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1、第十一章 三相异步电动机的起动、调速和制动,将异步电动机定子绕组接入三相交流电源，如果电动机的电磁转矩能够克服其轴上的阻力转矩，电动机将从静止状态加速到某一个转速稳定运行，这个过程称为起动。 对电动机起动过程有如下要求： 起动电流小，起动转矩大，且起动过程中电动机转速平稳上升； 起动时间短，设备简单，投资少； 起动时能量损耗小。,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,异步电动机起动时存在两个问题：一是起动电流大，导致母线电压降大，因而影响同一供电电网上的其它用电设备正常运行；二是起动转矩不大，如带较重负载时，起动较困难，即使能起动，起动时间长，对电机不利。 因此，必须根
2、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。,2.三相笼型异步电动机的起动,三相笼型异步电动机有全压起动和降压起动两种起动方法。,（1）全压起动 全压起动是通过开关和接触器把异步电动机直接接到额定电压的交流电网上进行起动，又叫直接起动。 全压起动时，起动电流大，对电动机本身及其所接电力系统都有可能产生不利影响。笼型异步电动机起动时间不长，一般不会烧坏电动机，此时，主要考虑过大的起动电流产生的电压降对同一电网上其它设备的影响。 也就是说，全压起动方法的使用受供电变压器容量的限制。供电变压器容量越大，起动电流在供电回路引起的电压降越小。,一般来说，只要全压起动电流在电网中引起的电压降不超
3、过（1015）额定电压（频繁起动时取10），可以采取全压起动。 全压起动方式的优点是操作简单，起动设备的投资和维修费用小，所以可能的情况下应优先采用。 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）降压起动 降压起动是使电动机起动时定子绕组上所加的电压低于额定电压，从而减小起动电流。降压起动在减小起动电流的同时，起动转矩也会减小，因此降压起动适用于对起动转矩要求不高的场合，如空载或轻载起动。下面介绍三种常用的降压起动方法。, 定子回路串电抗器降压起动,三相异步电动机起动时，在定子回路中串入电抗器，电抗器对电源电压起分压作用，电动机定子绕
4、组上所加的电压降低，所以起动电流减小。待起动完毕，切除电抗器，电动机投入正常运行。 采用这种方法起动时，虽然起动电流减小，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，所以生产中很少使用。, 星三角降压起动 这是用改变电动机定子绕组接法来实现降压起动的方法。起动时，将定子三相绕组联结成星形接到额定电压的电源上，起动后再将其改接为三角形联结正常运行，称为星三角起动（又叫Y 起动）。 显然，这种方法只能适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机。,图9-1 换接起动原理图,结论：利用星三角接法起动时，起动电流减小为全压起动的1/3。 但是，起动转矩与电压的平方成正比，所以起动转矩也减
5、小为全压起动的1/3。,图11-3 自耦变压器降压起动起动原理图, 自耦变压器降压起动,从电网供给电动机的起动电流只有直接起动时起动电流的 倍，而电动机本身的起动电流为直接起动时的 倍。由于起动转矩与电压的平方成正比，所以起动转矩也下降为直接起动时的 倍。显然，在相同起动转矩下，自耦变压器降压起动时的起动电流要小。,2.绕线式异步电动机的起动,绕线式异步电动机的特点是，转子绕组的端头接到滑环上经电刷引出，可接入外加电阻或变频电源。 从上一章的讨论知道，转子回路串附加电阻，一方面可以增加起动转矩，另一方面可以减小起动电流。当转子回路中串入电阻后，最大转矩不变，但最大转矩所对应的转差率随串入电阻的
6、增加而增大。因此，串入适当电阻，使Sk =1，则起动转矩达到最大。 所以绕线式异步电动机转子回路串电阻起动是一种起动性能较好的起动方法。,（1）转子串电阻起动,图117 转子串电阻原理接线图,（2）转子串频敏变阻器起动,图118 转子串频敏变阻器原理接线图,3.三相异步电动机的软起动,近年来，由于电力电子技术的不断发展，工业中开始采用软起动技术来取代传统的起动方法。常用的软起动是把三对反并联的晶闸管串接在异步电动机定子三相电路中，通过改变晶闸管的导通角来调节定子绕组电压，使其按照设定的规律变化，来实现软起动。 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。,可以根据负载情况和生产要求灵活
7、地设定电动机软起动方式及起动电流曲线，从而有效地控制起动电流和起动转矩，使电动机起动平稳，且对电网冲击小，起动功耗小。 它较传统降压起动有更好的起动控制性能，因此在无调速要求的电力传动系统中应用逐渐增多。 另外，软起动器还能实现电动机的软停车、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。 其缺点是在工作中产生谐波，对电网和电动机产生不利影响。,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。,1.改变转差率调速,改变转差率调速方法有很多，这里介绍
8、两种常用的方法，即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，如图9-6所示，图中曲线1为固有机械特性。,图119 电压变化时机械特性曲线,（2）转子串电阻调速,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，但达到最大转矩时的临界转差率变化。,图1110 转子串电阻时的机械特性曲线,这种调速方法的优点是，简单，调速范围广，缺点是调速电阻要消耗能量，增加功耗，效率降低，而随着转差率增大，转子铜耗也增加，效率降低更多。 目前主要用于起重机械中的中、小功率异步电动机调速
9、。,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。,（1）从基频向下调节,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。,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，保持主磁通 不变，以保证最大转矩基本不变，此时需按照 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
10、机负载低速运行时，为了减小电动机铁 耗，可使主磁通低于其额定值，为此电压应比 保持不变时的电压更低一些。,（2）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，最大转矩也越小。因此，从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负载。 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滑调节。,变频调速是异步电动机各种调速方法中性能最好的，虽然目前变频器的价格还较高，但是其性价比在不断提高
11、，因此，变频调速在国内外各行业中得到了日益广泛的应用。,第三节 异步电动机的制动,在生产过程中，有时需要快速停车、减速或定时定点停车，这时需要在电机转轴上施加一个与转向相反的转矩，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，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。,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。,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，产生一个在
12、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的方向相反，所以电磁转矩起制动作用，迫使转子停下来。 这种制动方式常用于需要电动机迅速停车时。,2.回馈制动 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，电机将电能回馈到电网，所以回馈制动也称为再生制动。,3.反接制动 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
13、，使电动机停车，这种方法称为反接制动。,（1）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，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。 这种制动方法的优点是制动迅速，设备简单；缺点是制动电流很大，需要采取限流措施，并且制动时能耗大，振动和冲击力也较大。,（2）负载转矩使电动机反转 这种制动是由外力使电动机转子的转向改变，而电源相序不变，这时电磁转矩方向不变，但与转子实际转向相反，所以电磁转矩为制动转矩，使转子减速。这种方式主要用于以绕线式异步电动机为动力的起重机械拖动系统。 当起重机械提升重物时，电机运行在电动机状态，电磁转矩为拖动转矩，重物开始提升。如需下放重物，保持电源相序与提升重物时相同，但在转子回路中串入较大电阻，使电磁转矩小于负载转矩，于是重物拖动电机转子反方向旋转，电机运行在反接制动状态。,
