耦变压

6、器降压起动 stststL I k I k I 2 11 设自耦变压器的电压变比为 k N U k 1 2 2 2 11 kkU U T T N st st st Y起动 3 13 3 K N K N st st Z U Z U I I Y接法起动时的起动转矩也减小到 2 1 3 三、小容量电动机重载起动 主要矛盾是起动转矩不足。 解决的方法： 容量大一号的电机； 高起动转矩的电动机特殊电机 特殊电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响。 转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。 集肤效应 将导体看成许多单元导体的并联； 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小

7、；接近 槽底的单元，漏抗大； 导体电流密度分布不均， 产生把电流向槽口排挤的“趋表 效应”； 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加； 电流 高度 深槽式：高度是宽度的1012倍， 堵转时， 电阻达额 定运行的3倍， 随着转速升高， 频率降低， 电流分布 趋向均匀， 转子电阻自动减小。 双鼠笼式： 两套绕组， 材料不同， 截面也不同。 外笼： 起动笼， 截面小， 材 料选用电阻系数大； 内笼： 工作笼， 截面大， 电 阻系数小。 外笼 内笼 四、中、大容量电动机重载起动 两种矛盾同时起作用。 采用绕线式电机， 转子串电阻。 既增大起动转矩， 又

8、减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。 转子串电阻 串频敏变阻器 频敏变阻器特点：磁路较饱和，电 抗较小 ， 铁耗随频率变化 随着转子转速的逐渐上升随着转子转速的逐渐上升 转子绕组中的电流频率逐渐降低转子绕组中的电流频率逐渐降低 频敏变阻器铁心中的损耗逐渐减小，频敏变阻器铁心中的损耗逐渐减小， 反映铁耗的电阻跟着减小。反映铁耗的电阻跟着减小。 当转速接近额定转速时，频率极低，当转速接近额定转速时，频率极低， Rm和和Xm很小，相当于将起动电阻全很小，相当于将起动电阻全 部切除。部切除。 三相感应电动机的调速 要求电动机具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速； 调速的方法

9、： )1 ()1 ( 1 60 1 SnSn P f （1） 改变定子绕组的极对数P； （2）改变电源的频率f1； （3）改变电动机的转差率； 改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗； 转子回路引进fsf的外加电势 一、变极调速 单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两 个不同同步转速； 三速或四速电机： 定子内放两套独立的绕组； A1 X1 A2 X2 A1X1A2 X2 A1X1A2X2 单绕组双速电机原理： A1X1和A2X2串联形成四极磁场； A1X1和A2X2串联， A2X2反向， 形成两极磁场； 变极调速的注意点： （1）为获得恒定的

10、平均转矩， 定、转子绕组的极对数必 须保持一致。 因此一般只适用于鼠笼式异步机。 （2）在改变绕组接法时， 要保证变极后三相绕组的对称 以及基波磁势的转向不变。 （3）变极调速是一个有级调速。 极数变换后， 节距、相 带、气隙磁密都要变化， 电机的额定转矩和额定容量都 要变化。 二、变频调速 如果电源频率可以连续调节， 则电动机转速可以连续、平 滑调节。 要求： 气隙磁通量保持基本不变； 磁路的饱和程度不变； 激磁电流和电动机的功率因数可以保持基本不变。 电动机的最大转矩保持不变； 1. 由基频向下的调速 mw kNfEU 11111 44. 4电压方程： 降低电源频率，降低电源频率， 必须同

11、时减小电源电压。必须同时减小电源电压。 （1）保持E1/f1不变， 降频调速 E1/f1不变，m等于常数 。恒磁通的控制方式。 2 2 2 2 21 2 1 11 1 )( )( 2 XSR RSf f EPmPem Tem 2 2 1 2 1 1 2 2 1 21 2 30 8 ; 2 LP R nSn f E L Pm T Lf R S m mm 改变频率， 电机的Tm以及此时的转速变化与f1无关。 用于恒转矩负载： 电磁转矩不变， 属于恒转矩调速方法。 用于恒功率负载： 11 NNem TTP 1 1 1 1 f f E E m m 过载能力下降 T S f1 f2 f3 f1f2f3

12、保持E1/f1不变， 降频调速优点： 机械特性硬， 调速范围宽； 低速运行稳定性好； 无级调速平滑性好； 正常负载时， 转差率小， 转子铜耗少， 效率高； 磁通近似等于常数， 属于近 似的恒转矩调速方式。 在低频运行时， Tm下降较多， 可能带不动负载。 T S f1 f2 f3 f4 f1f2f3f4 （2）保持U1/f1不变， 降频调速 )( 30 )(8 ; )(2 21 2 1 2 1 1 21 2 1 211 2 LLp R nSn f E LL pm T LLf R S m mm 2. 由基频向上调速 U1为额定值不变， 随着f1升高， 气隙磁通减小。 21 1 11 1 2 1

13、; 1 ; 1 ; 1 CTP f T CnSn f S f T emem em mm mm 是恒功率的调速方法。 f1 f2 f3 f4 f1f2f30, T0 B点（制动状态） n0 足够大的电阻 T SA B 转差率： 1 )( 1 1 1 1 n nn n nn S 性质： 等效电阻：0)( 1 2 RR S S 吸收机械功率；0)( 1 2 2 RR S S I 0 )( 2 2 21 S RR ImP em 电能从定子传向转子； PPp emcu 2 全部消耗在电阻上； 2、两相对调 电机原运行于电动状态，两相对调后， 气隙磁密立即反向， 以n1转速旋转； 电机机械特性从1到2；

14、S S S S T T n nn n nn S m m m 2 1 1 1 1 1 反接的过程， 从反接开始到转子速度为零的过程。 A B T S 1 2 两种反接制动， 均有S1, 机械功率为输入。 区别： 前者由负载提供机械功率 后者由整个转动部分提供储能。 二、异步机的回馈制动 把转轴上输入的机械功率， 经异步机转化为电功率送到电网。 轴上外施驱动转矩， 电机以同步方向旋转 0 2 0 2 2 1 2 1 1 1 18090 ),(tan ,0 , R SX n -nn Snn 能量流向： ememem em PSPPSP S R ImP IUmP )1 ( 0 0cos 2 2 21

15、11111 T与n方向相反， 处于制动状态 回馈制动的实现 （1）同步转向反向的回馈制动（反接正转） 定子两相对调后， 位能性负载最后稳定于第四象 限， 重物以高于同步速的速度下放。 （2）同步转向不变的回馈制动 电车下坡 ； 变极或变频调速过程； 三、异步电动机的能耗制动 制动时， 三相绕组脱离三相电源， 由直流电流过定子绕组，在气隙中 形成恒定磁场。 过程分析： 由于惯性， 转子仍以n速度旋转 切割磁力线感应电势感应电流产生电磁力制动转矩 在制动转矩和负载转矩共同作用下， 转子减速至n0。 能耗制动可使反抗性负载准确停机， 使位能性负载匀速下 放。 注意：恒定磁场获得， 需通过定子绕组的改

16、接 n N S 风扇电机 罩极式排气扇电机 冰箱电机 电动缝纫机电机 电容分相电机 单相异步电动机 单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛 应用于家电、电动工具、医疗器械中。应用于家电、电动工具、医疗器械中。 单相异步电动机 与同容量的三相异步电动机比较，单相异步电动机的与同容量的三相异步电动机比较，单相异步电动机的 体积大、运行性能较差，单相电机只做成小容量的。体积大、运行性能较差，单相电机只做成小容量的。 单相异步电动机通常在定子上有单相异步电动机通常在定子上有2 2相绕组，转子是普相绕组，转子是普 通的鼠笼转子。通的鼠笼转子。 单相异步电动机类型：单相异步电动机类型： (1)(1)单相电阻分相起动异步电动机；单相电阻分相起动异步电动机； (2)(2)单相电容分相起动异步电动机；单相电容分相起动异步电动机； (3)(3)单相电容运转异步电动机；单相电容运转异步电动机； (4)(4)单相电容起动与运转异步电动机；单相电容起动与运转异步电动机； (5)(5)单相罩极式异步电动机。单相罩极式异步电动机。 单相电机机械特性 一相定子绕组通电时的机械特性：一相定子绕组通电时的机械特性： 一相定子绕组通电时电机中的电磁转矩为两个旋转磁势产生一相定子绕组通电时电机中的电磁转矩为两个旋转磁势产生 的电磁转矩的叠加。的电磁转矩的叠加。 合成合成