三相异步电机的起动方式及调速
三相异步电动机的起动与调速实验报告
三相异步电动机的起动与调速实验报告实验报告：三相异步电动机的起动与调速一、实验目的1.学会使用三相异步电动机进行起动和调速实验；2.理解三相异步电动机的工作原理和特性；3.掌握控制电源频率和电压对电动机起动和调速的影响。
二、实验原理1.三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动可以分为直接起动、通过降压启动器起动和通过自耦变压器起动等几种方式。
实验中我们采用的是直接起动方式。
直接起动是将三相电源直接接到电动机的定子绕组上，通过电源的三相电流激励定子绕组产生磁场，使得电动机启动转矩产生，从而实现电机的起动。
2.三相异步电动机的调速三、实验装置和仪器1.三相异步电动机：用于实现起动和调速实验。
2.控制电源：用于提供三相交流电源，调整电源频率和电压。
3.电压表和电流表：用于测量电源电压和电流。
4.转速计：用于测量电动机转速。
5.手动控制开关。
四、实验步骤1.连接实验电路：将三相异步电动机与控制电源、电压表和转速计连接起来，根据电路图正确接线。
2.起动实验：将控制电源调至合适的频率和电压，打开电源开关，记录电动机的起动时间，并观察电动机的起动转矩和转速情况。
3.调速实验：保持电动机运行状态，通过改变控制电源的频率和电压，逐渐增大或减小转速，同时记录相应的电源频率和电压。
五、实验结果与分析1.起动实验结果：记录电动机的起动时间，并观察电动机的起动转矩和转速情况。
2.调速实验结果：通过改变控制电源的频率和电压，记录相应的转速和电源频率和电压，并绘制转速和电源频率、电压的关系图。
六、实验结论通过实验我们可以得到以下结论：1.三相异步电动机可以通过改变电源频率和电压来实现起动和调速；2.电源频率和电压对电动机起动和调速有直接的影响；3.控制电源的频率和电压可以调整电动机的转速；七、实验总结通过本次实验，我深入了解了三相异步电动机的起动和调速原理和特性。
在实验中，我掌握了使用三相异步电动机进行起动和调速的操作方法，并学会了通过改变电源频率和电压来调整电动机的转速。
三相异步电动机的变极调速控制
SB3常闭触头 先断开，切断 KM1线圈电路
SB2常开触头 后闭合
KM1自锁触头复位断开
KM1主触 头断开
电动机因惯 性继续旋转
KM1互锁触头复位闭合
KM2、KM3 线圈都得电
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
2）高速运转
需要高速运转时，也需要先按下低速启动按钮SB2，把定子 绕组接成△，让电动机低速启动。 启动结束，再按下高速启动按钮SB3，把定子绕组换接成YY， 实现电动机高速运行。
KT常开延时闭合
KM1失电 拆除△接线，切除电动机正序电源
定子绕组尾端接反序电源
KM2得电 KM3得电
电动机YY连接， 定子绕组首端 高速运转 短接于一点
变极调速安装接线注意事项： 1）正确识别电动机定子绕组的9个接线端子。 2）交换任意两相电源的相序。
2）按钮控制的双速电动机变极调速
注意控制电路的线号
三、变极调速原理
把定子每相绕组都看成两个完全对称的“半相绕组”。
以U相为例，设相电流从绕组的头部U1流进，尾部U2流出。 当U相两个“半相绕组”头尾相串联时（顺串），根据右手 螺旋法则，可判断出定子绕组产生4极磁场。 若U相两个“半相绕组” 尾尾相串联（反串）或者头尾相并 联（反并），定子绕组产生2极磁场。
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
1）低速运转
需要低速运转时，按下低速启动按钮SB2，把定子绕组接成 △，让电动机低速启动，并连续运转。
合上QS，M3线圈电路
SB2常开触头后 闭合，KM1线圈
通电
KM1电气互锁触头断开， 对KM2、KM3互锁
KM1主触 头闭合
相关知识——三相异步电动机的电气调速
• 什么叫恒转矩调速？
电机学 chap10三相异步电动机的起动和调速
斜槽
对谐波磁场，相 当于分布绕组的 作用
槽配合
定转子一阶齿谐波
Z1 1 Z2 1
p
p
即：Z1 Z2 , Z1 Z2 2 p
为要消除齿谐波同步转矩，定子齿数与
转子齿数不应相等，它们之间的差数也 不应等于极数。
异步电动机的调速与制动
一、异步电动机调速方法
异步电动机的转速
n 60 f 1 s
第10章 异步电动机的起动、 调速和制动
异步电动机的起动性能
1. 起动电流倍数 2. 起动转矩倍数 3. 起动时间 4. 起动时能量消耗与发热 5. 起动设备的简单性和可靠性 6. 起动中的过渡过程
一、起动电流和起动转矩
起动：从禁止不动到加速到工作转速的过程
要求：在起动时有较大的起动转矩（倍数），较小 的起动电流（倍数）
内层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较 低，所产生的电磁转矩也较小。
外层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻 较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。层鼠笼 又称起动鼠笼。
2．起动过程结束后
转子电流的频率很小，内层鼠笼的漏抗很小， 两个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。
内层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生 电磁转矩方面起主要的作用，内层鼠笼称为运 行鼠笼。
•由于电流的分布不均匀，等效槽导体的 有效面积减小——集肤效应使槽导体电阻 增加；
•集肤效应作用使槽漏磁通有所减少，转 子漏抗也有所减少，二者均促使起动转矩 增大，改善了起动特性。
•启动瞬间，由于磁路饱和，转子漏抗将 明显减小。
等效截面
深槽式异步电动机
2．正常运行时 在正常运行时，由于转子电流的频率很低，槽导体的 漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布， 转子电阻恢复到固有的直流电阻。
三相异步电动机启动,调速,制动
任务3.三相异步电动机的制动及实现
（1）电源反接制动
三相异步电动机的电源反接制动是将三相电 源中的任意两相对调，使电动机的旋转磁场反 向，产生一个与原转动方向相反的制动转矩， 迅速降低电动机的转速，当电动机转速接近零 时，立即切断电源。
这种制动方法制动转矩大，效果好，但冲击 剧烈，电流较大，易损坏电动机及传动零件。
（4）绕线型异步电动机转子串 电阻起动
绕线型异步电动机的起动，只要在转子回 路串入适当的电阻，就既可限制起动电流， 又可增大起动转矩，但在起动过程中，需 逐级将电阻切除。现在多用在转子回路接 频敏变阻器起动。
任务1：三相异步电动机的起动及实现
任务1：三相异步电动机的起动及实现
3.三相异步电动机启动控制电 路
任务1：三相异步电动机的起动及实现
自锁(自保): 依靠接触器自身辅助常开 触头
而使线圈保持通电的控制方 式 自锁触头: 起自锁作用的辅助常开触 头 工作原理： 按下按钮（SB1），线圈（KM）通 电，电机起动；同时，辅助触头 （KM）闭合，即使按钮松开，线圈 保持通电状态，电机 连续运行。
图为单向连续运行控制电路
K1为起动电流倍数：Ist为电动机的起动电流(A)；In为电 动机的额定电流(A)；Sn为电源变压器总容量；Pn为电 动机的额定功率。
Hale Waihona Puke 任务1：三相异步电动机的起动及实现
（2）.星-三角降压起动 正常运行时，接成△形的鼠笼电动机，在起动时接成 星形，起动完毕后再接成△，称星-三角起动。
任务1：三相异步电动机的起动及实现
任务3.三相异步电动机的制动及实现
3.反接制动控制电路
任务3.三相异步电动机的制动及实现
4.能耗制动控制电路
三相异步电动机启动方法
三相异步电机的启动方法三相异步电动机的起动方法主要有直接起动、传统减压启动和软启动三种启动方法。
下面就分别做详细介绍。
2.2.1直接起动直接起动，也叫全压起动。
起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压（即全压）直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。
一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的3〜8倍，起动转矩为额定转矩的1〜2倍。
根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可以达到8〜12倍。
直接起动的起动线路是最简单的，如图2-2所示。
然而这种起动方法有诸多不足。
对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的起动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。
这是因为Ts及Tm均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使Ts及Tm均下降到低于Tz0一般情况下，异步电动机的功率小于7.5kW时允许直接起动。
如果功率大于7.5kW,而电源总容量较大，能符合下式要求的话，电动机也可允许直接起动。
I1st1：电源总容量（kv八）1K3I1N4起动电动总功率（kw）如果不能满足上式的要求，则必须采用减压启动的方法，通过减压，把启动电流Ist限制到允许的数值。
图2-2直接启动原理图2.2.2传统减压起动减压起动是在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。
减压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减小。
因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况。
传统减压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压起动的方法：(1)定子用接电阻或电抗起动定子绕组用电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。
由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组用电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。
三相异步电动机控制方式
三相异步电动机控制方式引言三相异步电动机是工业中常用的一种电动机类型，其控制方式多种多样。
本文将对三相异步电动机的控制方式进行全面、详细、完整地探讨。
直接启动控制方式直接启动是最简单、最常用的三相异步电动机控制方式之一。
它的原理是将电动机直接连接到电源，通过开关将电动机启动或停止。
直接启动控制方式的特点如下：1.简单易行：直接启动控制方式不需要额外的控制设备，只需要一个开关即可实现电动机的启动和停止。
2.能耗较高：由于直接启动时电动机的起动电流较大，所以会导致较高的能耗。
3.对电动机和电网冲击较大：直接启动时，电动机的起动电流会对电网造成较大的冲击，容易引起电网电压的波动。
磁力起动器控制方式磁力起动器是一种常用的三相异步电动机控制设备，它通过控制电磁铁的吸合和断开来控制电动机的启动和停止。
磁力起动器控制方式的特点如下：1.起动电流小：磁力起动器通过控制电磁铁的吸合和断开，可以减小电动机的起动电流，降低能耗。
2.对电动机和电网冲击较小：磁力起动器可以通过控制电磁铁的断开和吸合，减小电动机启动时对电网的冲击。
3.需要辅助设备：磁力起动器需要额外的控制设备，如热继电器、过载保护器等，以保证电动机的安全运行。
变频器控制方式变频器是一种能够调节电动机转速的控制设备，通过改变电源频率来改变电动机的转速。
变频器控制方式的特点如下：1.转速调节范围广：变频器可以实现对电动机转速的精确调节，转速范围广，适用于不同的工况要求。
2.节能效果好：变频器可以根据实际负载情况调节电动机的转速，减小能耗，提高能源利用效率。
3.控制精度高：变频器控制方式可以实现对电动机转速的精确控制，满足不同工况下的控制需求。
变频器控制方式的工作原理变频器控制方式通过改变电源频率来改变电动机的转速，其工作原理如下：1.电源输入：将电源输入变频器，变频器将电源的直流电转换成交流电。
2.逆变器输出：变频器通过逆变器将直流电转换成交流电，交流电的频率可以通过变频器进行调节。
三相异步电动机启动制动和调速
软启动器的工作原理简单，它通过软硬件方法，实时检测定子电流、 电压、功率因数或电动机的转矩值，经过计算得到一个准确的晶闸管 的移相角，使加在电动机上的电压或启动电流按某一规律变化（如斜 坡电压软启动、恒流软启动等），优化异步电动机的启动性能。软启
动器也可用PWM方式实现。
21
4.2 三相异步电动机的制动
复杂度 最简单
一般 简单 较复杂
适用性 电机小于7.5kW
任意容量，轻载 正常 ，频繁启动 大容量，大负载
15
Y
自耦变压器
3 1 k
改善结构
通过改变鼠笼式异步电动机的结构，既减小启动电流，又能获得较大 的启动转矩，即通过改变结构来改善电动机的启动性能。
1、增大转子电阻 这种电动机又称为高转差率鼠笼型异步电动机，其转子导条不用普通 的铝条，而是采用电阻率较高的铝合金（ZL-14），通过适当加大转 子导条的电阻来改善启动性能。
如同直流电动机一样，异步电动机制动的目的有两个： • 使传动系统迅速减速或停车； • 限制位能性负载的下放速度。
如果三相异步电动机的电磁转矩Te和转速n的方向相反，电动机便 处于制动状态。在制动状态下，电动机的电磁转矩起反抗旋转的作 用，为制动性转矩。
异步电动机的制动方法有：回馈制动、反接制动和能耗制动 。
n0 n s n0
n n0 (1 s)
1、直流电动机使用静差率，利用理想空载转速和转速（转速降）来
描述，它们都是转子的转速，是机械运动；
2、异步电动机使用转差率，利用旋转磁场的转速和转子的转速来描述， 同步转速非机械转速，也不是理想空载转速；
3、转差率与空载转速无关，更不能等同于转速降。
U L 3U P UL UP
三相异步电动机的的顺序控制
三相异步电动机的的顺序控制三相异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
它具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，因此被广泛采用。
在实际应用中，为了实现对三相异步电动机的控制，需要采用适当的顺序控制方式。
顺序控制是指按照一定的顺序依次进行各项操作，以实现特定的控制目标。
在三相异步电动机的顺序控制中，主要包括启动、运行和停止三个阶段。
首先是启动阶段。
三相异步电动机的启动方式有直接启动、自启动和星角启动等。
其中，直接启动是最简单的一种方式，通过将电动机的三个相线直接接入电源，即可实现电动机的启动。
自启动方式则是通过电动机本身的特性来实现启动，其主要包括自激转子和电容自激转子两种方式。
星角启动则是在启动过程中，先将电动机的绕组连接成星形，待电动机启动后再切换为三角形连接。
接下来是运行阶段。
在三相异步电动机的运行阶段，主要需要考虑电动机的转速控制和负载变化对电动机的影响。
转速控制可以通过改变电动机的电压、频率和极数等参数来实现。
一般来说，电动机的转速与电源的频率成正比，与电源的电压成反比。
此外，负载变化也会对电动机的运行产生影响，因此需要根据实际情况及时调整电动机的控制参数。
最后是停止阶段。
三相异步电动机的停止方式有正常停止和紧急停止两种。
正常停止是指通过逐渐减小电动机的电压和频率，使电动机逐渐停下来。
紧急停止则是在出现故障或紧急情况时，立即切断电动机的电源，以确保安全。
除了以上的基本顺序控制方式外，还可以根据具体的应用需求，采用其他辅助控制方式。
例如，可以通过接触器、继电器等元件来实现电动机的远程控制。
此外，还可以利用PLC等现代控制技术，实现更加复杂的控制策略。
总结起来，三相异步电动机的顺序控制是一种重要的控制方式，它包括启动、运行和停止三个阶段。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的启动方式，并结合转速控制和负载变化等因素进行调整。
同时，还可以根据需求采用其他辅助控制方式，以实现更加灵活和智能的控制。
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三相异步电机的起动方式及调速
综述
应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称电机。
把机械能转换为电能的电机，称为发电机；把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
电动机分为交流电动和直流电动机两大类。
交流电动机又分为单相的和三相的，异步的和同步的。
我公司使用的大部分为三相异步电动机。
所以我们这里只讨论三相异步电动机的相关问题。
一、三相异步电机概述
1、结构
三相异步电动机按转子结构不同分为笼型和绕线转子异步电机两大类。
生产上主要应用为笼型异步电机。
异步电动机由两个基本部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。
笼型异步电机的主要部件如图1所示
图1
a、定子
三相异步电机的定子由机座和装在机座中的定子铁心及定子绕组组成。
定子铁心由冲有槽的硅钢片叠成，片间涂有绝缘漆。
三相绕组是用绝缘铜线或铝线绕制成三相对称的绕组按一定规则连接嵌放在定子槽中。
按国标规定三相绕组始端以U1.V1.W1表示。
末端以U2.V2.W2表示。
这六个接线端引出至接线盒可以接成如下图2中所示的星形或三角形
图 2
b、转子
笼型转子绕组是在铁心槽内放置铜条，铜条两端焊接绕组形成如鼠笼型，故称为笼型转子，为简化工艺，小容量异步电机的笼型转子是用铝浇铸而成，称为铸铝转子
二、三相异步电机起动方式
对于容量的异步电动机，考虑到大小和性质不同的负载，及电网的容量，解决起动电流大起动转矩小的问题，采用不同的起动方式。
1.全压起动
全压起动又称直接起动。
就是利用开关或接触器将电机绕组直接接到额定电压的电源上。
直接起动的优点是起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。
为了能够利用这些优点，目前设计制造的笼型感应电动机都按全压起动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。
所以，只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩，起动引起的压降不超过允许值，就应该选择全压起动的方式。
尤其是消防泵等应急设备希望起动快，故障少，凡能采用全压起动者，均不应采用降压起动。
在工程实践中，直接起动可按下列经验公式核定 N Q
I I ≤N
H P P 443 I Q 为电机起动电流；I N
为电机额定电流；P N 为电机额定功率（KW ） P H 为电源总容量（KV ·A ）
直接起动的缺点为起动电流大，笼型感应电动机的起动电流一般为额定电流5~7倍，如果电动机的功率较大，达到可与为其供电的变压器容量相比拟时，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显著下降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其他电气设备的正
常工作。
2. 降压起动
对中、大型异步电机，可采用降压起动方法，以限制起动电流。
待电机起动完毕，再恢复全压工作。
但是降压起动的结果，会使起动转矩下降较多，所有降压起动只适用于在空载或轻负载情况下起动电机。
下面介绍几种常见的降压起动方法。
A.定子电路串接电阻起动
在定子电路中串接电阻起动线路，如图3所示。
起动时，先合上电源开关Q1，将Q2打到“起动”位置，电机即串入电阻R起动。
待转速接近稳定值时，将Q2打到“运行”位置，R被切除，电机恢复正常工作情况。
由于起动时，起动电流在R上产生一定电压降，使得加在定子绕组端的电压降低，因此限制了起动电流。
调节电阻R 的大小可以将起动电流限制在允许范围内。
图3
采用定子串电阻降压起动时，虽然降低起动电流，但也使起动转矩大大减小。
B. 星--三角降压起动
对于正常运行时定子绕组规定是三角形联结的三相异步电动机，启动时可采用星形联结，使电机每相所承受的电压降低，因而降低起动电流，待起动完毕，再接成三角形，这种方式为星--三角形降压起动。
接线原理线路如下图4
图4
注意：采用星--三角形降压起动，电网供给的电流下降为三角形联结直接起动时的1/3.
星--三角形起动转矩降低的倍数与电流降低的倍数相同，一般适用于500V以下，且正常运行时定子绕组为三角形联结低压电机。
常见的额定电压为380/220V的电机其表达为当电源线电压为380V时用星形联结，线电压为220V时用三角形联结。
所以，当电源线电压为380V时，这类电机就不能用此方法。
C. 自耦变压器降压起动
此起动方式是利用自耦变压器将电压降低后再加到电动机定子
绕组上，待转速接近稳定时再将电机接入电网。
原理图如下 图5
起动时，将开关打到“起动”位置，自耦变一次侧接入电网，二次侧接电动机定子绕组，实现降压起动。
当转速接近额定值时，将开关打到“运行”位置，则切除自耦变压器，电机接入电网全压运行。
自耦变压器的二次侧备有不同的电压抽头，例如QJ 型有三个，每个其输出电压也不同。
在电机容量较大或正常运行为星形时，并带一定负载起动的，可采用自耦降压起动，可根据负载。
选择合适饿抽头，获得所需起动电压和起动转矩。
我公司动力站中就有用自耦变压器起动的电机。
三、异步电机的调速
在生产中，为获得最高的生产率和保证产品加工质量，常要求生产机械能在不同的转速下工作。
这就需要调速。
如果采用电气调速， 就可以大大简化机械变速机构。
由异步电动机的转速表达式
()()s p
f s n n -=-=1601112 可知：要调节异步电机的转速，可采用改变电源频率f 1极对数p 以
及转速差s等三种基本方法来实现。
1、改变电源频率f1
由上式可见，当改变电源频率时，异步电动机的转速可以平滑的调节。
就可以实现异步电机的无级调速。
由于电网的频率时50Hz，因此改变频率f1需要专门的变频设备。
变频调速：有两种调速方式：1恒转矩调速f<f0 2恒功率调速f>f0 2、变极调速
当定子绕组的组成和接法不同时，可改变旋转磁场的极对数。
当电源频率恒定，电动机的同步转速N1与极对数成反比，所以改变电动机定子绕组的极对数，可以调节转速。
变极调速一般都是笼型转子。
笼型转子的极对数能自动的随着定子极对数的改变而改变，使定子、转子磁场的极对数总是相等。
3、改变转差率调速
改变转差率调速的方法有：改变电源电压，改变转子回路电阻，电磁转差离合器等。
1）改变电压U1调速，这种方法当转子电阻较小时，能调节速度的范围不大；当转子电阻大时，可以有较大调节范围，但又增大损耗。
所以这里不详细说明。
2）改变转子电阻调速，在一定的负载转矩下。
电阻越大，转速越低。
这种方法调整范围有限，主要应用于小型电动机调速。
3）电磁转差离合器调速，电动机和生产机械一般是用机械联轴器硬轴联接起来的。
电磁转差离合器就是一种利用电磁方法来实现调速
的联轴器。
电磁离合器是由电枢和感应子（励磁线圈与磁场）两基本部分所组成，这两个部分没有机械上的联接，都能自由的围绕同一轴心转动，彼此间的圆周气隙为0.5mm。
一般情况下电枢与电动机硬轴联接，由电机带动旋转，称为主动部分，其转速由异步电动机决定，是不可调的；感应子则通过联轴器与生产机械固定联接，称为从动部分。
当感应子上的励磁线圈没有电流通过时，由于主动与从动部分之间无任何联系，显然主动轴以转速N1旋转，但从动轴不动，相当于离合器脱开。
当通入励磁电流时，建立了磁场，形成了磁极。
使得电枢与感应子之间有了电磁联系。
当二者之间有相对运动时，便在电枢铁心中产生涡流，电流方向由右手定则确定。
根据载流导体在磁场中受力作用原理，电枢受力作用方向由左手定则确定。
但由于电枢已由电动机拖动，根据作用与反作用力大小相等方向相反的原理，该电磁力形成的转矩使感应子连同负载沿着电枢同方向旋转，将电动机转矩传给负载。
电磁调速异步电机有结构简单，可靠性好，维护方便等优点。