异步电机起动、调速和制动

1、目目 录录v1 三相异步电动机的起动v1.1 直接起动v1.2 鼠笼异步电动机降压起动v1.3 深槽式和双鼠笼异步电动机起动v1. 三相绕线式异步电动机的起动v2 三相异步电动机的制动v2.1 反接制动v2.2 能耗制动v3 异步电动机的调速1.1 1.1 直接起动直接起动这种起动方法就是把异步电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上进行起动。直接起动优点：是设备简单，操作方便；缺点：是起动电流大，必须有足够大的电源。就电动机本身而言，笼型异步电动机设计时均允件在额定电压下直接运动，是否采用此法起动，取决于电源容量的大小。若电网容量足够大，起动电流不致引起显著的电压降落，应优先采用直接起动，因

2、为它简单而且起动快；若电源容量不够大，引起电压降落超过15，则应设法限制起动电流，采用降压起动。若引起电压降落超过15，则可能导致其它电动机停机。一般电动机的过载能力km1.6，若电压降为额定电压的85，则电动机的最大电磁转矩为temmax=0.8521.6tn=1.156 tn若再降低电压，则可导致停机。为什么电压降落超过15.？1.2 1.2 降压起动降压起动降压起动就是用降低电机端电压的方法来限制起动电流，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压。电动机的起动转矩与端电压的平方成正比，降压起动时，起动转矩也随之减小。所以，这种起动方法只适用于对起动转矩

3、要求不高的场合。常用的降压起动方法 定子回路串电抗器起动 自耦变压器起动 星形-三角形换接起动1. 1. 定子串接电抗器起动定子串接电抗器起动起动后，切除电抗器，进入正常运行。1运行起动三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；电抗器咱在电动机起动时起到了分压的作用。三相电源由于起动电流正比于定子的端电压，而起动转矩正比于定子端电压的平方，如果起动时电机端电压降到额定电压的1k倍，则起动电流降到额定电压时起动电流的lk倍，但起动转矩降到原来的1k2倍: 1ststniik21ststnttk式中：k为电动机端电压之比，且k=un/u1。 istn为额定电压下直接起动的起动电流

4、tstn为额定电压下直接起动的起动转矩因此，该起动方法只能用于容量小于20kw电动机空载或轻载起动。2.2.自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动naukunustiusti自耦变压器的变比为ka,stastiki直接起动时，电机的端电压为un，起动电流istn，起动转矩tstn自耦变压器减压起动时，电机端电压为u=un / ka1ststnaiik 21ststnattk电机侧起动电流起动转矩21stststnaaiiikk电源侧起动电流实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如qj 2型有三种抽头，分别为55%（即1/ka=55%）、64%、75%（出厂时接在73%抽头上）；qj 3

5、型也有三种抽头，分别为40、 60%、80%（出厂时接在 60抽头上）等。这也是我们前面所讲的优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。3.星三角起动3在这里主要是利用了星三角电压之间的关系，在星接中线电压是相电压的 倍，注意这种方法只适用于绕组在起动的时候是星接，而运行的时候是三角接。直接起动时，相当于绕组的连接为三角形连接，电机的端电压为un，起动电流istn（ ist ），起动转矩tstn(tst )ist3ist每相的相电流为：13ststiiisty当绕组的连接为y连接，电机的端电压为un / ，起动电流isty，

6、起动转矩tsty，有333stststyiii3ststytty一一起动时，尽管相电压和相起动时，尽管相电压和相电流与直接起动时相比降低到电流与直接起动时相比降低到原来的原来的1 ， 但是对供电变但是对供电变压器造成冲击的起动电流则降压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的低到直接起动时的13。3到目前为止，前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动转矩，因此只适合空载或轻载起动因此只适合空载或轻载起动。对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线式异步电动机

7、，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有双双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机。1.3深槽式和双鼠笼异步电动机起动深槽式和双鼠笼异步电动机起动 笼型异步电动机可根据起动和运行时转子频率的差别，从改变转子槽形入手，利用转子电流分配不均匀的集肤效应（趋肤效应）集肤效应（趋肤效应）原理，在起动过程自动改变转子电阻，从而改善了笼型电动机的起动性能。1. 1. 深槽式异步电动机深槽式异步电动机深槽式异步电动机也是一种单笼电机，定子与普通鼠笼电动机一样，但转子槽形窄而深，一般槽深与槽宽之比为1020以增强集肤效应。

8、 目前的中小型异步电动机，为增大电机起动转矩，常采用深槽式。2.2.双笼型异步电动机双笼型异步电动机上笼黄铜或青铜制成电阻率大截面小电阻r2大下笼紫铜制成电阻率小截面大电阻r2小漏磁通的磁阻大，漏电抗小漏磁通的磁阻小，漏电抗大漏磁通的分布在起动时电流被挤到上笼,起动时转子有较大的电阻起动转矩大。正常运行时,电流主要集中在下笼,转子电阻较小起动笼起动笼工作笼工作笼1. 1. 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动异步电动机转子串入合适的电阻起动，既可以降低起动电流，又可以提高起动转矩。绕线式异步电动机的转子侧串电阻起动，可以很好地改善电机的起动性能。一般要求串入的电阻随转速的升高而

9、逐步切除，所串的电阻一般有两种形式：分段电阻分段电阻和和频敏电阻频敏电阻一、转子串电阻分级起动一、转子串电阻分级起动为了使整个起动过程中尽量保持较为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机可以大的起动转矩、绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。级起动。 转子串电阻后，转子的功率因数提高，故电动机的起动转矩提高，但并不是串入的电阻越大，起动转矩越大。二、转子串频敏变阻器起动二、转子串频敏变阻器起动对于单纯为了限制起动电流、增大起动转矩的绕线式异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器起动。频敏电阻：频率高电阻大； 频率低电阻小

10、；接触器触点k断开时，电动机转子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，接触器触点k再闭合，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行 。2 2 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动我们知道当异步电动机的电磁转矩和转子的转速是同方向时，电动机运行与电动状态，若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处于制动状态在制动运行状态中，根据转矩和转速的不同情况，又可分为：反接制动、回馈制动、能耗制动及倒拉反转等。 2.1 反接制动反接制动过程: 处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，电动机便进入了反接制动过程. 反接制动过程中，电动机电源相序为负序， 如图所示接触器触点k1闭合为正向电动运

11、行，k1断开k2闭合，则改变了电源相序。 如果进行反接制动停车，那么必须在降速到n0时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动。2.2 能耗制动1. 1. 能耗制动基本原理：能耗制动基本原理： 切断电动机的三相交流电源，同时把直流电i=通入它的定于绕组(k1打开、k2闭合) 三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势f=。 空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势,旋转方向为顺时针，转速大小为n。 转子与空间磁动势f=有相对运动，转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩tem。tem的方向与磁动势f=相对于转子的旋转方向是一样的，即tem为制动性的转矩

12、。转速n0时，磁通势与转子相对静止，e20，i20，tem0，减速过程才完全终止。 上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动过程。 3 3 异步电动机的调速异步电动机的调速)1 (60)1 (11spfsnn三相异步电动机的调速方法大致可以分成以下几种类型： 改变转差率s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法； 改变定于绕组极对数； 改变供电电源频率。其它方法：其它方法： 双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法； 利用转差离合器调速。异步电动机的转速为：3.1 3.1

13、变极调速变极调速异步电机旋转磁场的同步转速n1，当改变极对数p时，n1将发生改变而转子转速n总是小于但接近于n1，也相应改变，此即变极调速。但是极对数 p只能整数倍变化，所以转子转速 n 的改变也是不平滑的有级调速。交流电机定子磁动势的极对数，取决于绕组中电流的方向，若改变绕组连接方式，使绕组中电流方向改变，则可改变了定子磁动势的极数。 4极电机的绕组连接方式 极电机的绕组连接方式 变极原理变极原理变极调速异步电动机可以采用两套绕组。为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。pfn1160因此，改变三相异步电动机电源频率，可

14、以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。3.2 3.2 变变 频频 调调 速速已知：已知：1. 1. 从基频向下变频调速从基频向下变频调速mnknfeu1111144. 4降低电源频率时，必须同时降低电源电压u1。降低电源电压u1有两种控的制方法。三相异步电动机每相电压：11fe 保持 =常数，即恒磁通控制方式当改变频率时，若保持e1/f1=常数，最大转矩tmax=常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。恒磁通变频调速的机械特性 这种调速方法机械特性较硬，在一定的静

15、差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。 电动机在正常负载运行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。 恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。2. 2. 从基频向上变频调速从基频向上变频调速升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为un不变，频率越高，磁通m越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。 频率越高，转速越高,电动机最大转矩越小三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式； 调

16、速范围大； 转速稳定性好； 运行时小，效率高； 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。3.3 3.3 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速绕线式异步电动机转子回路串电阻调速改变转子回路串入电阻值的大小，例如转子绕组本身电阻为r2，分别串入电阻rsl、rs2 、rs3时 ，如图所示：所串电阻越大，转速越低.（拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即tl=tn ）已知电磁转矩t为： tem=ctmi2cos2当电源电压一定时，主磁通m基本上是定值，转子电流i2可以维持在它的额定值工作。3322221122srrsrrsrrsrsssn 转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩tl=tn时，根据上式，则有：式中s1、s2、s3别是转子串入不同的电阻后的转差率。 这种调速方法的调速范围不大，一般为 （23）:1。 负载小时，调速范围就更小了。 由于转子回路电流很大，使电阻的