三相异步电动机的起动制动和调速.ppt

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第4章三相异步电动机的起动、制动和调速,4.1三相异步电动机的起动4.2三相异步电动机的制动4.3异步电动机的调速,4-1,4.1三相异步电动机的起动,4-2,一、三相异步电动机的启动问题与解决途径,不同的负载对起动的不同要求：

（1）转矩大，启动快

（2）电流不能超过允许值（3）设备简单，控制方便（4）消耗的能量要小,4.1三相异步电动机的起动,4-3,一、三相异步电动机的启动问题与解决途径,在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cos很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。

以Y系列三相异步电动机为例：

起动电流,起动转矩,4.1三相异步电动机的起动,4-4,一、三相异步电动机的启动问题与解决途径,对于变压器而言，整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。

但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。

若变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常规定值，例如U10或更严重。

这样一来，影响了几个方面：

影响由同一台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转等。

起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多，当负载较重时，可能起动不了。

电流大,4.1三相异步电动机的起动,4-5,一、三相异步电动机的启动问题与解决途径,转矩小,4.1三相异步电动机的起动,4-6,一、三相异步电动机的启动问题与解决途径,3解决途径,降低起动电流的方法有：

降低电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。

加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反而可能减小。

二、鼠笼式异步电动机的启动,4-7,1直接启动,三相异步电动机直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备，三相异步电动机能否直接起动，主要考虑下列情况：

电动机与变压器容量比；电动机与变压器之间的供电线路的长度；与电动机共用一变压器的设备对电压稳定性的要求；起动是否频繁；拖动系统的转动惯量的大小。

二、鼠笼式异步电动机的启动,4-8,2降压启动,三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。

显然此时的电抗器起到了分压的作用。

三相异步电动机直接起动时,定子边串入电抗X起动时,可以理解为降低定子电压,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-9,2降压启动,三相异步电动机直接起动时转子功率因数很低，,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-10,2降压启动,显然，定子串电抗器起动，降低了起动电流，但起动转矩降低得更多。

因此，定子串电抗器起动，只能用于空载和轻载。

工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小，再计算电抗X的大小。

计算公式推导如下：

其中短路阻抗为,若定子回路串电阻起动，也属于降压起动，也可以降低起动电流。

但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特别对中型、大型异步电动机更不经济。

二、鼠笼式异步电动机的启动,4-11,2降压启动,自耦变压器起动转矩,经过自耦变压器降压后的起动电流与直接起动的电流比,自耦变压器起动时，一次和二次绕组的电流比,自耦变压器起动时，从电网输入的电流与直接起动的电流比,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-12,自耦变压器起动时的起动转矩与直接起动时起动转矩之间的关系为：

采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低到KJ倍，起动电流与起动转矩降低到KJ2倍。

实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。

例如QJ2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出厂时接在73%抽头上）；QJ3型也有三种抽头，分别为40、60%、80%（出厂时接在60抽头上）等。

2降压启动,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-13,定子绕组星-三角形切换起动方法适用于运行时接成三角形，且每相绕组有两个引出端的三相异步电动机。

每相起动电流,每相起动电压,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-14,定子绕组星-三角形切换起动方法适用于运行时接成三角形，且每相绕组有两个引出端的三相异步电动机。

Y一D起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的13。

二、鼠笼式异步电动机的启动,4-15,Y一D起动可以用于拖动的轻负载。

在轻载起动条件下，应该优先采用。

13。

Y一D起动时起动转矩为直接起动时起动转矩的1/3,二、鼠笼式异步电动机的启动,4-16,延边三角（）形起动法是星-三角起动法的一种发展，利用这种起动法的电动机的定子绕组，每相均有一中间抽头，起动时一半绕组接成三角形，另一半则接成星形，可以降低相电压和起动电流；运转正常后，则改接成三角形，可正常工作。

这种起动方法既降低了起动电流，又不致使起动转矩过小，是带负载起动电动机的较好起动方法。

二、鼠笼式异步电动机的启动,4-17,三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较,4-18,1/3,1/3,1/K,1/K2,1/K2,二、鼠笼式异步电动机的启动,7-19,前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动转矩，因此只适合空载或轻载起动。

对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。

加大起动转矩的方法是增大转子电阻。

对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。

对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，成为高起动转矩的鼠笼式异步电动机,1高转差率鼠笼式异步电动机,具有堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及正、反转的工作场合。

如锤击机、剪刀机、冲,压机和锻冶机等设备。

二、鼠笼式异步电动机的启动,7-20,2深槽式鼠笼异步电动机,深槽异步电动机的槽型窄而深，处于槽底等效线匝的漏电抗大于处于槽口等效线匝的漏电抗。

起动时，由于异步电动机转子电路频率较高，电流大部分集中在槽口部分的导体（集肤效应），转子的等效电阻大。

起动结束以后，异步电动机转子电路频率较低（1-3Hz），集肤效应消失，转子导条电阻变为较小的直流电阻。

二、鼠笼式异步电动机的启动,7-21,3双鼠笼式异步电动机,上笼导条细，采用黄铜制作，电阻率大，为起动笼；上笼导条粗，采用紫铜制作，电阻率小，为运行笼。

三、绕线式异步电动机的启动,4-22,三、绕线式异步电动机的启动,4-23,为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。

最大起动转矩T1和切换转矩T2的选择,起动过程分析,1.A点2.E点3.F点4.G点5.经过H点，在K点稳定。

三、绕线式异步电动机的启动,4-24,起动电阻的计算,三、绕线式异步电动机的启动,4-25,起动电阻的计算,三、绕线式异步电动机的启动,4-26,起动电阻的计算,三、绕线式异步电动机的启动,4-27,转子串频敏变阻器起动的三相绕线式异步电动机接线原理图如图.起动开始，开关K断开，电动机转子串入频敏变阻器起动。

电机转速达到稳定值后，开关K接通，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行。

1）接线原理,2转子串频敏变组器起动,三、绕线式异步电动机的启动,4-28,变阻器是一种无触点电磁元件，相当于一个等值阻抗。

在电动机过程中，由于等值阻阴抗便转子电流频率减小而自动下降（自动变阻），从而只须一级变阻器，就可以把电动机平稳地起动起来。

变阻器实质上是一个铁芯损耗特大的三相电抗器。

它由数片E型钢板叠合成的铁芯及线圈两个主要部份组成。

钢板间来以垫圈，保持片间距离，以利散热。

2）结构,2转子串频敏变组器起动,三、绕线式异步电动机的启动,4-29,频敏变阻器每一相的等值电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成，但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在以下两点：

频率为50Hz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。

这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致使起动电流过小而减小起动转矩。

频率为50Hz的电流通过时,rpxp，其原因是：

频敏变阻器中磁密取得高，铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。

而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此较大。

3）工作原理,三、绕线式异步电动机的启动,4-30,绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时，s1，转子回路中的电流的频率为50Hz。

转子回路串入zp=rp+xp，而rpxp，因此转子回路主要是串入了电阻。

这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动电流，又提高了起动转矩。

当转速上升，f2下降，rp下降，xp也下降。

当参数设计的合适，可以获得恒转矩特性。

3）工作原理,4.2异步电动机的制动,4-31,制动基本概念异步电动机制动目的迅速减速及停车限制下放位能性负载的速度三相异步电动机的制动方法回馈制动，反接制动，倒拉反转反接制动及能耗制动,4.2异步电动机的制动,4-32,一回馈制动,4-33,1.功率关系,回馈制动状态的特点是电动机转速高于同步速度,转子电流的有功分量,转子电流的无功分量,一回馈制动,4-34,1.功率关系,回馈制动状态的特点是电动机转速高于同步速度,轴上输出的机械功率,定子到转子的电磁功率,一回馈制动,4-35,1.功率关系,异步电机发电运行的自励,一回馈制动,4-36,2.机械特性,正向回馈制动,反向回馈制动,一回馈制动,4-37,3.回馈制动的实现,下放重物,当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，电源为负相序（A、C、B）时，电动机运行于第IV象限，电磁转矩T0，转速n0,称为反向回馈制动运行。

一回馈制动,4-38,3.回馈制动的实现,变极调速和变频调速,能量回馈减速过程加快了,二反接制动,4-39,处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，电动机便进入了反接制动过程.反接制动过程中，电动机电源相序为负序，,实现方法,二反接制动,4-40,1.功率关系,定子到转子的电磁功率,轴上输出的机械功率,因此，转子回路中消耗了从电源输入而来的电磁功率及由负载送入的机械功率，数值很大，,转子回路铜损耗:

二反接制动,4-41,2.机械特性,在转子回路中必须串入较大的外串电阻，防止电流过大并消耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由于过热而损坏。

二反接制动,4-42,3.特点,如果电动机拖动负载转矩较小的反抗性恒转矩负载运行，或者拖动位能性恒转矩负载运行，如果进行反接制动停车，那么必须在降速到n0时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动，三相异步电动机反接制动停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。

一些频繁正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向起动，就是为了迅速改变转向，提高生产率,倒拉反转制动,4-43,拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机，若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。

如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反转制动运行状态。

倒拉反转制动运行是转差率s1的一种稳态，其功率关系与反接制动过程一样，电磁功率Pm0，机械功率P0，转子回路总铜耗0。

但是倒拉反转运行时负载向电动机送入的机械功率是靠着负载贮存的位能的减少，是位能性负载倒过来拉着电动机反转。

三能耗制动,4-44,1.实现方法,由于定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场，当转子旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流，根据左手定则，可以确定出转矩的方向与电动机的转速方向相反，电动机产生的转矩为制动转矩。

三能耗制动,4-45,2.机械特性,机械特性通过原点；当通过定子的直流大小不变时，其最大转矩不变，如果转子回路的电阻增大，最大转矩所对应的的转速增加；转子回路的电阻大小不变时，如果增加通过定子的直流，则最大转矩