三相异步电动机的制动特性
三相异步电机的制动
摘要近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。
由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。
电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。
电机的控制包括电机的起动、调速和制动。
异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。
据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。
当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。
异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。
因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。
电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。
本文是对三相异步电动机做出深入的剖析与设计。
三相异步电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种.本设计在介绍三相异步电动机中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律详细的加以说明和介绍。
文中主要介绍了几种常用的制动方式的特点，对不同制动方式进行了技术比较，分析了他们各自的实用场所，为实际应用提供了科学的理论依据。
关键词：三相异步电动机结构制动方式前言电动机是把电能转换成机械能的设备。
近几十年随着科技的发展电动机在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，被广泛地应用着。
随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。
此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。
三相异步电动机的制动特性
三相异步电动机的制动特性常见的三种制动方式：能耗制动反馈制动反接制动1.能耗制动特性异步电动机的反接制动用于精确停车有肯定的困难，由于它简单造成反转，而且电能损耗也比较大；反馈制动虽然是比较经济的制动方法，但它只能在高于同步转速下使用；而能耗制动却是比较常用的精确停车的方法。
原理图如下：进行能耗制动时，首先将定子绕阻从三相电流电源断开（1KM打开），接着马上将一抵押直流电源统入定子绕阻（2KM闭合）。
直流电流通过定子绕阻后，在电动机内部建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统存储的机械能维持下连续旋转，转子导体内就产生感应电势和电流，该电流于恒定磁场相互作用产生作用方向于转子实际旋转方向相反的制动转矩，在它的作用下，电动机转速快速下降，此时运动系统贮存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电阻中。
2.反馈制动特性由于某种缘由异步电动机的运行速度高于它的同步速度，异步电动机就进入发电状态。
反馈制动时，电机从轴上吸取功率后，一部分转化为转子铜耗，大部分则通过空气隙进入定子，并在供应定子铜耗和铁耗后，反馈给电网，所以，反馈制动又称发电制动。
原理图：反馈制动运行状态的两种状况：1.负载转矩为位能性转矩的起重机械在下放重物时的反馈制动状态；2.电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转速突然降低时的反馈制动运行状态。
3.反接制动特性电源反接假如正常运行时异步电动机三相电源的相序突然转变（电源反接），这就转变了旋转磁场的方向，电动机状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2。
但由于机械惯性的缘由，转速不能突变，系统运行点a只能平移至特性曲线2至b点，电磁转矩由正变负，则转子将在电磁转矩和负载转矩的共同作用下快速减速。
倒拉制动倒拉制动消失在位能负载转矩超过电磁转矩的时候，例如起重机下放重物，为了使下降速度不致太快，就常用这种工作状态。
三相异步电动机连续控制电路
三相异步电动机连续控制电路一、引言三相异步电动机是工业生产中最常用的电动机之一。
它具有结构简单、使用可靠、运行平稳等特点，被广泛应用于各种机械设备中。
在实际应用中，为了满足不同的工艺要求和实现自动化控制，需要对三相异步电动机进行连续控制。
本文将介绍三相异步电动机连续控制电路的相关知识。
二、三相异步电动机基础知识1. 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子上布置着三个对称排列的同心圆形线圈，称为定子绕组。
转子上也布置着类似的线圈，称为转子绕组。
当通过定子绕组通以交流电时，在定子内形成旋转磁场，磁场旋转速度等于供电频率除以极对数。
由于转子中也存在磁场，因此在磁场作用下，转子会受到一个旋转力矩，并随着旋转磁场而旋转。
2. 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机具有以下运行特性：（1）起动特性：三相异步电动机的起动需要通过一定的方法来实现，常用的方法有直接启动、降压启动和星-三角启动等。
（2）空载特性：当三相异步电动机处于空载状态时，其转速会略高于额定转速。
（3）负载特性：当三相异步电动机处于负载状态时，其转速会下降，但不会低于额定转速。
三、三相异步电动机连续控制电路1. 三相异步电动机连续控制原理三相异步电动机连续控制是指通过改变电源对电机的供电方式和供电参数，来实现对电机的运行状态进行调节。
常用的控制方式有调速、正反转和制动等。
其中调速是最常见的一种控制方式。
2. 三相异步电动机调速控制原理调速是通过改变供电频率或改变供电电压来实现对三相异步电动机转速进行调节。
常用的调速方法有变频调速和降压调速两种。
（1）变频调速变频调速是指通过将交流供电源经过整流、滤波、逆变等处理后，得到一个可变频率、可变幅值的交流输出，从而实现对电机转速的调节。
变频调速的优点是调速范围大，控制精度高，但成本较高。
（2）降压调速降压调速是指通过改变电源对电机的供电电压来实现对电机转速的调节。
常用的降压调速方法有自耦降压启动、稳压变压器降压启动和可控硅降压启动等。
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
三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性word版本
精品文档三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性一、实验目的了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二、预习要点1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。
2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三、实验项目1、测定三相线绕式转子异步电动机在R=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。
S2、测定三相线绕转子异步电动机在R=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。
S3、R=36Ω，定子绕组加直流励磁电流I=0.36A及I=0.6A时，分别测定能耗制动状态下的机械特21S性。
四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D51 D34-2 、精品文档．精品文档1S2I1A4R3*U*SW21RV s1V R s I1WAWR12s**A2R12'1'I a I f＋源＋R V2电UGMV组机0a源2枢2V绕电电20电－磁流磁2 2励直励－图6-2 三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图3、R=0时的反转性状态下机械特性、电动状态机械特性及再生发电制动状态下机械特性。
S用编号接线，图中M用编号为DJ17的三相线绕式异步电动机，U=220V,Y接法。
MG(1)按图6-2N 合在左S合向左边1端，、S选用D51挂箱上的对应开关，并将S为DJ23的校正直流测功机。
S、S21213、串上四只900Ω180Ω阻值加上R3、R5R边短接端（即线绕式电机转子短路），S合在2'位置。
选用R2的13上R7选用1800Ω阻值，RMET01电源控制屏上两只联再加R1300Ω并联共4430Ω阻值，R选用R1上S2，交流电500V200mA，V的量程为的量程为36Ω的电阻，R暂不接。
直流电表A、A5A，A量程为23243 A量程为3A。
的量程为表V500V，11的定子绕组接成星形的情况下。
M2'位置，端，(2)确定S合在左边1S合在左边短接端，S合在312阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。
三相异步电动机电容制动机械特性的计算
１ 机械特性 的计算公式
归算到 ５ 赫） ， ０ 后 再由磁化 曲线求得 太小才 是正 确 的． 由于等值 电路 中忽略 了励 磁 电阻 ，
故 Ｉ 一的相 角可认 为滞后 一Ｅ９ ｘ０度 ． 接 着可 由下式 计算 转子 电流 一Ｉ ２
一
Ｉ＝Ｉ —Ｉｘ ２ ｌ ｍ
（） ３
如果在计算开始时假定 的 ｕ 的大小是正 确的 ， 由计算所得 的电压、 则 电流值求得等值 电
三相 异 步 电动 机 电容 制动 机械 特 性 的计 算
蔡兴伦
（ 龙 江林 业职 业技 术学 院 黑
三 相 异 步 电动 机 电容 制 动 ， 一 种节 约 电 是 能， 可靠 实 用 的制 动 方 法 ， 文 以异 步 电动 机 的 本 等值 电路 为依 据 ， 推导 一种 电容制动机 械特 性 的 计算方 法 ， 以期 在实践 中指 导 制动 电容 与制 动 电 阻的选 择 ．
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参
考
文
献
１ 胨惠开著 ． 冯世常译 ． 有源 网络与反馈放 太器理论 北京 ： 科学出版社，９ ７ １８ ２ 陈 屏 ． 态 变量 法 及 其 应 用 ， 京 ： 子 工 业 出版 社 ，９ ４ 状 北 电 １ ７
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蝙辑 ： 司徒 琳 莉
Ｔ●●＿ １
为了可靠地建立电压应使电容线与空载特性曲线有明显的交点10lo68在自励发电制动过程中电机的频率f1随转速的降低而逐渐减小当ft减小时在给定励磁电流条件下端电压将与频率成正比在自励发电制动过程中电压的降低程度要比频率的降低程度为大为了减小自励发电制动的临界转速以增大制动效果白励发电制动时的电容量一般要取8式计算所得的34倍即
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
三相异步电动机的回馈制动
D
C
n1
n>n1
发电
制动
T2 0
电动运行
B
转矩T
A
4 回馈制动
4.2 风轮驱动的三相异步电机双馈发电系统
工作原理
电网三相电 源为异步电 机建立旋转 磁场n1
风扇经变速 箱驱动异步 电机转子旋 转n
转子切割旋 转磁场产生 交变电压
由于n>n1， 定子电流反 向直接回馈 电网
交变电压通 过集电环、 电刷变频变 压送给电网
《电机拖动与控制》课程
三相异步电动机的回馈制动
4 回馈制动
4.1 回馈制动的特点
回馈制动的涵义
TN TS
电动机在外力（如提升机高速下放重物）和电磁转矩Ts的共同作用下，按重
力方向运动并加速，电动机特性从A—B—C变化，最终转速超过磁场的同步
n
速n1，电流和转矩的方向都发生了变化，最终电磁转矩曲线回顾一下异步电动机的三种制动状态
发电制动
能耗制动 电源反接制动
B
C D
转速n
n1
A
电动运行
E
-n1
转矩 T
倒拉反接制动
谢谢观看
THANKS YOU
转速稳定在D点。此时电动机将外力机械能转变为电能馈送电网，所以称回
馈制动。
下
放
构成条件 特点
应用
外力（风力或重力）作用下电动机转速n>同步转速n1
方法简单，无需改变电路； 需要特殊的外部条件，超同步速运转； 外部动能通过电动机转化为电能回馈电网，是一 种稳定的运行状态。
多用于高速下放重物的场合
转速 n
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1、 电源反接制动 如果正常运行时异步电动机三相电源的相序突然改变，即电 源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动机状态下的机械特性 曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2，如图所示。 由于反接制动时电流很大， 因此鼠笼式电动机应在定子电 路中串接电阻；线绕式电动机 则应在转子电路中串接电阻， 这时的人为机械特性如图 4.38 的曲线 3所示，制动时工作点 由 a点转换到 d点，然后沿特性 3减速，至 n = 0（e点），切断 电源。
60 50 750 r/min； 低速运行时为8极（2p=8） n02 4
如图所示
二、反接制动
1、电源反接 串接电阻的原因：防止过大的电流，另一方面，使制动转矩 增大。 2、倒拉反接制动 场能：倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩的时 候。 制动缺点：电阻上消耗的能量大、准确停车困难、若要下降 重物，如果电阻值选得不当，将仍保持以前的上升趋势。
5．6 三相异步电动机的制动特性
异步电动机和直流电动机一样，亦有三种制动方式：反馈制动、 反接制动和能耗制动。
一、反馈制动 由于某种原因异步电动机的运行速度高于它的同步速度，即 n>n0，S=(n0-n)/n0<0，异步电动机就进入发电状态。
反馈制动时，电机从轴上吸取功率后，一部分转换为转子铜耗， 大部分则通过空气隙进入定子，并在供给定子铜耗和铁耗后，反馈 给电网。 反馈制动的机械特性是电动状态机械特性是第一象限向第二象 限的延伸或第三象限向第四象限的延伸，如图所示。
解：（1）从额定数据知，定子绕组额定相电压为220V，当电 源电压为220V时，电动机正常运行时定子绕组应接成三角形， 所以，可以采用Y-Δ降压启动。 但如果电源电压为380V时，此电动机是不能采用Y-Δ降压启 动的。 （2）用Y-Δ降压启动时的启动电流 1 Ist Y Ist Δ / 3 6.5 11 A 23.83 A 3
TstY 此时的启动转矩 Tst Δ 1 1 PN 1.8TN 1.8 9550 3 3 3 nN 1 3 1.8 9550 N m 6.01N m 3 2860
因启动的必要条件是Tst＞TL，所以它能启动的最大负载转 矩TLmax为6.01N· m。
2 2
A 40A
可见，电动机启动时的电流是额定转速下电流的6倍多。
例5-7 一台三相异步电动机，其额定数据如下：
PN=3kW，UN=220/380V，nN=2860r/min， IN=11.0/6.37A，Ist/IN=6.5，Tst/TN=1.8， Tmax/TN=2.2。试求： （1）电源电压为220V时，能否采用Y-Δ降压启动？ （2）用Y-Δ降压启动时的启动电流为多少？它所能启动的最 大负载转矩为TLmax多少？ （3）若运行时的转速n＜nN，试问此时负载转矩与额定转矩 相比，其大小如何？ （4）若运行时负载转矩TL＞2.2TN，此时将会出现什么现象？
nN=1440r/min，转子电阻R（1）电动机的同步转速n0； （2）电动机启动时的转子电流I2st； （3）电动机在额定转速时的转子电动势的频率f2N； （4）电动机在额定转速的转子电流I2N。 解： （1）电动机的同步转速
1）负载转矩为位能性转矩 的起重机械在下放重物时的反馈 制动运行状态。
2）电动机在变极调速或变 频调速过程中，极对数突然增多 或供电频率突然降低，使同步转 速n0 突然降低时的反馈制动运 行状态。
例如，某生产机械采用双速电动机拖动。
60 f 60 50 1500 r/min； 高速运行时为4极（2p=4） n01 p 2
SN n 0 nN 1500 1440 0.04 n0 1500
故 f 2 N SNf 1 0.04 50Hz 2Hz （4）电动机在额定转速时的转子电流
I 2N SNE 20 R (SN 20)
2 2 2
0.04 20 0.02 (0.04 0.08)
2、 倒拉反接制动
三、能耗制动 异步电动机能耗制动的原理线路图一般如图所示。
5.1 三相异步电动机的工作原理
对称三相绕组 通入对称三相电流
三相交流电能
旋转磁场 (磁场能量)
转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用
转子绕组中 产生 e 和 i
磁场绕组切 割转子绕组
转子旋转起来
输出机械能量
机械负载 旋转起来
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（一）旋转磁场
（1）旋转磁场的产生
图 6.2.2 二极旋转磁场
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异步电动机的结构
图 6.1.1 三相笼式异步电动机的部件图
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四.例题分析
例5-2: 一台三相异步电动机，电源频率f1=50Hz，额定转速
（3）因n＜nN，可从机械特性上看出电动机的负载转矩比额定 转矩大。或者说，负载转矩的增加会引起电动机转速的下降。
（4）因电动机的最大转矩Tmax=2.2TN，若负载转矩TL＞ 2.2TN，即Tmax＜TL，则电动机带不动负载而导致停转，即处 于堵转状态，电流会剧增。
n0 60 f 1 60 50 r / min 1500r / min p 2
（2）电动机启动时的转子电流
I 2 st E 20 R X
2 2 2 20
20 0.02 0.08
2 2
A 242.5 A
（3）电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N 因在额定转速下，电动机的转差率