交流电机的起动和制动方式
交流电机的起动和制动方式课件
——母线额定电压，Kv; ——母线其它负荷的无功功率，Mvar; ——母线其它负荷，MVA； ——母线其它负荷的功率因数； ——电动机起动时的母线电压相对值； ——电动机起动时的端电压相对值 ——线路电抗，Ω，计入电阻后，铝线取 ，铜线取 ——线路单位长度的电抗，Ω/km,高压电缆或低压电线 穿管取0.08，低压电缆取0.07，架空线路取0.35； S——导线或电缆芯的截面mm2； L——线路长度，km。
27输出特性
起动电压Us 在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加。当软起动器的输出电压较小时，电机力矩小于负载的静磨擦力矩，不能使负载转动。随着输出电压的不断增大，电机力矩克服了负载的静磨擦力矩，使负载开始转动。 QB3软起动器在起动时提供一个初始的起动电压Us,可以将Us调节到大于负载的静摩擦力矩，使负载能立即开始转动。 起动力矩由电位器（20~70%）
35.1.2降压起动时应满足下列条件：
5.1.3制动方式除机械制动（包闸）外，电气制动有三种：（1）能耗制动，定子绕组通直流，产生制动力矩；（2）反接制动，定子绕组电源相序反接产生制动力矩，冲击大，因为有2倍电压。（3）再生制动，位能负荷或逆变状态，使电机在发电状态下产生制动力矩。
45.1.3制动方式除机械制动（包闸）外，电气制动有三种：
55.2笼型电动机起制动
1）电动机与低压母线直接相连；2）电动机起动电流倍数Kiq=7；额定功率因数cos e=0.85；效率=0.9；3）变压器的其它负荷为Sfh=0.5Sb，cos fh=0.7；或Sfh=0.6Sb, cos fh=0.8(由这两种情况计算出的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一种情况时的计算值)；4）变压器高压侧的短路容量Sdl=50Sb,Sb为变压器额定容量。
电力拖动自动期末考试试题
电力拖动自动期末考试试题一、选择题（每题2分，共20分）1. 电力拖动系统中，电机的额定功率是指：A. 最大功率B. 持续功率C. 瞬时功率D. 峰值功率2. 以下哪项不是电力拖动系统的基本组成部分？A. 电机B. 控制器C. 传动装置D. 传感器3. 直流电机的励磁方式主要有：A. 并励B. 串励C. 复励D. 所有选项都是4. 交流电机的启动方式不包括：A. 直接启动B. 星-三角启动C. 变频启动D. 反接制动启动5. 电机的调速方式中，以下哪种方式不适用于交流电机？A. 变极调速B. 变压调速C. 变频调速D. 变流调速二、简答题（每题10分，共20分）1. 简述电力拖动系统中，电机的启动、制动和调速的基本要求。
2. 描述电力拖动系统中，电机过载保护的基本原理及其重要性。
三、计算题（每题15分，共30分）1. 已知一台三相异步电机的额定功率为15kW，额定电压为380V，额定电流为30A，求其额定功率因数。
2. 一台直流电机的额定电压为220V，额定电流为50A，电枢电阻为0.5Ω，求其在额定工作条件下的电枢损耗。
四、论述题（共30分）1. 论述在工业自动化中，电力拖动系统的重要性及其在现代制造业中的应用。
2. 描述在设计电力拖动系统时，需要考虑的主要因素，并举例说明这些因素如何影响系统的性能。
注意事项：- 请在答题纸上清晰、规范地书写答案。
- 确保计算题的计算过程和结果准确无误。
- 论述题需要有条理、逻辑清晰，能够体现对电力拖动系统深入的理解。
祝考试顺利！。
讲述三相交流电动机的制动方式及工作原理
讲述三相交流电动机的制动方式及工作原理嘿，咱今儿就来讲讲三相交流电动机的制动方式及工作原理哈！你可别小瞧这电动机，它就像是机器世界里的大力士呢！咱先说说能耗制动吧。
这就好比是让电动机这位大力士突然停下脚步，然后把它运动的能量给消耗掉。
就好像你跑步的时候，突然让你停下来，那你的惯性不就还在嘛，这时候就需要把这股惯性的能量给散掉。
电动机也是这样，通过把它的绕组接到直流电上，产生一个磁场，让电动机的转子在里面转动，把动能转化成电能，再通过电阻消耗掉，达到制动的效果。
再说说反接制动呀。
这就像是给电动机来了个急刹车，还来了个反向的推动。
就好像你正向前跑呢，突然有人在后面使劲拉你，让你快速停下来。
当电动机正常运转的时候，突然把电源的相序给调换了，这时候电动机就会产生一个和原来转动方向相反的力矩，让它迅速停下来。
但这可得小心点哦，电流会变得很大呢，就像你急刹车的时候也会有点惊险呀！还有再生制动呢。
这就有点神奇啦！就好比电动机在减速的时候，还能把多余的能量送回电网去，就像一个会变魔术的大力士，不仅能停下，还能把能量变出来。
当电动机的转速高于同步转速的时候，它就会变成发电机，把能量回馈给电网，起到制动的作用。
你想想看，这些制动方式是不是很有意思呀？它们就像是电动机的各种小魔法，让电动机能按照我们的要求乖乖听话呢！电动机在我们的生活中可太重要啦，从工厂里的大机器到家里的小电器，都有它的身影。
没有它，那可真是没法想象我们的生活会变成啥样呢！所以呀，了解它的制动方式和工作原理，就像是掌握了它的小秘密，能让我们更好地利用它，让它为我们服务呢！咱可不能小瞧了这些知识哦，它们可是能帮我们解决很多实际问题的呢！你说是不是呀？。
风机的启动与停止原理
风机的启动与停止原理
风机的启动与停止原理主要涉及到电机的启动和停止控制。
一般来说，风机的启动与停止可以通过以下几种方式实现：
1. 直接启动：将电机的电源直接接通，使电机转子开始旋转，从而启动风机。
2. 降压启动：通过将电机的起动电流限制在额定电流以下，降低电机的电压，从而实现启动。
这种方式适用于大功率电机的启动，可以避免大电流对电网的冲击。
3. 自耦压降启动：在电机启动初期，通过在电源与电机之间串接一个自耦压降器，将电压降低到较低的值，限制电机的起动电流，等电机转动到一定速度后，再断开自耦压降器，使电机正常运行。
4. 变频启动：通过变频器控制电机的转速和转矩，实现启动和停止控制。
变频器可以提供电机所需的起动转矩，并逐渐提高转速，使电机平稳启动，同时也可以根据需要调节电机的运行速度。
风机的停止主要通过以下几种方式实现：
1. 急停：直接切断电机的电源，使电机立即停止旋转。
2. 反接电阻制动：将电机两端接入一个电阻，通过电阻的阻力将电机的动能耗散，使电机逐渐停止旋转。
3. 电源切断制动：通过切断电机的电源，使电机失去供电，电机的转动能量逐渐耗散，使电机停止旋转。
根据不同的应用要求和实际情况,所采取的启动和停止方式可能有所差异。
交流电机制动器工作原理
交流电机制动器工作原理嘿，朋友们！今天咱们来聊聊交流电机制动器的工作原理，这可真是个超级有趣的话题呢！你想啊，电机转得呼呼的，突然要让它停下来，这制动器就像个神奇的魔法棒一样，能让电机乖乖听话。
咱们先得知道，交流电机制动器呢，就像是电机的刹车装置。
想象一下，你骑着一辆超级快的自行车，要停下来的时候就得捏刹车对吧。
电机也一样，不过它的刹车可没那么简单。
那它到底是怎么工作的呢？这里面啊，有一种制动方式叫能耗制动。
这就好比是让一个正在奔跑的人突然停下来，他得把自己的能量消耗掉才行。
对于交流电机来说，当要制动的时候，它会把电机变成一个发电机。
怎么变的呢？就是利用电机的绕组啊。
电机的绕组就像是一条条小跑道，正常运行的时候，电流在这些跑道上欢快地跑着，让电机转起来。
可是制动的时候呢，电机的旋转磁场还在转，但是电机的轴被外力拖着，或者因为要停止，它自己的转动状态改变了。
这时候，电机的绕组里就会产生感应电动势，这个电动势就会产生电流。
这电流就像是一群调皮的小虫子，它们产生的磁场和原来电机的磁场相互作用，就会产生一个阻碍电机旋转的力，就像有人在后面拉着电机不让它转一样。
我有个朋友，他是个电工新手，第一次接触这个能耗制动的时候，简直是一头雾水。
他就问我：“这感应电动势咋就这么神奇呢？感觉像变魔术一样。
”我就跟他说：“你看啊，这电机就像一个小世界，正常转的时候是一种状态，一旦要制动，就像是这个小世界的规则变了，那些电子啊，就得按照新的规则来玩，这个感应电动势就是新规则下的产物。
”还有一种制动方式叫反接制动呢。
这反接制动啊，就像是你本来向前走，突然有人把你使劲往后拉。
在交流电机里，就是把电机的电源相序突然改变。
电机本来是按照一定的顺序通电转动的，这一改变相序，就相当于让电机突然朝着相反的方向转。
可是电机因为惯性，还在朝着原来的方向转呢，这时候就会产生一个巨大的制动力矩，就像两个大力士在拔河，一个要让电机继续转，一个要让电机反着转，这个反抗的力量就会让电机快速停下来。
项目三 交流电机类型及其控制技术
第四节 三相异步感应电动机的转矩与功率的关系
从定子输入到转子的功率（kw）
Pm
2 n0T
60
式中， T 为旋转磁场作用于转子导体所产生的转矩； n0 为旋转磁场的同步
转速。
当转子的转速为 n（r/min）时，转子产生的总机械功率（包括有用功率和损
耗的功率）（W）
2 nT
Pm 60
式中，n 为电动机转子转速。
2)制动运转状态。三相异步感应电动机的三种制动运转状态：反馈制动、反 接制动和能耗制动。一般情况下，电动汽车利用反馈制动回收能量可以达到车辆 所消耗能量的10%～15%,这对与电动汽车的节能有重要意义。
在反馈制动状态，感应电动机被电动车带动，并将一部分惯 性能量转换为转子钢耗，而大部分通过进入定子。除去定子铜 耗与铁耗后，电能反馈到电流转换器被转换并储存到动力电池 中，因此又称为发电制动。由于Te为负，s<0，所以反馈制动状 态的机械特性是电动状态机械特性向第三象限的延伸。
下降，如图 3-13 所示。
图 3-13 功率因数特性
(5)效率特性 效率特性η = f2(P2)。根据η = P2/ P1，P2 =0，η =0。P2 增加，η 提高，当 P2 增加到某一临界值时, η 又下降。这是因为铜损与电流有关，与电流平方成正比， 如图 3-14 所示。
图 3-14 效率特性
三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类，其中鼠笼 式应用最为广泛。
交流异步电机具有以下的特点。交流异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格 便宜、工作可靠、效率较高、无需保养等特点，特别是采用鼠笼式转子时，交流电 动机具有其他电动机不可比拟的优点，随着电子调速技术的发展，已成为电力拖动 选择的主要机型。
交流电动机
第六章交流电动机电机是实现电能和机械能互相转换的旋转装置。
本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。
6．1 三相异步电动机的构造三相异步电动机分主要由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个基本部分组成。
见下图三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的定子绕组组成。
见下图三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面有冲槽，用来放置转子绕组。
转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。
根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。
见下图绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。
每相绕组的的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。
环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。
在环上用弹簧压着碳质电刷。
起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图6．2 异步电动机转动原理：旋转磁场1.旋转磁场的产生三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内，按一定规律连接成三相对称结构。
三相绕组AX，BY，CZ在空间互成1200，它可以联接成星形,也可以联接成三角形。
当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流i A、i B、i C：i A=I m sinωti B= I m sin(ωt－120o)i C= I m sin(ωt＋120o)电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。
的产生过程(见下图)：由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后，当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。
这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。
2.旋转磁场的转向从旋转磁场可以看出，在ωt=00的时，A相的电流i A=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当ωt=900时，A相的电流i A=+I m达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。
三相交流异步电动机的启动调速及制动
三相交流异步电动机的启动调速及制动一、三相交流异步电动机的启动电动机从接入电网开始转动，逐渐增加转速一直达到正常转速为止，这段过程为启动过程，通常只有几十分之一描到几秒钟。
启动电流与启动转矩是衡量电动机好坏的主要依据。
电动机开始转动时转子电路中感应电动势最大，一般为额定情况下的20倍左右。
但由于此时转子电抗也最大，故转子电流为额定情况下的5-8倍。
由于异步电动机转子电能是由定子绕组供给的，所以定子绕组中的电流亦将为额定时的4-7倍。
起动时虽然转子电流较大，但此时电抗也很大，则使转子功率因数COS①2很小，所以启动转矩并不大。
启动电流大，电网电压降大，影响其他电气设备的正常工作；其次对于频繁开、停的设备将使其电动机发热，影响电动机的寿命。
启动转矩小，电动机不能带负载启动或是启动时间过长而使电动机温升过高。
衡量电动机启动性能的好坏，主要有如下三点：1、启动电流尽可能小；2、启动转矩尽可能大些；3、启动设备简单、经济，操作方便二、三相鼠笼式异步电动机的启动1、全压启动把电动机直接接到电压与电动机额定电压相等的电网上则称为全压启动。
这种方法的优点是操作简便，成本低；但启动电流较大。
为了保证电动机启动时不引起电网电压下降太多，电动机的额定容量满足下列经验公式的要求时才允许全压启动：Ist∕IR<3∕4+上述表达式中ISt表示电动机起动电流，IR表示电动机额定电流，一般情况下1st大约为4〜7倍，因为电动机的额定容量不超过电源变压器容量的15%〜20%时都允许全压启动。
2、降压启动降压起动是用降低电动机端电压的办法来减小启动电流。
当电压降低时起动转矩按电压的平方成正比例下降，故此种方法适用于空载或轻载情况下起动。
降压起动有三种方法：a.串电阻降压起动：这种方法是在三相定子绕组中串接相同电阻（或变阻器）。
分手动与自动控制两种。
b.星形一三角形降压起动：这种起动方法适用于工作时定子绕组为三角形接法的电动机。
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6（10）/0.4kV变压器
高压线路
变压器-电动机组
表5-2 6（10）/0.4kV变压器允许全压起动笼型电动机的最大功率
供电变压器的额定容量Sb(Kva) 起动时 的电压 降△U 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 125 1600 （%）
20
5.2.3自耦变压器降压起动
自耦变压器降压起动通常用于要求起动转矩较高而起动电 流减小的场合。 起动用的自耦变压器的容量可按下式计算
S
或
bz
S N
qd
tq
S
S
bz
S t
qd
2
js
qd
(
U U
2
qd ed
)2
K S
iq
ed
21
式中
——电动机起动容量，KvA； U qd ——电动机起动电压，V； U ed ——电动机额定电压，V； K iq ——电动机起动电流倍数； Sed ——电动机额定容量，KvA； N ——电动机允许连续起动次数； q ——电动机一次起动时间，min； t js——电动机计算起动时间，，min; S bs ——自耦变压器容量，KvA。
3
5.1.3制动方式除机械制动（包闸）外，电气制动有三种： （1）能耗制动，定子绕组通直流，产生制动力矩； （2）反接制动，定子绕组电源相序反接产生制动力矩，冲击 大，因为有2倍电压。 （3）再生制动，位能负荷或逆变状态，使电机在发电状态下 产生制动力矩。
4
5.2笼型电动机起制动 5.2.1全压起动
qd
S
t
自耦变压器均具有65%和80%额定电压的两组抽头， 相应的起动转矩和起动电流分别为其额定值的42.3%及 64%。主回路接线见下图：
22
起动时，KM1、KSC1、KSC2接通，KM2，断开， 起动后，KM1、KM2接通，KSC1、KSC2断开。 运行转换方式，采用电流、时间双重控制切换，当电流降到1.5倍时，由起动状 态切换到运行状态。当电流切换电路发生故障时，时间转换电路起作用，进行切 换。
23
5.2.4 晶闸管软起动
晶闸管软起动是一种无触点强电电路，双向控制，保护 功能全，作为笼型电动机降压起动，电流限制一般在 2.5~3.6倍，优于其它降压起动方式。下面以QB3型软起 动器为例进行说明。
24
25
输出特性
TS
26
起动电压Us 在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加。当软起 动器的输出电压较小时，电机力矩小于负载的静磨擦力矩， 不能使负载转动。随着输出电压的不断增大，电机力矩克 服了负载的静磨擦力矩，使负载开始转动。 QB3软起动器在起动时提供一个初始的起动电压Us, 可以将Us调节到大于负载的静摩擦力矩，使负载能立即 开始转动。 起动力矩由电位器（20~70%）
qm
qd
l
17
5.2.2星形-三角形降压起动
星形-三角形降压起动适用于正常运行时绕组为三 角形接线，且具有6个出线端子的低压笼型电动机。 起动时电动机定子绕组接成星形，（此时绕组电 压为额定线电压的 ，起动转矩和起动电流为 全压起动时的 ），随后将三相绕组转接成三角 1 1 形（切换时间继电器控制，切换时间 0.4s~60s 之 3 3 间调整）。这种起动方式的起动转矩小，一般只 适用于轻载起动的场合。 • 星形-三角形起动，主回路接线见下图，起动时 KM1、KM3接通，KM2断开，起动后KM1、KM2 接通，KM3断开。
28
起动时间Ts
起动时间Ts指输出电压从0V上升到380V所需的时间， 也即输出电压在Us与UR之间的斜率。 电机的实际起动时间与负载大小有关，一般情况下 与Ts不一致。
5.2.5 能耗制动
将笼型电动机的交流供电电源切除后，立即向定子绕组 通以直流电流，此直流电流在定子绕组内产生的恒定磁 通与转子内感应电流相互作用，便产生制动转矩。制动 转矩的大小与直流电流的大小及电动机的转速有关。随 着转速降低，制动转矩急剧增加，当转速降到0.1~0.2同 步转速时，制动转矩达最大值。为了取得较好的制动特 性，制动电流通常取笼型电动机空载电流的3倍（或更 大一些）。此时最大制动转矩可达额定转矩1.9倍（或更 大一些）。原理图如下所示：
6
表5-1 按电源容量允许全压起动的笼型电动机功率
电源
小容量发电厂
允许全压起动的笼型电 动机功率 每1kVA发电机容量为 0.1~0.12kW 经常起动时，不大于变 压器额定容量的20% 不经常起动时，不大于 变压器额定容量的 30% 不超过电动机供电线路 上的短路容量的3% 电动机功率不大于变压 器额定容量的80%
8.33 0.178 8.33 0.178 1.23
=0.87(>0.85)
14
满足母线压降允许值的要求。
U
qd
U qm
S S
q
qd
1.23 0.87 X 1.35
=0.79 式中
S
ed
ed
——电动机的额定容量，MVA； ——电动机的额定功率，MW；
P
ห้องสมุดไป่ตู้
15
cos
——电动机额定功率因数； ed ——电动机额定效率； S qd ——电动机额定起动容量，MVA；
9
（3）大型电动机起动时，应保证电动机及其起动设备的 动稳定和热稳定电流应符合制造厂的规定。例如，电动 机的允许起动条件（全压起动或降压起动）和连续起动 次数（一般轧钢电动机连续起动次数为冷态3次，热态2 次）以及起动设备的热稳定等。对于同步电动机还应考 虑阻尼笼条的温度不超过制造厂的规定。 （4）全压起动电压降计算 低压笼型电动机应优先采用全压起动。当条件不允许全 压起动时，才考虑采用降压起动。 低压笼型电动机允许全压起动的最大功率和供电设备容 量之间的参考值见表5-1和表5-2。当电动机功率接近于 表5-1和5-2中最大功率时，应根据实际情况（如变压器 高压侧实际的短路容量，接至电动机的电缆截面和长度， 母线已有负荷及其功率因数，以及电动机的技术数据等） 进行核算，计算时采用有名值较为方便。
笼型电动机和同步电动机应优先采用全压起动，全压起 动时应满足下列条件： （1）起动时电压降不得超过允许值。一般经常起动的电动 机其电压降不得超过10%；不经常起动的电动机其电压 降不得超过15%；在保证生产机械所要求的起动转矩， 而又不影响其它用电设备的正常运行时，起动时电压降 可允许为20%或更大一些。 由单独变压器供电的电动机，起动时电压降的允许值由 生产机械所要求的起动转矩决定。 （2）起动容量不得超过电源容量和供电变压器的过负荷能 力。笼型电动机允许全压起动的功率与电源容量之间的 关系见表5-1，与供电变压器容量之间的关系见表5-2。 表5-2中所列的数据是根据以下条件求得的：
8 0.150 (0.07 ) 120 2
1 1
=0.01Ω
S
q
S
qd
X U
1
1 2 m
1 0.01 1.35 0.382
=1.23MVA
13
Q
fh
S fh 1 cos2 fh
2
0.25 1 0.7
=0.178Mvar
U qm
S S
d1
d1
Q
fh
fh
Q Sq
公司
徽标
主讲人：罗勇存
5.1概述 5.1.1交流电动机的各种起动方式 笼型异步电动机和同步电动机的起动方式一般有全压起 动、降压起动和变频起动三种。其中降压起动又分为： （1）星形——三角形降压起动； （2）延边三角形降压起动； （3）电阻降压起动； （4）电抗器降压起动； （5）自耦变压器降压起动； （6）晶闸管降压软起动。 同步电动机和高压笼型电动机一般只采用（4）、（5） 两种降压起动方式。 绕线型异步电动机的起动方式一般有频敏变阻器起动， 电阻分级起动和交流电力电子开关起动（交流电力电子 开关只用于交流低压电动机）。
5
1）电动机与低压母线直接相连； 2）电动机起动电流倍数Kiq=7；额定功率因数cos e=0.85；效率=0.9； cos fh=0.7； 3）变压器的其它负荷为Sfh=0.5Sb， 或Sfh=0.6Sb, cos fh=0.8( 由这两种情况计算出 的Qfh值相差很少，故在表2中只列出前一种情 况时的计算值)； 4）变压器高压侧的短路容量Sdl=50Sb,Sb为变压器 额定容量。
27
达速电压UR
输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜 率由电位器调节），电机不断加速。当输出电压 达到UR时，电机也基本达到额定转速，UR就称 为达速电压。
QB3软起动器在起动过程中自动监测达速电 压，当电机达到额定转速时，使输出电压上升到 额定电压。
对于不同的电机和负载，达速电压UR的数值 可能不同。
ed
K S
iq
——电动机额定起动电流倍数；
——母线短路容量，MVA； ——变压器额定容量，MVA； ——变压器阻抗电压百分数；
d1
S
U
b
d%
S ——变压器一次侧短路容量，MVA； S ——电动机起动时，起动回路的额定输入容量，
q
"
MVA；
16
U ——母线额定电压，Kv;
m
Q ——母线其它负荷的无功功率，Mvar;
S ed
cos ed
P
ed
ed
0.160 0.89 X 0.93
=0.193MVA
11
S
qd
k iq S ed •=7X0.193
•=1.35MVA
S d1
S
b
Ud%
S S
b "
0.5 0.5 0.04 25