ch6_三相异步电机的起动、调速和制动
任务2.3 三相异步电动机的启动、反转、调速与制动
一、三相异步电动机的启动 1.三相鼠笼式异步电动机的启动 (1)直接启动 直接启动一般只用于小容量的电动机(如7.5kW以下电动机)， 对较大容量的电动机，电源容量又较大，若电动机启动电流倍数 KI、容量和电网容量满足以下经验公式：
则电动机可采用直接启动方法，否则应采用降压启动。
②三相鼠笼式异步电动机变极调速 按图2-54所示接线。把开关QS合向图2-53所示的右边，使电动 机为Δ接法(四极电动机)。接通交流电源(合控制屏上启动按钮)，调 节调压器，使输出电压为电动机额定电压220伏，并保持恒定，读 出各相电流、电压及转速。 把QS合向左边(YY接法)，并把右边三端点用导线短接。电动 机空载启动，保持输入电压为额定电压，读出各相电流、电压及转 速，将数据记录于表2.17中。
(2)降压启动 当电动机容量较大，不允许采用全压直接启动时，应采用降压 启动。 三相鼠笼式感应电动机降压启动方法有：Y—△降压启动、自 耦变压器降压启动、延边三角形降压启动等。 ①Y—△换接降压启动 其原理接线图如图2-41所示。 Y—△换接降压启动设备简单，成本低，操作方便，动作可靠， 使用寿命长。目前，4~100kW异步电动机均设计成380V的△形连接， 此启动方法得到了广泛应用。
(2)转子串频敏变阻器启动 绕线式异步电动机采用转子串接电阻启动时，若想启动平稳， 则必须采用较多的启动级数，这必然导致启动设备复杂化。为了 解决这个问题，可以采用频敏变阻器启动。因为频敏变阻器的等 效电阻Rp是随频率f2的变化而自动变化，它相当于一种无触点的变 阻器，在启动过程中，它能自动、无级地减小电阻，使启动过程 平稳、快速。 二、三相异步电动机的反转 前面讲过，只要把从电源接到定子的三根端线，任意对调两 根，磁场的旋转方向就会改变，电动机的旋转方向就随之改变。 特别注意：改变电动机的旋转方向，一般应在停车之后换接。 如果电动机正在高速旋转时突然将电源反接，不但冲击强烈，而 且电流较大，如无防范措施，很容易发生事故。
三相异步电动机的起动与调速控制及故障处理
三相异步电动机的起动与调速控制及故障处理三相异步电动机，以其结构简单，运行可靠，价格低廉，制造方便，极为广泛的应用于各行各业。
根据转子绕组结构的不同，可分为笼型转子和绕线型转子，它们的运行特性和调速方法有着很大的不同。
标签：起动方式；调速；故障原因；处理方法1 三相异步电动机的起动方式1.1 笼型异步机直接起动该方法是，将异步机直接接到具有定子额定电压的电源上，优点：起动转矩大，起动时间短，操作控制设备简单。
缺点：起动电流大（一般是电机额定电流4～7倍）。
如果电网的容量不是很大，则会影响同一电网上，其他电气设备的工作。
另外，过大的起动电流，使电机和线路上的损耗增加，尤其是起动时间漫长，起动频繁损耗更大，电机发热更严重。
所以当启动电流引起电网的电压降超过15%时，应该采用其他方法限制起动电流。
1.2 笼型机减压启动该方法是将异步机定子端电压降低，由于，起动电流和定子端电压成正比，故起动电流下降。
但是异步机的转矩和定子端电压的平方成正比，所以转矩下降很多。
故只适用于对启动转矩要求不高的场合。
1.2.1 △-Y降压启动该方法是，将运行时定子绕组三角形联接的异步机，在起动的时候接成星形，待电机转速稳定后，再改为三角形运行。
起动电流为直接起动的1/3，转矩是直接起动的1/3。
本方法只适用于：运行时三角形链接额定电压380V的电动机。
1.2.2 自耦变压器降压启动起动时将电源接到变压器的高压侧，电动机接到变压器的低压侧，根据所需的启动转矩和容许的起动电流的大小，选择变压器低压侧的抽头，起动完毕后，将自耦变压器切除，电机全压运行。
优点：不受电动机定子绕组接线方式的限制。
缺点：启动设备比较昂贵。
1.3 绕线转子异步机的起动A转子回路串电阻起动B转子回路串频敏变阻器起动起动时在转子回路中串入适当的电阻，可以使转子回路的功率因数提高，有功电流分量增加，从而提高启动转矩同时限制起动电流，并且可以让电机以最大转矩起动。
电机学第7章 三相异步电机的起动、调速与制动
第六章三相异步电机的起动、调速与制动第一节异步电动机起动性能要求异步电动机的转速从零加速到稳定运行转速的过程，称为起动。
衡量异步电动机起动性能的好坏主要从起动电流、起动转矩、起动过程的平滑性、起动时间及经济性等方面来考虑，其中最主要的是起动电流和起动转矩的大小。
12014/11/13仅供学习使用一、起动电流不能太大异步电动机起动时n =0，s =1。
由简化等效电路可知，刚起动时的转子电流为k s Z U X X R R U I 12212211)()(='++'+=可见，起动电流很大，较大的起动电流造成的影响如下：1）对供电变压器和其他负载的影响2）对电动机本身的影响22014/11/13仅供学习使用二、要有足够的起动转矩起动转矩可用转矩的物理表达式说明。
221cos ϕI C T T Φ=起动转矩不是很大。
异步电动机起动时电流和转矩的特性曲线如图14-1中曲线1、2所示。
起动时, ,远大于运行时的,转子漏抗很大, 很低,尽管很大,但并不大.1=s s 22sX X s =2cos ϕ2I 22cos ϕI 由上述两个原因使得起动转矩不大由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小.32014/11/13仅供学习使用电动机起动时，要求起动转矩大于等于负载转矩的1.1～1.2倍，即T s ≥（1.1～1.2）T L ，电动机才能正常起动。
如起动转矩不足，将使起动时间拖长，由于起动电流大，起动时间长将使电动机绕组严重发热，降低电动机的绝缘寿命，对于重载起动将遇到困难。
为此，必须采取人为措施改善其起动性能。
异步电动机的起动方法：直接起动降压起动绕线式异步电动机的转子串电阻起动。
起动要求：①起动电流尽量小，以减小对电网的冲击；②起动转矩尽量大，以缩短起动时间；③起动设备简单，可靠。
42014/11/13仅供学习使用第二节笼型转子异步电动机的起动一、直接起动三相异步电动机直接起动是指电动机直接加额定电压，定子回路不串任何电器元件时的起动。
三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速
三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速发表时间：2009-08-19T17:01:35.607Z 来源：《赤子》2009年第12期供稿作者：周鹏飞（内蒙古满洲里扎赉诺尔煤业公司灵泉矿，内蒙古满洲里[导读] 目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。
摘要：阐述了异步电动机结构，运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。
就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动、制动、调速等技术问题。
关键词：三相异步电动机；电力拖动；机械特性；启动；制动；调速异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。
尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。
目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。
就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动，制动、调速等技术问题。
1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。
由于转速n与转差率S有一定的对应关系，所以机械特性也常用Tem＝f（s）的形式表示。
三相异步电动机的电磁转矩表达式有三种形式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式。
物理表达式反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，说明了电磁转矩是由主磁通和转子有功电流相互作用而产生的。
参数表达式反映了电磁转矩与电源参数及电动机参数之间的关系，利用该式可以方便地分析参数变化对电磁转矩的影响和对各种人为特性的影响。
实用表达式简单、便于记忆，是工程计算中常采用的形式。
电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好。
三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，以最大转矩（或临界转差率）为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区。
三相异步电动机的起动、调速和制动
较复杂，有三 种抽头可选
12.2
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
深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布
起动时，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 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“挤”到了槽 口部分(即趋肤效应)，其电流密度分布如图12－ 7(b)所示。其效果就相当于转子导体的有效截面 减小，电阻增大，从而增加了起动转矩又限制了 起动电流。 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 取决于电阻，故转子导条电流近于均匀分布(趋肤 效应消失)，相当于使转子绕组电阻自动减小，改 善了运行性能。
图12－5 自耦变压器起动线路
图12－6 自耦变压器降压起动时的一相电路
自耦变压器起动参数关系：
U N2 k U N N1
I st k2 I st U I st k I st U N
Tst U 2 k Tst U N
2
N2 I st k N1 I st
1、直接起动 直接起动是利用刀闸开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 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
2 2 r x U1 k k k 2 2 UN rk ( x xk )
f1
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。
异步电动机的起动、调速与制动.
9、异步电动机的起动与调速1. 异步电动机的电磁转矩三相异步机转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和，称为电磁转矩 M ：22cos ϕI ΦC M m T = （牛顿米） T C ：结构常数； m Φ：每极磁通；2I ：转子电流；2cos ϕ：转子电路功率因数必须指出：M ∝U12的关系并不意味着电动机的工作电压越高，电动机实际输出的转矩就越大。
电动机稳定运行情况下，不论电源电压是高是低，其输出机械转矩的大小，只决定于负载转矩的大小。
换言之，当M ＝ML 时，电动机稳定在某一速度下运行；若M>ML 时，电动机加速运行；在M<ML 时，电动机将做减速运行或者直至停转。
For personal use only in study and research; not for commercial use)2.2~8.1(N m m ≈=M M λλm 是电机的过载系数，反映了其过载能力。
Sm 称为临界转差率，对应电动机的最大转矩Mm 。
λm 是电机的过载系数，反映了其过载能力。
2.异步电动机的机械特性M m M sMM N M 反D E n M 0n N n 0A B C 同步转速额定转速最大转矩起动转矩额定转矩负载阻转矩电动机的转速随输出转矩的变化而变化的关系曲线称为机械特性。
D 点是电动机的额定工作点。
对应的转矩是额定转矩；对应的转速是额定转速。
AB 段是稳定运行段。
电动机随着负载的增加而转速略有下降；随负载的减少而转速略有上升（E 点）电动机若要迅速起动起来，起动转矩Mst 必须大于转轴上的负载阻转矩M N 。
BC 段始终处于不稳定的过渡状态。
N N S st )2.2~4.1(M M M ≈=λ式中λS 称为起动能力（系数）。
异步电动机的额定转矩公式N2N N 3N 2N 2NN 955060210n P n P P M =⨯==πω 当常数为9550时，P 2N 的单位是千瓦【KW 】；若常数为9.55时，P 2N 的单位用瓦【W 】。
三相异步电动机的启动、调速、反转与制动-文档资料
~3
14
2、反接制动 ：电源 两相反接反接制动
AB C
把与电源相连接的三根火线任意两根的位置 对调 ，使旋转磁场反向旋转.
电动机由于惯性仍在运转。
转子导体切割反向旋转磁场感应电流，载流导
体受到与转子惯性方向相反的电磁力使电机迅
M
速停转。
~3
sn1nn1n1
n
n1
电源两相反接的反接制动的优点是制动效果好，缺点是能耗大，制动
绕线式异步电动机的启动性能和调速
性能都优于鼠笼式异步机，但其结构复
杂，维修不易且造价较高。
12
三、 三相异步电动机的反转
13
四、 三相异步电动机的制动（刹车）
电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停 下来。为了提高生产效率及安全，采用一定的方法让高速 运转的电动机迅速停转，就是所谓的制动。
任务一、认识交流异步电动机 任务二、三相异步电动机的启动、调速、反转与制动
3
任务二、三
1、能分析交流电动机的启动、制动和调速过程 2、能根据使用的类型和场合选择交流电动机
知识目标：
1、掌握三相交流异步电动机的启动(start-up)方法与过程 2、掌握三相交流异步电动机的制动(apply the brake)方法与过程 3、掌握三相交流异步电动机的调速 (timing)方法
U1 W1 VQ1S2
W2 V2 U2 Y启动时，绕组尾端连成一点
8
例2： 三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子
绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7， 求： （1）接法时的启动电流Ist
（2）若启动时改为Y接法，求 Ist Y
解： （1）Ist =7 IN =720=140A （2） Ist Y = Ist /3=140/3=47A
三相异步电动机的起动、调速和制动
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
起动电阻
定子
转子
R
R R
•
电刷
滑环
起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
1）、转子串电阻起动
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
2）、转子串频敏变阻器起动
Z
W1
V2 V1
U2
起动
正常运行
降压起动时的电流 为直接起动时的 1
3
I lY 1 I l 3
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 (2) Y－ 起动
U V W QS1 FU
U1 V1
W1 △ (运行) QS2
U2 V 2
W2
Y(起动)
Y-△起动线路图
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 (2) Y－ 起动
M 3~
直接起动线路
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动
能否直接起动的经验公式：
I st 3 供电 变压 器容 量 ( KVA) IN 4 4 电动 机容 量KW ) (
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 其目的就是要减小起动电流， 但同时也限制了起动转矩，因此 只适用于轻载或空载情况下起动。
注意： 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。
即切割磁力线的速度很大，造成 I 2 ，引起 I 1 。
为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。
三、三相异步电动机的制动 4.发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的 电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进 入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。
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4
三相异步电动机的起动-降压起动
星----角起动(Y－
起动)
正常运行为△联结 3 ~优点：成本低，体积小， UN 维修方便 2， T Sst 缺点：T U 1 stY = Tst / 3，比值固定 FU 运行 应用场合：轻载起动
X A Z
B Y C Y 起动
S2
定子相电压比 U1PY UN 3 = 1 = UN U1P△ 3 定子相电流比 I1PY U1PY 1 = = I1P△ U1P△ 3 起动电流比 I1PY IstY 1 = = 3 I1P△ 3 Ist△ 起动转矩比 U1PY 2 1 TstY = =( ) 3 Tst△ U1P△
Tst、Tm Ux2 sm、n0与Ux无关
sm
' R2 ' 2 R12 ( X 1 X 2 )
对电动机运行的影响
' m1 ' 2 R2 T I2 TL 0 s
负载不变稳态时T不变
2 Ux m1 Tm 0 2 R R 2 ( X X ' ) 2 1 1 2 1
全压起动
小功率电动机，满足
S电源 I st 1 K1 3 I1 N 4 S st
3
三相异步电动机的起动-降压起动
目的：起动过程降低定子电压 电抗器起动：定子回路串接三相电抗器 3~
S1
FU
RS S2
优点：起动平稳，运行可
M 3~
起动 运行
靠，构造简单 缺点：Tst U2，减少 应用场合：轻载起动
三相绕组的联结法
星形串联星形并联：2p p
角形串联星形并联：2p p
13
三相异步电动机的调速-变频调速
3~ 50 Hz
整流电路
直 流 逆变电路 控制 电路
基频：异步电机的额定频率 基频以下
基频以上
U、f 可 变
M 3~
14
15
6.3三项异步电动机的制动
反接制动 回馈制动 能耗制动
Tst
漏电抗小
增大
电阻大 漏抗小 电阻小 漏抗大
上笼 （外笼） 下笼 7 （内笼）
↑
漏电抗大
↑
电流密度
三相异步电动机的起动-软起动
转起动器：采用先进电子器件组成自动控制线路控 制定子电压、电流或转矩，实现无级平滑起动
限流或恒流起动：用电子软起动器实现起动时限制电动机
起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动 斜坡电压起动：用电子软起动实现电动机起动时定子电压 由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动 转矩控制起动：用电子软起动实现电动机起动时起动转矩 由小到大线性上升，平滑性好，能够降低起动时的电网冲 击，是较好的重载软起动方法 电压控制起动：用电子软起动器控制电压以保证电动机起 动时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法
M 3~ O KM TL
R2 R2+Rr T
TM
Rr
(1) 调速方向 n (2) 调速范围较小
11
三相异步电动机的调速-变p调速
有级调速：极对 方式：改变定子绕组联结法
数成倍变化，同ห้องสมุดไป่ตู้步转速成倍变化
顺接串联 2p = 4
反接串联 2p = 2
并联联结 2p = 2
12
三相异步电动机的调速-变p调速
8
6.2 三相异步电动机的调速
变极调速(变p，有级调速) 变频调速(变f1，无级调速) 能耗转差调速(变s，无级调速)
60 f1 n n1 (1 s) (1 s) p
9
三相异步电动机的调速-变s调速
调压调速
对机械特性的影响
2 ' Ux R2 / s m1 T ' ' 2 0 ( R1 R2 / s) 2 ( X 1 X 2 ) 2 ' Ux R2 m1 Tst ' 2 ' 2 0 ( R1 R2 ) ( X1 X 2 )
定子起动电流 IP)下降KA倍 3~ ( U
N
Tsta
(
UN
)
A
6
三相异步电动机的起动-高堵转转矩
针对笼形电动机起动电流与起动转矩的矛盾 目的：起动时，阻抗大，限制电流； 稳定时，阻抗小，限制损耗
集肤效应
深槽异步电机：起动时导条等效面积减小，R2， 双笼形电机：外笼为起动笼，内笼为工作笼
三相异步电机的起动、调 速和制动
沈阳航空航天大学自动化学院 2014年
目 录
6.1 三相异步电动机的起动 6.2 三相异步电动机的调速 6.3 三相异步电动机的制动 6.4 小结
2
6.1三相异步电动机的起动(笼形)
起动指标
起动转矩足够大： Tst ≥(1.1 ~ 1.2) TL 起动电流不超过允许范围 大 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载工作 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热
16
6.4 小结
异步电机的起动
常用方法基本原理 降压起动
异步电机的调速
变压调速
变频调速
异步电机的制动
常用方法基本原理
17
5
三相异步电动机的起动 -降压起动 优点
自耦变压器减压起动 ；电网电流下降KA2倍 定子相电压、相电流比 可改变二次绕组抽头位置 S1 降压比 UP IP ，满足不同负载 = KA = FU UN IaP 缺点 2，起动转矩也下降 T U st 电源起动电流比 KA2倍 KAIP IPst 2 体积大，价格高，需维护 = K = S2 A I I1st aP 应用场合 起动 a 起动转矩比 容量较大或不能采用Y - TA M 起动的鼠笼式电动机 UP 2 Tst = = K 2 3~
sN sx
1 '2 1 I2x sN sx s I 电机不能连 续长期运行
'2 I2N
TN
10
sm Tm
' R2 ' 2 R12 ( X 1 X 2 ) 1
三相异步电动机的调速-m 变s调速U
2 x
0 2 R R 2 ( X X ' ) 2 1 2 转子串接电阻调速(绕线型异步电机 1 ) 1 3~ n n0