CH11三相异步电动机地起动调速和制动

1第十一章三相异步电动机的起动、调速和制动2第一节三相异步电动机的起动第二节三相异步电动机的调速第三节三相异步电动机的制动本章主要内容3概述本章着重从电机理论方面讨论异步电动机的起动、调速和制动。在实际拖动系统中，根据生产需要，电动机常常要进行起动，调速和制动等。4

第一节三相异步电动机的起动1.三相异步电动机的起动性能

起动的定义：从静止到转动起来的过程。起动要求起动时间短，设备简单，投资少。起动电流小，起动转矩大，转速平稳上升。起动时能耗小。5表示起动性能的两个物理量：起动电流和起动转矩。比起动转矩：单位电流的起动转矩，表示电动机的起动性能。

第一节三相异步电动机的起动1.三相异步电动机的起动性能

6单鼠笼异步电动机起动时：---转子支路短路很大，激磁支路可忽略电机起动电流

由于电机内阻抗很小，所以起动电流很大，起动电流与电源电压成正比。在全电压下起动时，起动电流通常为额定电流的5-7倍。异步电动机的起动电流和起动转矩7单鼠笼异步电动机起动时：异步电动机的起动电流和起动转矩8单鼠笼异步电动机起动时：异步电动机的起动电流和起动转矩9

必须根据拖动系统对起动性能的具体要求，确定电动机的起动方法。起动电流大，使母线电压降低，影响其它负载。起动转矩小，带重载起动困难。异步电动机起动存在的问题10决定电机起动方法的因数供电容量、负载特性、起动频繁与否。供电容量大，电机起动对电网影响小。重载起动，要求起动转矩大。起动频繁，对供电电网母线电压波动较大，希望起动电流小。异步电动机的起动方法11异步电动机的起动方法鼠笼式异步电动机起动直接起动降压起动：定子串电阻器起动，自耦变压器降压起动，星-三角换接起动，延边三角形起动等。绕线式异步电动机转子回路串电阻起动特殊设计的异步电动机起动方法122.三相笼型异步电动机的起动直接起动（全压起动）

起动时，电动机定子绕组加额定电压。优点：操作简单，起动设备的投资和维修费用小，可能的情况下应优先采用。

缺点：起动电流大，一般为额定电流5-7倍，起动转矩为额定转矩1-2倍，过大的起动电流使输电线路上较大的阻抗压降，影响同一供电系统上其它负载。13

全压起动电流在电网中引起的电压降不超过（10％～15％）额定电压（频繁起动时取10％），可以采取全压起动。在发电厂中，由于供电容量大，一般采用全压起动。如果供电变压器容量不够大，则应采用降压起动方式。2.三相笼型异步电动机的起动14适用于轻载起动。降压起动

起动时，将电源电压降低，以减小起动电流，但起动转矩也同时下降。U1Ist，但Tst2.三相笼型异步电动机的起动15①定子回路串电抗器降压起动

起动电流减小，但起动转矩按电压平方关系下降，下降更多，起动特性不是很好，生产中很少使用。2.三相笼型异步电动机的起动16②

星－三角降压起动

只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机。2.三相笼型异步电动机的起动17适用于接法的电动机。②

星－三角降压起动18结论：利用星－三角接法起动时，起动电流减小为全压起动的1/3。但是，起动转矩与电压的平方成正比，所以起动转矩也减小为全压起动的1/3。

2.三相笼型异步电动机的起动19③自耦变压器降压起动2.三相笼型异步电动机的起动

应用范围广，但自耦变压器体积大，造价高。起动时，加在电机上电压为电源电压的，电机接在变压器低压侧，高压侧电流为起动电流为直接起动的起动转矩与电压平方成正比，所以起动转矩也为直接起动的20线绕转子异步电动机的特点：转子可外串电阻或变频器。转子串电阻起动，可以使Ist↓，Tst，转子串电阻以后，Tmax不变，但Sk增加。当Sk=1时，Tst=Tmax。2.绕线式异步电动机的起动21TST00.5STmaxSk=1特点：R

，Tst，Tst=Tmax转子回路串入的电阻绕线式异步电动机的起动22（1）转子串电阻起动图11－7转子串电阻原理接线图2.绕线式异步电动机的起动23（1）转子串电阻起动24（2）转子串频敏变阻器起动图11－8转子串频敏变阻器原理接线图2.绕线式异步电动机的起动253.三相异步电动机的软起动

电力电子技术的不断发展，采用软起动技术取代传统的起动方法。常用的软起动是把三对反并联的晶闸管串接在异步电动机定子三相电路中，通过改变晶闸管的导通角来调节定子绕组电压，使其按照设定的规律变化，来实现软起动。软起动器是一种采用数字控制的无触点降压起动控制装置。26优点:可灵活设定软起动方式及起动电流曲线，有效控制起动电流和起动转矩，使电动机起动平稳。对电网冲击小，起动功耗小。在无调速要求的电力传动系统中应用逐渐增多。能实现软停车、软制动及断相、过载和欠压等多种保护功能，可实现电动机轻载节能运行。缺点：产生谐波，对电网和电动机不利。3.三相异步电动机的软起动27第二节异步电动机的调速异步电动机的调速有以下几种方式：改变转差率s调速，称为变转差率调速；改变磁极对数P调速，称为变极调速；改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。281.改变转差率调速常用的方法：调压调速和转子串电阻调速。（1）调压调速

当电源电压频率一定时，改变电压，则电磁转矩T随

成正比变化，而临界转差率不变，由此作出降低定子电压时的人为机械特性。29图11－9电压变化时机械特性曲线1.改变转差率调速30（2）转子串电阻调速

转子回路串电阻，机械特性变化，最大转矩不变，但达到最大转矩时的临界转差率变化。图11－10转子串电阻时的机械特性曲线1.改变转差率调速31优点：简单，调速范围广。缺点：调速电阻消耗能量，增加功耗，降低效率，随着转差率增大，转子铜耗增加，效率降低更多。

主要用于起重机械中的中、小功率异步电动机调速。1.改变转差率调速（2）转子串电阻调速32(3).串级调速实现方法：在转子回路接入一个转差频率的功率变换装置。即在转子的每相回路中串入频率为的附加电动势，通过控制的大小和相位，将转差功率回馈到电网中去，既可实现节能，又达到了调速的目的，又称为双馈调速。1.改变转差率调速332、变极调速调速方法：保持电源频率不变、改变鼠笼式异步电动机定子绕组的极数，使电动机同步转速改变。调速要求：定子绕组需特殊设计，通过改变绕组外部接线能改变极对数，如通过改变一套绕组的联结方式来获得不同的极对数，或者是采用两套不同极对数的绕组。结论：实现有级调速，平滑性差，如果采用两套绕组，则材料消耗多，电动机体积增加，成本增大。近年来，随着单绕组变极调速理论的发展，在工程实际中一般采用单绕组变极调速方法，即通过改变一套绕组的联结方式来获得不同的极对数，从而实现调速。不适用于转子极对数固定的绕线式电动机。342、变极调速35Y/YY联结改接法△/YY联结改接法363.变频调速

当转差率基本不变时，电动机转速与电源频率成正比，因此改变频率就可以改变电动机的转速，这种方法称为变频调速。把异步电动机额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。37（1）从基频向下调节异步电动机正常运行时

电压不变，主磁通将增大，使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增加、功率因数降低，因此在降低频率调速的同时，必须降低电源电压。3.变频调速38

根据机械负载的情况，在调速中可采用不同的降低电压方法。如，拖动恒转矩负载时，保持主磁通不变，以保证最大转矩基本不变，有：

即调频调压。拖动风机负载低速运行时，为了减小铁耗，可使主磁通低于额定值，为此电压应比保持不变时更低一些。3.变频调速39（2）从基频向上调节

端电压保持为额定值，则频率越高，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。

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。3.变频调速40

变频调速是异步电动机各种调速方法中性能最好的，虽然目前变频器的价格还较高，但是其性价比在不断提高，因此，变频调速在国内外各行业中得到了日益广泛的应用。3.变频调速41第三节异步电动机的制动

在生产过程中，有时需要快速停车、减速或定时定点停车，这时需要在电机转轴上施加一个与转向相反的转矩，即进行制动。制动的方式可分为机械制动和电气制动。机械制动是由机械方式（如制动闸）施加制动转矩，电气制动是施加于电动机的电磁转矩方向与转速方向反向，迫使电动机减速或停止转动。

421.能耗制动

能耗制动时，储存在转子中的动能转变为转子铜耗，以达到迅速停车的目的，所以这种方式称为能耗制动。43制动方法：异步电动机运行时，把定子从交流电源断开，同时通入直流电流，产生静止磁场，此时转子由于惯性作用仍按原来的转向转动，运动的转子导体切割恒定磁场，便在其中产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，此转矩与转子由于惯性作用而旋转的方向相反，所以电磁转矩起制动作用，迫使转子停下来。这种制动方式常用于需要电动机迅速停车时。1.能耗制动44

异步电动机运行时，使转速超过同步转速，则电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，电机转速减慢，此时异步电动机由电动状态变为发电状态运行。电机的有功电流方向也反向，电磁功率为负，电机将电能回馈到电网，所以回馈制动也称为再生制动。2.回馈制动45

异步电动机运行时，如果改变气隙磁场旋转方向，则电磁转矩和转速方向相反，成为制动转矩，使电动机停车，这种方法称为反接制动。3.反接制动46（1）改变电源相序改变定子电流的相序，使电机气隙磁场旋转方向反向，感应在转子中的感应电动势和电流反向，由于转子惯性作用，转子转向不变，所以由转子电流产生的电磁转矩方向与转子转向相反，电机处于反接制动状态，使转速迅速降低。当转速降为零时，为避免电机反向电动运行，需要及时切断电源。

优点是制动迅速，设备简单；缺点是制动电流很大，需要采取限流措施，并且制动时能耗大，振动和冲击力也较大。3