三相异步电动机的起动调速和制动介绍

三相异步电动机的起动调速和制动介绍第1页/共49页第一节三相异步电动机的起动第二节三相异步电动机的调速第三节三相异步电动机的制动本章主要内容2第2页/共49页概述本章着重从电机理论方面讨论异步电动机的起动、调速和制动。在实际拖动系统中，电动机常要起动，调速和制动等。3第3页/共49页

第一节三相异步电动机的起动1.三相异步电动机的起动性能

起动的定义：从静止到转动起来的过程。起动要求起动时间短，设备简单，投资少。起动电流小，起动转矩大，转速平稳上升。起动时能耗小。4第4页/共49页表示起动性能的两个物理量：起动电流和起动转矩。比起动转矩：单位电流的起动转矩，表示电动机的起动性能。

第一节三相异步电动机的起动1.三相异步电动机的起动性能

5第5页/共49页单鼠笼异步电动机起动时：---转子支路短路很大，激磁支路可忽略。电机起动电流：

由于电机内阻抗很小，所以起动电流很大，起动电流与电源电压成正比。在全电压下起动时，起动电流通常为额定电流的5-7倍。异步电动机的起动电流和起动转矩6第6页/共49页单鼠笼异步电动机起动时：异步电动机的起动电流和起动转矩7第7页/共49页单鼠笼异步电动机起动时：异步电动机的起动电流和起动转矩8第8页/共49页

必须根据拖动系统对起动性能的具体要求，确定电动机的起动方法。起动电流大，使母线电压降低，影响其它负载。起动转矩小，带重载起动困难。异步电动机起动存在的问题9第9页/共49页决定电机起动方法的因数供电容量、负载特性、起动频繁与否。供电容量大，电机起动对电网影响小。重载起动，要求起动转矩大。起动频繁，对供电电网母线电压波动较大，希望起动电流小。异步电动机的起动方法10第10页/共49页异步电动机的起动方法鼠笼式异步电动机起动直接起动降压起动：定子串电阻器起动，自耦变压器降压起动，星-三角换接起动，延边三角形起动等。绕线式异步电动机转子回路串电阻起动特殊设计的异步电动机起动方法11第11页/共49页2.三相笼型异步电动机的起动直接起动（全压起动）

起动时，电动机定子绕组加额定电压。优点：操作简单，起动设备的投资和维修费用小，可能的情况下应优先采用。

缺点：起动电流大，一般为额定电流5-7倍，起动转矩为额定转矩1-2倍，过大的起动电流使输电线路上较大的阻抗压降，影响同一供电系统上其它负载。12第12页/共49页

全压起动电流在电网中引起的电压降不超过（10％～15％）额定电压（频繁起动时取10％），可以采取全压起动。在发电厂中，由于供电容量大，一般采用全压起动。如果供电变压器容量不够大，则应采用降压起动方式。2.三相笼型异步电动机的起动13第13页/共49页适用于轻载起动。降压起动

起动时，将电源电压降低，以减小起动电流，但起动转矩也同时下降。U1Ist，但Tst2.三相笼型异步电动机的起动14第14页/共49页①定子回路串电阻或电抗器降压起动

起动电流减小，但起动转矩按电压平方关系下降，下降更多，起动特性不是很好，生产中很少使用。2.三相笼型异步电动机的起动15第15页/共49页②

星－三角降压起动

只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机。2.三相笼型异步电动机的起动16第16页/共49页适用于接法的电动机。②

星－三角降压起动17第17页/共49页结论：星－三角起动时，起动电流减小为全压起动的1/3，起动转矩也减小为全压起动的1/3。

2.三相笼型异步电动机的起动18第18页/共49页

自耦变压器的变比为，起动时，加在电机上电压为电源电压的，电机接在变压器低压侧，高压侧电流为：③自耦变压器降压起动2.三相笼型异步电动机的起动特点：应用范围广，但自耦变压器体积大，造价高。

起动电流为直接起动的，起动转矩与电压平方成正比，也为直接起动的。19第19页/共49页线绕转子异步电动机的特点：转子可外串电阻或变频器。转子串电阻起动，可以使Ist↓，Tst，转子串电阻以后，Tmax不变，但sk增加。当sk=1时，Tst=Tmax。2.绕线式异步电动机的起动20第20页/共49页TST00.5sTmaxSk=1特点：r

，Tst，Tst=Tmax转子回路串入的电阻绕线式异步电动机的起动21第21页/共49页（1）转子串电阻起动图11－7转子串电阻原理接线图2.绕线式异步电动机的起动22第22页/共49页（1）转子串电阻起动23第23页/共49页（2）转子串频敏变阻器起动图11－8转子串频敏变阻器原理接线图2.绕线式异步电动机的起动24第24页/共49页3.三相异步电动机的软起动实现方法：把三对反并联晶闸管串接在异步电动机定子三相电路中，通过改变晶闸管控制角来调节定子绕组电压，使其按照设定的规律变化，实现软起动。

软起动器是一种采用数字控制的无触点降压起动控制装置。25第25页/共49页优点:可灵活设定软起动方式及起动电流曲线，有效控制起动电流和起动转矩，使电动机起动平稳。对电网冲击小，起动功耗小。在无调速要求的电力传动系统中应用逐渐增多。能实现软停车、软制动及断相、过载和欠压等多种保护功能，可实现电动机轻载节能运行。缺点：产生谐波，对电网和电动机不利。3.三相异步电动机的软起动26第26页/共49页第二节异步电动机的调速异步电动机的调速有以下几种方式：改变转差率s调速，称为变转差率调速；改变磁极对数P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。27第27页/共49页1.改变转差率调速常用方法：调压调速和转子串电阻调速。（1）调压调速

当电源电压频率一定时，改变电压，则电磁转矩T随

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。

一般电机电压变化，转速改变不大，调速范围小；主要用于风机、水泵等，这类负载转速改变不大，但功率变化较大。28第28页/共49页图11－9电压变化时机械特性曲线1.改变转差率调速29第29页/共49页（2）转子串电阻调速

转子回路串电阻，机械特性变化，最大转矩不变，但达到最大转矩时的临界转差率变化。图11－10转子串电阻时的机械特性曲线1.改变转差率调速30第30页/共49页优点：简单，调速范围广。缺点：调速电阻消耗能量，增加功耗，降低效率，随着转差率增大，转子铜耗增加，效率降低更多。

主要用于起重机械中的中、小功率异步电动机调速。1.改变转差率调速（2）转子串电阻调速31第31页/共49页(3).串级调速实现方法：在转子回路接入一个转差频率的功率变换装置。即在转子的每相回路中串入频率为的附加电动势，通过控制的大小和相位，将转差功率回馈到电网去，既实现节能，又达到调速的目的，也称为双馈调速。1.改变转差率调速32第32页/共49页2、变极调速调速方法：电源频率不变、改变定子绕组极数，使电机同步转速改变。调速要求：定子绕组需特殊设计，通过改变绕组外部接线能改变极对数，如通过改变一套绕组的联结方式来获得不同的极对数，或者是采用两套不同极对数的绕组。结论：有级调速，平滑性差，若采用两套绕组，则材料消耗多，电机体积增加，成本增大。近年来，工程实际中一般采用单绕组变极调速，即通过改变一套绕组的联结方式获得不同的极对数，实现调速。不适用于转子极对数固定的绕线式电动机。33第33页/共49页2、变极调速34第34页/共49页Y/YY联结改接法△/YY联结改接法35第35页/共49页3.变频调速

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，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，可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。36第36页/共49页（1）从基频向下调节异步电动机正常运行时

电压不变，主磁通将增大，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，必须降低电源电压。3.变频调速37第37页/共49页

机械负载不同，降低电压方法也可不同。如，恒转矩负载时，保持主磁通不变，以保证最大转矩基本不变，有：

即调频调压。风机负载低速运行时，为了减小铁耗，可使主磁通低于额定值，为此电压应比保持不变时更低一些。3.变频调速38第38页/共49页（2）从基频向上调节

端电压保持额定，则频率越高，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载。

变频调速通过变频器实现。变频器是一种固态频率变换装置，作为异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都可连续调节，使异步电动机转速在较宽范围内平滑调节。3.变频调速39第39页/共49页

变频调速是异步电动机各种调速方法中性能最好的，虽然目前变频器价格还较高，但是其性价比在不断提高，因此，变频调速在国内外各行业中得到了日益广泛的应用。3.变频调速40第40页/共49页第三节异步电动机的制动制动方式：机械制动和电气制动。机械制动：由机械方式（如制动闸）施加制动转矩。电气制动：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。常用电气制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动几种。41第41页/共49页1.能耗制动

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，所以这种方式称为能耗制动。42第42页/共49页制动方法：异步电动机运行时，把定子从交流电源断开，同时通入直流电流，产生电磁转矩起制动作用，迫使转子停下来。常用于需要电动机迅速停车时。1.能耗制动43第43页/共49页制动方法：运行时，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，电机转速减慢，电机由电动状态变为发电状态运行。有功电流方向反向，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发电制动。2.回馈制动44第44页/共49页制动方法：异步电动机运行时，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，使电机停车，这种方法称为反接制动。反接制动的两种方式：改变电源相序，电机转速反向。3.反接制动45第45页/共49页（1）改变电源相序改变定子电流的相序，电磁转矩方向与转子转向相反，电机处于反接制动状态，使转速迅速降低。当转速降为零时，为避免电机反向电动运行，需要及时切断电源。优点：制动迅速，设备简单。缺点：制动电流很大，需采取限流措施，且制动时能耗大，振动和冲击力也较大。3.