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1、三相异步电动机的起动及调速三相异步电动机的起动及调速(asynchronis motor start and timing)内容提要起动方法/调速方法13-113-1 对起动的要求对起动的要求/ /起动方法选择起动方法选择一、对异步电动机起动的要求一、对异步电动机起动的要求起动过程是指电动机从静止到达到正常工作转速(额定转速)的过程。 起动过程中电流一般较大，为了避免电机在起动过程中损坏和降低起动电流对电网的影响，一般希望起动过程越快越好。 三相异步电动机的电流公式 I2=U1/sqrt(R1+R2/s)2+(X1+X)2 额定运行时，s=sN=0.020.06,若取 s=0.05,则 R2/
2、s=20R2；起动时，s=1,R2/s=R2，可见起动时，电动机的阻抗显著减小，电流显著增大。 Ist=I2=U1/sqrt(R1+R2)2+(X1+X)2 起动电流大约为额定电流的 4-7 倍。 尽管起动电流很大，但起动转矩并不大。 T=CT1I2cos2 起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因：(1)起动电流大，阻抗压降大，感应电势小，磁通1也小；(2)s=1 时:cos2=R2/sqrt(R22+X2)，很小。Tst=(1-2)TN 对起动过程的要求对起动过程的要求：(1)Tst足够大；(2)Ist不能太大。 不同的起动方法就是在保证一定转矩的情况下，采取不同的措施限制起动电流。 二、决定
3、异步电动机起动方法的原则二、决定异步电动机起动方法的原则具体情况具体分析。电网容量+电机容量+具体应用场合。 电动机容量相对于电网容量很小时，可以直接起动；如果生产机械对转矩要求不大，则只考虑限制电流；如生产机械对转矩要求较高，则既要限制电流，又要保证需要的转矩。 起动方法有：笼形异步电动机的直接起动/笼形异步电动机的降压起动/绕线式异步电动机的起动。 13-213-2 鼠笼式异步电动机直接起动鼠笼式异步电动机直接起动 利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上。 13-2 鼠笼式异步电动机直接 起 设备和操作简单，在电网容量相对较大的情况下采用。 频繁起动电动机：电动机容量/供电
4、变压器容量20%允许直接起动； 不频繁起动电动机：电动机容量/供电变压器容量30%允许直接起动； 如果没有独立的供电变压器，则限制电网电压降不能超过5%。 13-213-2 鼠笼式异步电动机降压起动鼠笼式异步电动机降压起动 若电源供电变压器的容量不够大时，就采取降压起动。由于转矩也随着电压下降而平方地下降，所以这种方法适合于对转矩要求不高的场合。一、定子绕组串电阻或者电抗器起动在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来分担一部分电源电压，使得电机绕组的实际电压降低，达到降低起动电流的目的。 串电阻器起动时，要消耗较大的功率；串电抗器起动时，当K2 短接起动电抗器时换产生较大的短路电流，所
5、以串电抗适合于起动转矩要求不大且起动不频繁的场合。 k=UN/Ust；Ist/Ist=1/k；Tst/Tst=1/k2 二、星-三角（Y/D）起动适合于正常运行为 D 接法的电动机。 k=UN/Ust=sqrt(3)；Ist/Ist=1/3；Tst/Tst=1/3 三、应用自耦变压器(起动补偿器)起动k=UN/Ust；Ist/Ist=1/k2；Tst/Tst=1/k2 QJ2 型自耦变器有不同的降压抽头，1/k=0.73,0.64,0.55 以备选择。13-413-4 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动降压起动在限制起动电流的同时，大大降低了起动转矩。在需要较大起动转矩的应用场合，人
6、们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。 绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻，以改善其起动和调速性能。 如果 R2+Rst=sqrtR12+(X1+X2)2，则获得最大起动转矩。 一、串电阻分级起动 (1)1C 闭合，2C,3C,4C 断开，额定电压，串入电阻（R+R+R）,起动点在 3 的 a 点，起动转矩 T2TM; (2)转速上升到 b 时，T=T1,闭合 2C，切除电阻 R，则工作点从 3的 b 跳到 2 的 c,T=T2 (3)转速上升到 d 时，T=T1,闭合 3C，切除电阻 R，则工作点从 2 的d 跳到 1 的 e,T=T2 (4)转速上升到 f 时，T=T1
7、,闭合 4C，切除电阻 R，则工作点从 1 的f 跳到 0 的 g,T=T2 (5)转速继续上升经 h 到达稳定运行点 j。 起动电阻器有金属丝电阻器/铸铁电阻器/水电阻器等，但都按短时方式设计。 二、转子串联频敏变阻器起动频敏编阻器原理 铁心损耗越大，则 Rm 越大。而铁耗与磁通的频率（等于转子频率 f2=sf1）的平方成比例。开始起动时，s 较大，故f2 较大，Rm 也较大；随着起动过程的进行，s 逐渐变小，所以 f2 变小，所以 Rm 变小。 起动完毕后，将转子回路短路。 频敏变阻器静止无触点，结构简单，成本低，所以应用较为广泛。 13-513-5 异步电动机的调速方法异步电动机的调速方
8、法 异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉，大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 在实际应用中，许多机械需要调速，如车床、机车、风机、水泵等。常用闸阀控制。 为了节能，则要求设法从电机本身出发进行电气调速。 异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电子电力技术的发展，异步电动机的调速问题已经基本解决。异步电动机的调速性能甚至可以做到优于直流电动机。 剩余的问题是降低成本、实际应用。 异步电动机的速度公式 n=(1-s)n1=(1-s)60f1/p动机调速方法有： (1)变极调速(2)变频调速(3)变滑差调速。(1)(2)适合于鼠笼式异步电动机，(3)用于绕线式异步电动机。13-6 异
9、步电动机的变极调速一、(每相)单绕组变极二、(每相)双(多)绕组变极定子槽中放置 2 套以上的绕组，每套绕组极数不一样，通过换接工作绕组达到调速的目的。4/6/24 极。 每套绕组本身又可以采用变极开关，所以可以得到较多的调速等级。 三、单绕组变极电动机的转向问题极数(电机圆周的电角度数将发生改变)改变后，ABC 三相的相序可能发生变化，所以在变极的同时应改变相序。 四、不同改接方法时，电动机功率及转矩的变化 (1)-YY 变极调速 低速倍极数接法，高速少极数 YY 接法 不同接法时保持电源电压 U1和每个绕组中的电流 I不变。 低速接法时 P2(2p)=3U1I(2p)cos(2p)高速 Y
10、Y 接法时 P2(p)=3U1/sqrt(3)2I(p)cos(p)=3.46U1I(p)cos(p)不考虑 cos和的变化时 P2(p)/P2(2p)=3.46/3=1.15这种接法转速变化一倍时，功率只变化 15%，接近恒功率，低速时转矩比高速时转矩大得多。 (2)Y-YY 变极调速 低速倍极数 Y 接法，高速少极数 YY 接法 低速 Y 接法时 P2(2p)=3U1/sqrt(3)I(2p)cos(2p)=sqrt(3)U1I(2p)cos(2p)高速 YY 接法时 P2(p)=3U1/sqrt(3)2I(p)cos(p)=2sqrt(3)U1I(p)cos(p)不考虑 cos和的变化时
11、 P2(p)/P2(2p)=2这种接法转速变化一倍时，功率变化一倍，接近恒转矩。 五、变极电机切换时注意事项一般异步电动机在断开电源后，转子电流不会立即降为零，而是按一定的时间常数衰减。这个电流产生的磁通随转子一起旋转，并在定子绕组中产生感应电势。 如果转子电流没有衰减到零以前再次合上定子电源，则电源电压和感应电势(残留电压)叠加可能产生比起动电流还大的冲击电流，影响电网和电机寿命。 残留电压的衰减常数为 Te=(Xm+X2)/(2fR2)Xm/(2fR2)=Lm/R2变极电机在极数切换时，应该等到转子电流充分衰减后再进行。应该按照铭牌规定的接线方式接线，否则会导致严重后果。 13-7 异步电
12、动机的变频调速一、从基频向下变频调速(1)保持 E1/f1不变: T=PM/1=m1I22R2/s/(2pn1/60)=m1p/(2f1)(E2/sqrt(R2/s)2+X22)R2/s=m1pf1/(2)(E2/f1)2R2/s/(R2/s)2+X22 =m1pf1/(2)(E2/f1)2/(R2/s)+sX22/R2 R2/s=sX22/R2 sm=R2/X2=R2/(2f1L2) Tmax=m1pf1/(4)(E2/f1)2/(2L2)=常数 nm=smn1=常数 Tmax，nm与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调速。 (2)保持 U1/f1不变,
13、即保持1常数 T=PM/1=m1pU12R2/s/2f1(R1+R2/s)2+(X1+X2)2=m1p/(2)(U1/f1)2f1R2/s/(R1+R2/s)2+(X1+X2)2当 U1/f1不变时， sm=R2/sqrtR12+(X1+X2)2Tmax=1/2m1p/(2)(U1/f1)2f1/R1+sqrtR12+(X1+X2)2降低电源频率时，Tmax不为常数。f1接近额定频率时，X1+X2R1，这时，Tmax变化不大。当 f1较低时 X1+X2较小，随着 f1的降低，Tmax变化较大。在低速时甚至拖不动负载。 二、从基频向上变频调速升高电源电压时不允许的，在频率上调时，只能保持电压不变
14、。频率越大，磁通就越小，类似于直流电动机的弱磁增速。 T=PM/1=m1pU12R2/s/2f1(R1+R2/s)2+(X1+X2)2=m1p2U1R2/s/(2f1)/(R1+R2/s)2+(X1+X2)2频率较高时 R1可以忽略， sm=R2/sqrtR12+(X1+X2)2R2/(X1+X2)1/f1Tmax=1/2m1pU12/(2f1)/R1+sqrtR12+(X1+X2)21/2m1pU12/(2f1)/(X1+X21/f12频率越高时，越小，也越小，最大转矩时的转差 nm=smn1=C/f160f1/p=常数机械特性运行段近似平行。 变频调速的特点： (1)从基频向下调时，为恒转
15、矩调速方式；从基频向上调时，为近似恒功率调速方式。(2)调速范围大。3)调速稳定性好。(4)无级调速。13-8 绕线异步电动机的调速一、转子回路串电阻调速给绕线式异步电动机的转子回路串入调节电阻 Rtj，其机械特性曲线 T=f(s)形状将发生变化。最大转矩的位置随所串电阻的增大而下移。 若电动机驱动恒转矩负载，本来工作于 a 点，串入调节电阻Rtj后，工作点会移动到 b 点。由于 ab 点的电磁转矩相等，所以 R2/sa=(R2+Rtj)/sbR2/sa=(R2+Rtj)/sb串入电阻前后的两个稳态，电动机的阻抗没有发生变化，所以电流不变，转矩也不变。由于 PM=T1,所以电磁功率也保持不变。而总的机械功率 P=T随着转速下降而减小。所减少的功率消耗在了调节电阻上。 一、转子回路接入附加电势调速(串级调速)(1)原理串电阻调速时，调节电阻中消耗较大的能量。串附加电势可以克服这一缺憾。 I2=(sE2+Ed)/(R2+jsX2)若 Ed与 sEd相位相反，则串入 Ed后,I2下降，电磁转矩 T 也下降，如果负载转矩 T2不变，则电动机将减速，s 增大，电
