交流异步电动机软起动器的硬件设计

交流异步电动机软起动器的硬件设计TheHardwareDesignofACAsynchronousMotorSoftStarter题目交流异步电动机软起动器的硬件设计一、设计(论文)内容利用单片机AT89C51控制晶闸管交流调压方式进行电子软启动器设计。主回路主要由三组反并联晶闸管和接触器组成，通过控制反并联晶闸管组的导通改变加载在电机两端的电压；而接触器的主要作用是在软启动过程完成以后，把反并联晶闸管组从三相电源中旁路。在需要软停车时，再把软启动器装置接入到电机回路中，完成软停车的功能。二、基本要求1.分析软启动器工作原理，选定主电路设计方案2.系统主电路设计，晶闸管参数和型号选择3.软启动器控制回路、过压保护、过流保护、电流检测电路设计，选择设计参数和器件型号三、主要技术指标异步电动机参数：额定功率：；额定电压：；额定电流：；额定转速：；效率：；功率因数：；过载系数：；电压波动：±10%；极对数：P=2。四、应收集的资料及参考文献[1]彭鸿才.电机原理及拖动[M].第二版.北京:机械工业出版社,2010.[2]陈伯时.自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1981.[3]周德泽.电气传动控制系统的设计[M].北京:机械工业出版社,1985.五、进度计划第1-2周开题报告第3周设定方案第4-6周系统主电路设计第7周中期答辩第9-12周控制电路设计第11-13周撰写毕业设计说明书第14-15周答辩教研室主任签字时间年月日毕业设计任务书毕业设计开题报告题目交流异步电动机软启动器的硬件设计一、研究背景由于交流异步电动机，特别是三相鼠笼式异步电动机，具有结构简单、制造容易、性价比高、坚固耐用、工作性能好等诸多优点，已经被广泛地应用于农业生产、厂矿企业、交通运输业、国防工业以及人们日常生活的各个领域。但是在启动过程中又存在着不少问题。电动机的启动过程是指当交流异步电动机投入电网时，从静止状态一直加速到稳定状态的过程。启动电源和启动转矩是衡量电动机启动性能好坏的两个指标。在研究启动的过程时，要求起动转矩要足够大，以保证电动机能够正常地起动，同时在保证一定大小起动转矩的前提下要求起动电流越小越好。目前异步电动机普遍采用的起动方式是全压直接起动，但是这种方法优缺点各存在。优点是起动设备和操作简单，而且起动的转矩要比降压起动的方法大。缺点是起动时产生的冲击电流是其额定电流的2到7倍，这会造成好多影响，例如产生的机械冲击力会加速机械传动部件的磨损；电网电压值瞬间的改变，会影响电气设备及其他装置的运行；冲击电流会造成电动机局部温度上升，降低电动机的寿命等等。如今，随着电力电子技术和微机控制技术的蓬勃发展，现代控制理论与电力电子技术的紧密结合，出现了以微处理器为控制核心的电动机软启动器。它是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电动机控制装置。相对于传统的降压起动方式，软启动的优点主要有：1.实现了电动机起动电压的无极调节，冲击转矩和冲击电流；2.通过电流闭环控制可以实现电动机的恒流起动，不但限制了起动电流，还确保了电动机的平稳起动；3.采用微机处理器控制，人机界面友好，控制简便，可以实现多种软启动模式和保护功能，可靠性高；4.可以实现直接计算机通讯控制，为自动化控制打下良好的基础。综上所述，软启动器拥有良好的控制性能，具有很好的研究价值和应用前景。二、国内外研究现状1.国外研究现状电力电子软起动的出现是随着晶闸管的出现而发展起来的。最早采用晶闸管三相交流调压电路对电动机软起动的应用出现在1970年，采用这种方法可以获得很好的起动性能，所以一开始就引起人们广泛的注意。三十多年来，国外对晶闸管三相交流调压电路进行了广泛的研究，在工业应用领域得到广泛的应用。在某些领域应用显示出独特的技术优势。如美国AB公司、英国CT公司、法国TE公司、德国AEG公司、瑞士ABB公司等均推出了软起动器系列产品。目前在国外，晶闸管三相交流调压起动技术的研究已从对通过控制电机电流的开环，闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而便三相交流调压电路电机负载性能更好。如降压变频调速中的矢量控制和磁场定向控制的引入，创立软起动技术的转矩控制等等。在国外，发达国家的三相异步电动机软起动产品主要是晶闸管软起动和兼作软起动的变频器起动。在生产工艺兼有调速要求时，采用变频装置。在没有调速要求使用的场合下，起动负载较轻时一般采用晶闸管软起动。在重载或负载功率特别大的时候，使用变频软起动。发达国家软起动的主流产品是晶闸管软起动装置，各知名电气公司都有自己的晶闸管软起动品牌，在其功能上又各具特色。例如GE公司生产的ASTAT智能电机软起动器；ABB公司生产的PST、PSTB系列电机软起动器；施耐德公司的ATS46软起动器；德国SIEMENS公司的3RW22SIKOSTART软起动器等等2.国内研究现状我国的软起动技术起步于80年代初期，现己推出JKB型软起动器和JQ，JQZ型固态节能起动器等产品。JQ型用于轻负载起动，JQZ型用于重载起动，最大的控制功率可以达到800KW。虽然取得了一些成绩，但由于国内自行开发和生产的能力相对较弱，对国外产品的依赖还很严重。从总体上着，我国软起动技术与国际先进尚有差距。主要表现在以下几个方面:①软起动器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定人力，物力，但由于分散，并没有形成一定的技术和生产规模。②软起动器产品所用的半导体功率器件的制造业规模较小。③相关配套产业及行业落后。④产销量少，可靠性及工艺水平不高。作为强弱电结合的软起动是机电一体的综合性技术，既要处理巨大的电能转换，又要处理信息的搜集、变换和传输。因此其技术研究也会在两个方向进行。可以预见，未来的软起动器将沿着以下方向发展:①提高起动转矩。采用分级变频起动，使电机低速起动时，起动电流小，起动转矩大，可以在满负荷的情况下实现软起动。②实现高水平的控制，向智能化的方向发展。③起动器将向中压电机软起动方向发展。④向小型化方向发展。三、主要工作1.设计方案论证、比较及确定，分析软启动器工作原理，选定主电路设计方案。2.设计完善的硬件电路，包含各个部分。3.元器件选型及有关计算，晶闸管参数和型号选择。4.软件仿真分析和相关调试。四、所采用的方法与手段本设计在查阅大量的相关知识的基础上，研究了国内外软启动器的研究现状和发展方向，对软启动器的工作原理和控制策略进行了详细的学习，设计以利用单片机AT89C51控制晶闸管交流调压方式进行电子软启动器设计。主回路主要由三组反并联晶闸管和接触器组成，通过控制反并联晶闸管组的导通改变加载在电机两端的电压；而接触器的主要作用是在软启动过程完成以后，把反并联晶闸管组从三相电源中旁路。在需要软停车时，再把软启动器装置接入到电机回路中，完成软停车的功能。五、预期达到的结果通过晶闸管和接触器的组合，形成三组反并联晶闸管和接触器组成主回路，并通过控制反并联晶闸管组的导通改变加载在电机两端的电压，来达到调节电机的起动问题，变得更加的稳定和高效。指导教师签字时间年月日摘要异步电动机的优点众多，比如低成本，简单结构，耐用等，所以很受欢迎，被广泛的应用。但是从发明电动机至今，电机的起动一直是无法很好解决的问题。电动机在起动时，转矩小，会导致电流很大。这样的结果就是对电网和电机本身都有很大的损害和影响。传统的起动方法都有一定的缺陷。本设计是用晶闸管设计一种软启动器，来解决电机的起动问题，提高电动机起动的稳定性和效率。本设计主要是先分析了软启动器的工作原理，选定主电路的接线方案，利用晶闸管反并联，构成一种调压器。之后利用单片机AT89C51设计了一个完整的硬件电路，包含电压保护设计，电流保护设计等部分。根据硬件电路的电压和电流，详细的计算了每个模块的参数，并进行了器件选型。主电路的设计就是晶闸管构成的一种调压器，利用基于MATLAB的SIMULINK仿真平台进行仿真。仿真的目的，主要是调试出电动机转速和定子电流的波形，设计直接起动的波形和软启动进行对比，更好的体现出软启动的优点。通过设计触发的方式，使调压器对电动机进行调压，最终达到控制电机起动的目的。通过调试和仿真，可以很好的看到，本设计中的软启动器能够很好的控制电机的转速和起动电流，使电机的起动更加平稳和高效。关键词：软启动晶闸管异步电动机SIMULINKAbstractTheadvantagesofasynchronousmotorisnumerous,suchaslowcost,simplestructure,durable,etc.,soitwasverypopularandwidelyapplication.Butsincetheinventionofthemotor,themotorstarterhasbeentheproblemcannotbesolved.Motorstartingtorquelarge,willleadtoasmallelectriccurrent．Theresultisthatofpowergridandthemotoritself,thereisalotofdamageandimpact.Thetraditionalstartmethodhavesomedefects.Thisdesignisusedtodesignathyristorsoftstarter,startermotorproblemstosolve,improvethestabilityandefficiencyofthemotorstarting.Thisdesignmainlyisfirstanalyzedtheworkingprincipleofsoftstarter,maincircuitwiringschemes,selectedwiththeparallelthyristor,constituteavoltageregulator.AfterusingSCMAT89C51designedacompletehardwarecircuitcomprisingvoltageprotection,currentprotectiondesignsection.Accordingtothehardwarecircuitofthevoltageandcurrent,calculatedtheparametersofeachmoduleindetail,andadeviceselection,wascarriedout.Thedesignofmaincircuitiscomposedofthyristorvoltageregulator,usingSIMULINKplatform.Simulation,debuggingthemainmotorspeedandstatorcurrentwaveform.Triggeredbythedesignwayofthevoltageregulatorforregulatingmotor,ultimatelyachievethegoalofcontrolmotorstarting.Bydebuggingandsimulation,canbeverygoodtosee,thedesignsoftstartercanwellcontrolthemotorspeedandthestartingcurrentofthemotorstarterismorestableandefficient.Keywords：AsynchronousmotorThyristorSoftstartingSimulink目录TOC\o"1-3"\h\u18848第1章绪论 ②当角度在这个范围内时，软启动是处在不工作状态的，因为无论触发角怎么改变，输出电压是不会变得，因为它没有达到触发的条件。经过无数次的调试可知，如果调整不好触发的角度，会出现好多情况，比如反并联晶闸管中有一个晶闸管导通，而另一个是处于关闭状态，这样不能很好的完成调节作用，这根本就没有起到设计的要求。要想让晶闸管正常的工作，能够起到应该有的作用，必须采用后沿固定在的宽脉冲触发方式，采用这种方式，才可以来保证晶闸管能正常触发。触发器模块如图5-7所示，本设计参考了众多的触发模块方式，并综合众多的优点，设计出了同步模块，相位控制模块，波形产生模块等。图5-7是整个仿真模块的一个小的子系统模块，它的基本工作原理简介：从In1输入电压，进行同步电压检测，之后是Relay环节产生与同步电压正半周等宽的方波，(relay是滞环比较器，它的意义是让信号有一个足够的范围宽度，而不至于每个周期都进行调节)。RateLimiter能限制变化率。此模块的最终目的就是让产生的波和电压很好的结合在一起，再经过延时等处理，形成固定的脉冲，然后再送到晶闸管，完成以后的一系列的工作。图5-7触发器模块触发模块中的参数设置如表5-1所示。表5-1触发器模块参数设置模块Relay、Relay2RateLimiter、RateLimiter1Relay1、Relay3参数设置SwitchOnpointepsRisingslewrate1000SwitchOnpointepsSwitchOffpointepsFallingslewrate-1e8SwitchOffpointepsOutputwhenon10Outputwhenon1Outputwhenoff0Outputwhenoff0(3)异步电动机模块异步电动机中的参数按照任务书里的设置，只需要把额定电压和额定频率改为380V和50Hz即可，别的参数不用修改。(4)控制部分本设计中的模型控制部分有三块。有阶跃部分，主要功能是阶跃起动信号，相当于开关；设定曲线曲线部分；还有控制部分和触发部分连接的函数。它的主要的构成如图5-8所演示的。其中Gain是增益模块，它有放大的作用，这里的作用是放大信号，减小误差。此处用Saturaction限幅器，就是设定积分时间常数。合理的角度，才能控制的更加合理。并不是说触发角越小越好，也不是触发角越大越好，在此处的调试过程中，要根据设计的要求，来让角度在最合理的范围之内。经过仔细的分析和研究，在调试的过程中，发现，如果给出的触发角大，电流就会小。角度相反，电流的值也会相反。所以控制好触发角，是整个软启动的关键。系统中设置了函数匹配环节（Fun）来设置初始触发角的大小。，其中为能使电动机启动的最小控制电压；给定积分环节的输出。图5-8GI环节5.3交流电机软启动系统仿真分析经过一系列的准备，研究了仿真所需要的每部分之后，利用仿真的平台，将设计的各个部分组合在一起，进行调试和仿真。最终搭建出了三相交流异步电动机的模型。里面所有的数值，都是按照任务书里所给定的条件设计的。为了突出软启动的优势，此处用直接起动做了一个对比。在本设计中，主要是研究了电动机的转速和定子电流。以下的章节将详细的介绍仿真出来的波形。5.3.1电机转速以下的两个波形图就是电动机的转速图。图5-9是电机全压起动的转速波形。图5-10是本设计中设计的软启动的转速的波形。因为直接起动比较快，所以设定的仿真时间1秒。软启动的调压比较慢，所以设定的运行时间是8秒。任务书中给出的电机转速为。从两个图中可以很清楚的看到，无论是直接起动，还是软启动，电机都能到达额定的转速。但是过程完全不同。直接起动达到的时间特别快，斜率特别陡。而且在一段时间内，转速会超过额定的，这样不仅会对电机本身造成损坏，还对整个的电网都有一定的影响。但是软启动就很好的解决了以上出现的问题。可以明显的看出，斜率比较缓，时间合理，在起动的过程中，没有波动，也没有超过额定的转速，电机起动的很平稳，达到了本设计最终的设计要求。图5-9直接启动转速图5-10软启动转速电机定子电流图5-11直接起动定子电流图5-12软启动定子电流以上的两个波形图就是电动机的定子电流图。图5-11是电机全压起动的定子电流波形。图5-12是本设计中设计的软启动的定子电流波形。这里设定的时间和转速设定的时间一样。直接起动的仿真时间1秒。软启动的时间是8秒。通过两个图可以明显的看到两种起动方法的不同。任务书中给出的电动机的额定电路为8.2A，图中出现负的电流，因为异步电动机是一种感性负载，可以看出直接起动的电流波动非常大，最大的时刻有可能达到额定电流的10倍，这种范围内的冲击，对电机和电网都是一种很大的损坏。但是软启动的电流就比较小，它的最大值才是额定的2倍左右。通过图形对比，还可以得到，直接起动稳定的时间特别短，几乎瞬间就起动完成了。而软启动是一个循序渐进的缓慢过程，这样有一个缓冲，对设备是一种很好的保护。经过分析，软启动基本达到了设计的要求。第6章结论本次设计是交流异步电动机的软启动器的硬件设计，根据任务书的要求，要求利用单片机AT89C51来控制晶闸管交流调压的一种电子软启动器。在研究了设计方案之后，设计了主电路和控制电路。其中控制电路是利用单片机为核心控制，并设计出触发电路，接触器控制电路，电压电流保护电路等，并依据相关的电流和电压，确定器件的选型，还进行了详细的参数计算。主电路的仿真是利用Simulink仿真平台，为了使仿真的结果更具有说服性，本设计将软启动和直接起动做了一个对比。在设计的仿真中，可以明显的看到仿真的结果。通过软启动的电动机，它的转速曲线的斜率比较小，很平稳，没有很大的波动，也没有超过额定的范围，一直处于一个合理的范围。另外还可以根据图形看出，经过软启动之后，定子电流的波动更加的平稳，由10倍左右的电流变为2倍左右，大大的降低了起动电流。通过分析可知，设计的软启动完全的达到了任务书里的要求，很好的解决了电机的起动问题，让电机起动变得更加平稳，安全，而且还更高效。参考文献[1]高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].第三版.北京:科学出版社,2013.[2]孙克军.电力拖动基础.北京[M].机械工业出版社,2011.[3]李朝生.电机与电力电子试验及仿真指导书[M].北京:中国电力出版社,2012.[4]刘凤春.电力与拖动MATLAB仿真与学习指导.北京:机械工业出版社,2008.[5]ShirleyPA.Anintroductiontoultrasonicsensing[J].Sensors,1989(2):253~290.[6]王中鲜.MATLAB建模与仿真应用[M].北京:机械工业出版社,2010.[7]胡育文.异步电机直接转矩控制系统[M].北京:机械工业出版社,2012.[8]赵莉华.电机学[M].北京:机械工业出版社,2008.[9]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2001.[10]StephanZwahlen.ConstantinnovationsdemandedbyPCBtools:IndustialDiamondReview[J],2004(16):34~35.[11]余孟尝.模拟电子技术基础简明教程.北京:高等教育出版社,2008.[12]周明德.微机原理与接口技术[M].人民邮电出版社,2006.致谢一转眼，毕业设计已经接近了尾声，这就意味着我的四年大学生活也快要结束了，回首过去的岁月，心中不禁感慨良多。首先，我要特别感谢我的指导老师。李立平老师自始至终都关心并督促着我的毕业设计进程和进度，每当我遇到瓶颈的时候，李老师总是很耐心的指导，帮助我解决毕业设计中遇到的许多难题，使我在做毕业设计的路上少走了很多的弯路。其次，我要衷心地感谢我的室友和同学，感谢他们这四年来对我学习及生活上的关心和帮助！是他们陪伴我走过了大学四年最难忘的时光。虽然偶尔也有小摩擦，但是都挡不住我们之间浓浓的情谊。最后，我最需要感谢的是我的父母，他们生我，养我，培养了我做事认真专注的态度，让我在漫长的人生路中获益良多。附录附录A外文资料InductionMotorAn

inductionorasynchronous

ACelectricmotor

inwhichthe

electriccurrent

inthe

rotor

neededproduceTorqueisobtainedbyelectromagneticinductionfromthemagneticfieldofstator

winding.Aninductionmotorthereforedoesnotrequire

mechanicalcommutation,separate-excitationorself-excitationforallorpartoftheenergytransferredfromstatortorotor,asinuniversal,DCandlargemotors.Aninductionmotor'srotorcanbeeither

woundtypeorsquirrelcagetype.Three-phase

squirrel-cage

inductionmotorsarewidelyusedinindustrialdrivesbecausetheyarerugged,reliableandeconomical.Single-phaseinductionmotorsareusedextensivelyforsmalleloads,suchashouseholdapplianceslikefans.Althoughtraditionallyusedinfixedservice,inductionmotorsareincreasinglybeingusedwith

variable-frequencyofdrives

(VFDs)invariable-speedservice.offerespeciallyimportantenergysavingsopportunitiesforanprospectiveinductionmotorsinvariable-torque

centrifugal

fan,pumpandcompressorloadapplications.Squirrelcageinductionmotorsareverywidelyusedinbothfixed-speedandVFDapplications.HistoryIn1824,theFrenchphysicist

FrançoisArago

formulatedtheexistenceof

rotatingmagneticfields,termed

Arago'srotations,which,bymanuallyturningswitchesonandoff,WalterBailydemonstratedin1879asineffectthefirstprimitiveinductionmotor.

Practicalalternatingcurrentinductionmotorsseemtohavebeenindependentlyinventedby

GalileoFerrarisand

NikolaTesla,aworkingmotormodelhavingbeendemonstratedbytheformerin1885andbythelatterin1887.Teslaappliedfor

U.S.patents

inOctoberandNovember1887andwasgrantedsomeofthesepatentsinMay1888.InApril1888,theRoyalAcademyofScienceofTurin

publishedFerraris'sresearchonhisACpolyphasemotordetailingthefoundationsofmotoroperation.

InMay1888Teslapresentedthetechnicalpaper

ANewSystemforAlternatingCurrentMotorsandthe

AmericanInstituteofElectricalEngineers

(AIEE)describingthreeemotortypes:onewithafour-polerotorforminganon-self-starting

reluctancemotor,anotherwithawoundrotorformingaself-startinginductionmotor,andthethirdatrue

synchronousmotor

withseparatelyexcitedDCsupplytorotorwinding.

GeorgeWestinghouse,whowasdevelopinganalternatingcurrentpowersystematthattime,licensedTesla’spatentsin1888andpurchasedaUSpatentoptiononFerraris'inductionmotorconcept.

Teslawasalsoemployedforoneyearasaconsultant.Westinghouseemployee

C.F.Scott

wasassignedtoassistTeslaandlatertookoverdevelopmentoftheinductionmotorat.

Steadfastinhispromotionofthree-phasedevelopment,

MikhailDolivo-Dobrovolsky'sinventedthecage-rotorinductionmotorin1889andthethree-limbtransformerin1890.

However,heclaimedthatTesla'smotorwasnotpracticalbecauseoftwo-phasepulsations,whichpromptedhimtopersistinhisthree-phasework.

AlthoughWestinghouseachieveditsfirstpracticalinductionmotorin1892anddevelopedalineof60

hertz

inductionmotorsin1893,theseearlyWestinghousemotorswere

two-phasemotors

withwoundrotorsuntil

B.G.Lamme

developedarotatingbarwindingrotor.The

GeneralElectricCompany

(GE)begandevelopingthree-phaseinductionmotorsin1891.By1896,GeneralElectricandWestinghousesignedaagreementforthebar-winding-rotordesign,latercalledthesquirrel-cagerotor.ArthurE.Kennelly

wasthefirsttobringoutfullsignificanceoftheletter"i"(thesquarerootofminusone)todesignatethe90-degree

rotationin

complexnumber

analysisofACproblems.GE's

CharlesProteusSteinmetz

greatlydevelopedapplicationofACcomplexquantitiesincludingintermsnowcommonlyknownastheinductionmotor's

Steinmetzequivalentcircuit.Inductionmotorimprovementsflowingfromtheseinventionsandinnovationsweresuchthata100

horsepower

inductionmotorcurrentlyhasthesamemountingdimensionsasa7.5horsepowermotorin1897.PrinciplesofoperationInbothinductionand

synchronousmotors,theACpowersuppliedtothemotor's

statorcreatesa

magneticfield

thatrotatesintimewiththeACoscillations.Whereasasynchronousmotor'srotorturnsatthesamerateasthestatorfield,aninductionmotor'srotorrotatesataslowerspeedthanthestatorfield.Theinductionmotorstator'smagneticfieldisthereforechangingorrotatingrelativetotherotor.Thisinducesanopposingcurrentintheinductionmotor'srotor,ineffectthemotor'ssecondarywinding,whenthelatterisshort-circuitedorclosedthroughanexternalimpedance.

Therotating

magneticflux

inducescurrentsinthewindingsoftherotor;

inamannersimilartocurrentsinducedina

transformer'ssecondarywinding(s).Thecurrentsintherotorwindingsinturncreatemagneticfieldsintherotorthatreactagainstthestatorfield.Dueto

Lenz'sLaw,thedirectionofthemagneticfieldcreatedwillbesuchastoopposethechangeincurrentthroughtherotorwindings.Thecauseofinducedcurrentintherotorwindingsistherotatingstatormagneticfield,sotoopposethechangeinrotor-windingcurrentstherotorwillstarttorotateinthedirectionoftherotatingstatormagneticfield.Therotoracceleratesuntilthemagnitudeofinducedrotorcurrentandtorquebalancestheappliedload.Sincerotationatsynchronousspeedwouldresultinnoinducedrotorcurrent,aninductionmotoralwaysoperatesslowerthansynchronousspeed.Thedifference,or"slip,"betweenactualandsynchronousspeedvariesfromabout0.5to5.0%forstandardDesignBtorquecurveinductionmotors.

Theinductionmachine'sessentialcharacteristhatitiscreatedsolelybyinductioninsteadofbeingseparatelyexcitedasinsynchronousorDCmachinesorbeingself-magnetizedasinpermanentmagnetmotors.Forrotorcurrentstobeinduced,thespeedofthephysicalrotormustbelowerthanthatofthestator'srotatingmagneticfield();otherwisethemagneticfieldwouldnotbemovingrelativetotherotorconductorsandnocurrentswouldbeinduced.Asthespeedoftherotordropsbelowsynchronousspeed,therotationrateofthemagneticfieldintherotorincreases,inducingmorecurrentinthewindingsandcreatingmoretorque.Theratiobetweentherotationrateofthemagneticfieldinducedintherotorandtherotationrateofthestator'srotatingfieldiscalledslip.Underload,thespeeddropsandtheslipincreasesenoughtocreatesufficienttorquetoturntheload.Forthisreason,inductionmotorsaresometimesreferredtoasasynchronousmotors.

Aninductionmotorcanbeusedasan

inductiongenerator,oritcanbeunrolledtoforma

linearinductionmotor

whichcandirectlygeneratelinearmotion.SynchronousspeedAnACmotor'ssynchronousspeed,

,istherotationrateofthestator'smagneticfield,whichisexpressedinrevolutionsperminuteas（RPM）,where

isthemotorsupply'sfrequencyinhertzand

isthenumberofmagneticpoles.Thatis,forasix-poletmotorwiththreepole-pairsset120°apart,

equals6and

equals1,000RPMand1,200RPMrespectivelyfor50

Hzand60

Hzsupplysystems.SlipSlip,

,isdefinedasthedifferencebetweensynchronousspeedandoperatingspeed,atthesamefrequency,expressedinrpmorinpercentorratioofsynchronousspeed.ThusWhereisstatorelectricalspeed,

isrotormechanicalspeed.Slip,whichvariesfromzeroatsynchronousspeedand1whentherotorisatrest,determinesthemotor'storque.Sincetheshort-circuitedrotorwindingshavesmallresistance,asmallslipinducesalargecurrentintherotorandproduceslargetorque.Atfullratedload,slipvariesfrommorethan5%forsmallorspecialpurposemotorstolessthan1%forlargemotors.Thesespeedvariationscancauseload-sharingproblemswhendifferentlysizedmotorsaremechanicallyconnected.Variousmethodsareavailabletoreduceslip,VFDsoftenofferingthebestsolution.StartingTherearethreebasictypesofcompetingsmallinductionmotors:single-phasesplit-phaseandshaded-poletypes,andsmallpolyphaseinductionmotors.Asingle-phaseinductionmotorrequiresseparatestartingcircuitrytoprovidearotatingfieldtothemotor.Thenormalrunningwindingswithinsuchasingle-phasemotorcancausetherotortoturnineitherdirection,sothestartingcircuitdeterminestheoperatingdirection.Incertainsmallersingle-phasemotors,startingisdonebymeansofashadedpolewithacopperwireturnaroundpartofthepole.Thecurrentinducedinthisturnlagsbehindthesupplycurrent,creatingadelayedmagneticfieldaroundtheshadedpartofthepoleface.Thisimpartssufficientrotationalfieldenergytostartthemotor.Thesemotorsaretypicallyusedinapplicationssuchasdeskfansandrecordplayers,astherequiredstartingtorqueislow,andthelowefficiencyistolerablerelativetothereducedcostofthemotorandstartingmethodcomparedtootherACmotordesigns.Self-startingpolyphaseinductionmotorsproducetorqueevenatstandstill.Availablecageinductionmotorstartingmethodsincludedirect-on-linestarting,reduced-voltagereactororauto-transformerstarting,star-deltastartingor,increasingly,newsolid-statesoftassembliesand,ofcourse,VFDs.SpeedcontrolBeforethedevelopmentofsemiconductor

powerelectronics,itwasdifficulttovarythefrequency,andcageinductionmotorsweremainlyusedinfixedspeedapplications.ApplicationssuchaselectricoverheadcranesusedDCdrivesorwoundrotormotors(WRIM)with

sliprings

forrotorcircuitconnectiontovariableexternalresistanceallowingconsiderablerangeofspeedcontrol.However,resistorlossesassociatedwithlowspeedoperationofWRIMsisamajorcostdisadvantage,especiallyforconstantloads.

Largeslipringmotordrives,termedslipenergyrecoverysystems,somestillinuse,recoverenergyfromtherotorcircuit,rectifyit,andreturnittothepowersystemusingaVFD.Inmanyindustrialvariable-speedapplications,DCandWRIMdrivesarebeingdisplacedbyVFD-fedcageinductionmotors.ThemostcommonefficientwaytocontrolasynchronousmotorspeedofmanyloadsiswithVFDs.BarrierstoadoptionofVFDsduetocostandreliabilityconsiderationshavebeenreducedconsiderablyoverthepastthreedecadessuchthatitisestimatedthatdrivetechnologyisadoptedinasmanyas30-40%ofallnewlyinstalledmotors.ConstructionThestatorofaninductionmotorconsistsofpolescarryingsupplycurrenttoinduceamagneticfieldthatpenetratestherotor.Tooptimizethedistributionofthemagneticfield,thewindingsaredistributedinslotsaroundthestator,withthemagneticfieldhavingthesamenumberofnorthandsouthpoles.Inductionmotorsaremostcommonlyrunonsingle-phaseorthree-phasepower,buttwo-phasemotorsexist;intheory,inductionmotorscanhaveanynumberofphases.Manysingle-phasemotorshavingtwowindingscanbeviewedastwo-phasemotors,sinceacapacitorisusedtogenerateasecondpowerphase90°fromthesingle-phasesupplyandfeedsittothesecondmotorwinding.Single-phasemotorsrequiresomemechanismtoproducearotatingfieldonstartup.Cageinductionmotorrotor'sconductorbarsaretypicallyskewedtoreducenoise.RotationreversalThemethodofchangingthedirectionofrotationofaninductionmotordependsonwhetheritisathree-phaseorsingle-phasemachine.Inthecaseofthreephase,reversaliscarriedoutbyswappingconnectionofanytwophaseconductors.Inthecaseofasingle-phasemotoritisusuallyachievedbychangingtheconnectionofastartingcapacitorfromonesectionofamotorwindingtotheother.Inthislattercasebothmotorwindingsaresimilar(e.g.inwashingmachines).PowerfactorThe

powerfactor

ofinductionmotorsvarieswithload,typicallyfromaround0.85or0.90atfullloadtoaslowas0.35atno-load,

duetostatorandrotorleakageandmagnetizingreactances.Powerfactorcanbeimprovedbyconnectingcapacitorseitheronanindividualmotorbasisor,bypreference,onacommonbuscoveringseveralmotors.Foreconomicandotherconsiderationspowersystemsarerarelypowerfactorcorrectedtounitypowerfactor.Powercapacitorapplicationwithharmoniccurrentsrequirespowersystemanalysistoavoidharmonicresonancebetweencapacitorsandtransformerandcircuitreactances.Commonbuspowerfactorcorrectionisrecommendedtominimizeresonantriskandtosimplifypowersystemanalysis.EfficiencyFullloadmotorefficiencyvariesfromabout85

%to97

%,relatedmotorlossesbeingbrokendownroughlyasfollows:Frictionand

windage,5

%–15

%Ironor

corelosses,15

%–25

%Statorlosses,25

%–40

%Rotorlosses,15

%–25

%Strayloadlosses,10

%–20

%.Variousregulatoryauthoritiesinmanycountrieshaveintroducedandimplementedlegislationtoencouragethemanufactureanduseofhigherefficiencyelectricmotors.Thereisexistingandforthcominglegislationregardingthefuturemandatoryuseofpremium-efficiencyinduction-typemotorsindefinedequipment.

From:Wikipedia,thefreeencyclopediathatanyonecanedit.异步电动机感应或异步电动机是一种需要电流产生扭矩，转子通过电磁感应从而获得定子的磁场绕组的交流电动机。感应电动机，因而不需要机械换向，单独激磁或自激对于所有从定子传递至转子的能量的全部或部分，通用的，有DC和大型同步电动机。一种感应电动机的转子可以是卷绕型或鼠笼型。三相鼠笼式异步电动机广泛应用于工业驱动器，因为他们坚固，可靠和经济。单相感应电动机被广泛地用于较小的负载，如家用的电器风扇。虽然使用在传统的定速的服务上，但是感应电动机正在越来越多地使用可变频率驱动器（VFD）的可变速度的功能。变频驱动器对于现有和未来感应电机的可变扭矩离心风机，泵和压缩机的负荷应用，提供了一种尤其重要的节约能源的机会。鼠笼异步电机非常广泛的应用在两个固定的速度和VFD应用。历史1824年,法国物理学家弗朗索瓦•阿拉戈证明了旋转磁场的存在,称为阿拉戈的旋转,通过手动开关打开和关闭；沃尔特·贝利在1879年制成第一个原始感应电动机。实用的交流感应电机似乎已经独立；伽利略尼古拉·特斯拉，工作电机模型于1885年，由后者在1887年发明并且已证明了前者。特斯拉申请了美国专利，在1887年的十月和十一月，被授予了其中的一些专利。1888年的五月和1888年4月，皇家科学研究院法拉利发表研究，对他的多相交流电动机，详细介绍了电机运行的基础操作。1888年5月,特斯拉技术论文提出一个新的系统,交流马达和变压器。美国电气工程师学会(AIEE)描述三四定子极电动机类型：与四极转子形成非自启动开关磁阻电动机，另一个具有一个缠绕转子形成一个自启动感应电动机，第三真实同步电机励直流供给至转子绕组。乔治·威斯汀豪斯，在电力系统中发展交流电，获得特斯拉的专利许可，1888年购买了法拉利的感应电动机的概念的美国专利选项。特斯拉也曾担任一年顾问。西屋电气的员工斯科特被分配到协助特斯拉，后来接管了西屋的感应电动机的发展。在他坚定不移地的推动三相发展中，米哈伊尔在1889年发明笼式异步电动机和1890年的三肢变压器。然而，他声称，特斯拉的两相脉动运动并不实用，所以，这促使他坚持他的三相工作。虽然西屋公司在1892年实现了第一个实用的感应电动机，并在1893年发明发达的多相60赫兹感应电机，但这些早期的西屋电机是两相电机绕线转子，直到BGLamme开发了旋转杆转子绕组。通用电气