ch12三相异步电动机的起动、调速与制动

1、第十一章第十一章 三相异步电动机三相异步电动机的起动、调速的起动、调速 起动电流要小，以尽量减少由起动电流引起的起动电流要小，以尽量减少由起动电流引起的电网上电压降，而直接影响接在同一电网上的其他电网上电压降，而直接影响接在同一电网上的其他电气设备的正常运行；电气设备的正常运行； 起动转矩要大，大于负载转矩，确保能够起动，起动转矩要大，大于负载转矩，确保能够起动，并使起动过程加快。并使起动过程加快。 第一节第一节 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动一、对起动性能的要求一、对起动性能的要求二、鼠笼式异步电动机起动二、鼠笼式异步电动机起动 1、直接起动、直接起动 直接起动是利用刀闸开

2、关或交流接触器把电动机定子绕组直接接到额定电压的电源上，所以也称为全压起动。 2. 降压起动降压起动 所谓降压起动就是在起动时，降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，待电机转速趋向于稳定后，再将定子绕组上电压恢复到正常值。 (1)定子回路串电抗器起动kxxrxrUUkkkkN22221)(ststkIIst2stTkT (2)星角换接起动 对于正常运行时定子绕组接成角形的三相鼠笼型异步电动机，为了减小起动电流，可以采用星角换接起动，即起动时，定子绕组星接，起动后换成角接。 星星角角换换接接起起动动线线路路 3131NNNUUUU3133ststkNkNZUZUII3121ststNU

3、UTT(3)自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动原理接线如图所示，其一自耦变压器降压起动原理接线如图所示，其一次侧接电源，二次侧降低的电压接电动机定子绕组，次侧接电源，二次侧降低的电压接电动机定子绕组，起动前先将起动前先将K合向起动位置合向起动位置(此时电动机定子绕组接此时电动机定子绕组接在自耦变压器二次侧在自耦变压器二次侧)，待电动机转速接近额定转速，待电动机转速接近额定转速时，迅速把时，迅速把K切换到运行位置，此时自耦变压器被切切换到运行位置，此时自耦变压器被切除除(脱离电源脱离电源)，电动机直接与电网相连。，电动机直接与电网相连。 自耦变压器起动线路自耦变压器起动线路

4、 自耦变压器降压起动时的一相电路自耦变压器降压起动时的一相电路kNNUU12NkUUII NststkNNII 12stst2ststkII22NststkUUTT自耦变压器起动参数关系：自耦变压器起动参数关系：kk2k313131k2k2k起动方法起动电压相对值(电动机相电压)起动电流相对值(供电变压器线电流)起动转矩相对值起动设备直接起动111最简单串电抗起动一般星角起动简单只用于接380V电机自耦变压器较复杂，有三种抽头可选三相鼠笼式异步电动机起动方法的比较三相鼠笼式异步电动机起动方法的比较第二节第二节 双鼠笼和深槽式三相异步电动机双鼠笼和深槽式三相异步电动机一、深槽式三相异步电动机一、

5、深槽式三相异步电动机深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布 起动时，起动时，转子频率最高，则漏抗最大，与电阻相转子频率最高，则漏抗最大，与电阻相比，它起主要作用，这时影响转子电流分布的主比，它起主要作用，这时影响转子电流分布的主要因素是漏抗，因槽底部分漏抗较槽口部分大，要因素是漏抗，因槽底部分漏抗较槽口部分大，因此起动时，转子导体的电流就被因此起动时，转子导体的电流就被“挤挤”到了槽到了槽口部分口部分( (即趋肤效应即趋肤效应) )，其电流密度分布如图所示。，其电流密度分布如图所示。其效果就相当于转子导体的有效截面减小，电阻其效果就相当于转子导体的

6、有效截面减小，电阻增大，从而增加了起动转矩又限制了起动电流。增大，从而增加了起动转矩又限制了起动电流。正常运转时，转子频率很低，转子漏抗大为减小，正常运转时，转子频率很低，转子漏抗大为减小，甚至比转子电阻还小，此时转子电流的分布主要甚至比转子电阻还小，此时转子电流的分布主要取决于电阻，故转子导条电流近于均匀分布取决于电阻，故转子导条电流近于均匀分布( (趋肤趋肤效应消失效应消失) )，相当于使转子绕组电阻自动减小，改，相当于使转子绕组电阻自动减小，改善了运行性能。善了运行性能。二、双鼠笼三相异步电动机二、双鼠笼三相异步电动机双鼠笼转子绕组中漏磁通的分布和铸铝转子双鼠笼转子绕组中漏磁通的分布和铸

7、铝转子 起动时，转子频率较高，转子漏抗远较电阻大，此时影响转子绕组电流分布的主要因素是漏抗，因上笼漏抗小，故起动时转子电流主要集中于上笼(即趋肤效应)，因此，起动时上笼起主要作用。又由于上笼的结构特点是电阻大，功率因数高，故有较大起动转矩，因此，上笼亦称起动笼。正常运行时，转子频率很低，漏抗就很小，此时影响转子绕组电流分布的主要因素是电阻，因下笼电阻小，故大部分电流从下笼流过，此时漏抗又较小，功率因数就较高，故有较大转矩，因此运行时主要靠下笼，故下笼亦称运行笼。 一、转子串电阻起动一、转子串电阻起动绕线式异步电动机转子串电阻分级起动绕线式异步电动机转子串电阻分级起动 (a)接线图；接线图； (

8、b)机械特性机械特性第三节第三节 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二、转子串频敏变阻器起动二、转子串频敏变阻器起动转子串频敏变阻器原理接线图转子串频敏变阻器原理接线图第四节第四节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1160(1)(1)fns nsP异步电动机的调速有以下几种方式：异步电动机的调速有以下几种方式： 改变转差率改变转差率s调速，称为变转差率调速；调速，称为变转差率调速； 改变磁极对数改变磁极对数p调速，称为变极调速；调速，称为变极调速； 改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。一、一、 变极调速变极调速时一相绕组

9、的连接时一相绕组的连接 42p(a) 连接图；连接图；(b) 展开图展开图(a) 把每相绕组分成两组；把每相绕组分成两组；(b) 两组线圈反向串联；两组线圈反向串联；(c)两组线圈反向并联两组线圈反向并联时一相绕组的连接时一相绕组的连接 22p二、变频调速二、变频调速 当转差率基本不变时，电动机转速与电源频率当转差率基本不变时，电动机转速与电源频率成正比，因此改变频率就可以改变电动机的转速，成正比，因此改变频率就可以改变电动机的转速，这种方法称为变频调速。这种方法称为变频调速。 把异步电动机额定频率称为基频，变频调速时，把异步电动机额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向下调节，也可以从基频

10、向上调节。可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。1、从基频向下调节、从基频向下调节异步电动机正常运行时异步电动机正常运行时 从基频向下调节时，若电压不变，则主磁通从基频向下调节时，若电压不变，则主磁通将增大，使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增将增大，使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增加、功率因数降低，因此在降低频率调速的同时，加、功率因数降低，因此在降低频率调速的同时，必须降低电源电压。必须降低电源电压。 0111144. 4NkNfE1111UEff 根据机械负载的情况，在调速中可采用不同的根据机械负载的情况，在调速中可采用不同的降低电压方法。例如，在拖动恒转矩负载时，保持降低电压方法。

11、例如，在拖动恒转矩负载时，保持主磁通主磁通 不变，以保证最大转矩基本不变，此时需按不变，以保证最大转矩基本不变，此时需按照照 保持不变的规律来调节电压，也就是所谓的调保持不变的规律来调节电压，也就是所谓的调频调压。在异步电动机拖动风机负载低速运行时，频调压。在异步电动机拖动风机负载低速运行时，为了减小电动机铁为了减小电动机铁 耗，可使主磁通低于其额定值，耗，可使主磁通低于其额定值，为此电压应比为此电压应比 保持不变时的电压更低一些。保持不变时的电压更低一些。11Uf2 2、从基频向上调节、从基频向上调节 由于电源电压不能高于电动机的额定电压，因此由于电源电压不能高于电动机的额定电压，因此当频率

12、从基频向上调节时，电动机端电压只能保持为当频率从基频向上调节时，电动机端电压只能保持为额定值。这样，频率越高，主磁通越低，最大转矩也额定值。这样，频率越高，主磁通越低，最大转矩也越小。因此，从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负越小。因此，从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负载。载。 目前，变频调速通过使用变频器来实现。变频器目前，变频调速通过使用变频器来实现。变频器是一种采用电力电子器件的固态频率变换装置，作为是一种采用电力电子器件的固态频率变换装置，作为异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都可以连续调节，可使异步电动机转速在较宽范围内平可以连

13、续调节，可使异步电动机转速在较宽范围内平滑调节。滑调节。三、改变转差率调速三、改变转差率调速1. 1. 改变电动机的端电压来调速改变电动机的端电压来调速 当电源电压频率一定时，改变电压，则电磁当电源电压频率一定时，改变电压，则电磁转矩转矩T随随 成正比变化，而临界转差率不变，由成正比变化，而临界转差率不变，由此作出降低定子电压时的人为机械特性。此作出降低定子电压时的人为机械特性。 21U改变定子端电压调速改变定子端电压调速 2. 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 电动机转子回路串电阻后，其机械特性发电动机转子回路串电阻后，其机械特性发生变化，虽然最大转矩不变

14、，但达到最大转矩时的生变化，虽然最大转矩不变，但达到最大转矩时的临界转差率变化。临界转差率变化。 转子回路中串电阻调速转子回路中串电阻调速常数srrsr22带恒转矩负载时：带恒转矩负载时：3. 串级调速串级调速 转子加入电阻来调速的主要缺点是损耗较大。为利用这部分电能，可在转子回路中接入一个转差频率的功率变换装置，使这部分电能送回给电网，既达到调速目的、又获得较高的效率。第五节第五节 异步电动机的制动异步电动机的制动 在生产过程中，有时需要快速停车、减速或定时在生产过程中，有时需要快速停车、减速或定时定点停车，这时需要在电机转轴上施加一个与转向相定点停车，这时需要在电机转轴上施加一个与转向相反

15、的转矩，即进行制动。反的转矩，即进行制动。 制动的方式可分为机械制动和电气制动。机械制制动的方式可分为机械制动和电气制动。机械制动是由机械方式（如制动闸）施加制动转矩，电气制动是由机械方式（如制动闸）施加制动转矩，电气制动是施加于电动机的电磁转矩方向与转速方向反向，动是施加于电动机的电磁转矩方向与转速方向反向，迫使电动机减速或停止转动。迫使电动机减速或停止转动。 这里介绍生产中常用的几种电气制动方式。这里介绍生产中常用的几种电气制动方式。 1.能耗制动能耗制动 能耗制动时，储存在转子中的动能转变为能耗制动时，储存在转子中的动能转变为转子铜耗，以达到迅速停车的目的，所以这种转子铜耗，以达到迅速停

16、车的目的，所以这种方式称为能耗制动。方式称为能耗制动。 能耗制动是指在异步电动机运行时，把定子从能耗制动是指在异步电动机运行时，把定子从交流电源断开，同时在定子绕组中通入直流电流，交流电源断开，同时在定子绕组中通入直流电流，产生一个在空间不动的静止磁场，此时转子由于惯产生一个在空间不动的静止磁场，此时转子由于惯性作用仍按原来的转向转动，运动的转子导体切割性作用仍按原来的转向转动，运动的转子导体切割恒定磁场，便在其中产生感应电动势和电流，从而恒定磁场，便在其中产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，此转矩与转子由于惯性作用而旋转产生电磁转矩，此转矩与转子由于惯性作用而旋转的方向相反，所以电磁转矩

17、起制动作用，迫使转子的方向相反，所以电磁转矩起制动作用，迫使转子停下来。停下来。 这种制动方式常用于需要电动机迅速停车时。这种制动方式常用于需要电动机迅速停车时。 2.回馈制动回馈制动 异步电动机运行时，若使转速超过同步转速，则异步电动机运行时，若使转速超过同步转速，则电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，电机转速电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，电机转速减慢，此时异步电动机由电动状态变为发电状态运行。减慢，此时异步电动机由电动状态变为发电状态运行。电机的有功电流方向也反向，电磁功率为负，电机将电机的有功电流方向也反向，电磁功率为负，电机将电能回馈到电网，所以回馈制动也称为再生制动。电能回

18、馈到电网，所以回馈制动也称为再生制动。3.反接制动反接制动 异步电动机运行时，如果改变气隙磁场旋转方向，异步电动机运行时，如果改变气隙磁场旋转方向，则电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，使电则电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，使电动机停车，这种方法称为反接制动。动机停车，这种方法称为反接制动。（1）改变电源相序）改变电源相序 异步电动机运行时，如果改变定子电流的相序，异步电动机运行时，如果改变定子电流的相序，使电机气隙磁场旋转方向反向，感应在转子中的感使电机气隙磁场旋转方向反向，感应在转子中的感应电动势和电流反向，由于转子惯性作用，转子转应电动势和电流反向，由于转子惯性作用，转子转向不变，所以由转子电流产生的电磁转矩方向与转向不变，所以由转子电流产生的电磁转矩方向与转子转向相反，电机处于反接制动状态，使转速迅速子转向相反，电机处于反接制动状态，使转速迅速降低。当转速降为零时，为避免电机反向电动运行