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1、第十一章 三相异步电动机的起动、调速和制动,1,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,2,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，电动机常要起动，调速和制动等。,3,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。,4,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
2、起动,1.三相异步电动机的起动性能,5,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,6,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,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,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,9,决定电机起动方法的因数,供电容量、负
3、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,10,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,11,2.三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，
4、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。,12,全压起动电流在电网中引起的电压降不超过（1015）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,13,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Tst,2.三相笼型异步电动机的起动,14,定子回路串电阻或电抗器降压起动,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
5、机的起动,15,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,16,适用于接法的电动机。,星三角降压起动,17,结论：星三角起动时，起动电流减小为全压起动的1/3，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,18,自耦变压器的变比为，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：,自耦变压器降压起动,2.三相笼型异步电动机的起动,特点：应用范围广，但自耦变压器体积大，造价高。,起动电流为直接起动的，,起动转矩与电压平方成正比，也为直接起动的。,19,线绕转子异步电动机的特点：转子可外串电阻或变频器
6、。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,20,T,S,T,0 0.5 s,Tmax,Sk=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,21,（1）转子串电阻起动,图117 转子串电阻原理接线图,2.绕线式异步电动机的起动,22,（1）转子串电阻起动,23,（2）转子串频敏变阻器起动,图118 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,24,3.三相异步电动机的软起动,实现方法：把三对反并联晶闸管串接在异步电动机定子三相电路中，通过改变晶闸
7、管控制角来调节定子绕组电压，使其按照设定的规律变化，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。,25,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,26,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
8、。,27,1.改变转差率调速,常用方法：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。,一般电机电压变化，转速改变不大，调速范围小；主要用于风机、水泵等，这类负载转速改变不大，但功率变化较大。,28,图119 电压变化时机械特性曲线,1.改变转差率调速,29,（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1110 转子串电阻时的机械特性曲线,1.改变转差率调速,30,优点：简单，调速范围广。缺点：调速电阻消耗能量，增加功耗，
9、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,31,(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去，既实现节能，又达到调速的目的，也称为双馈调速。,1.改变转差率调速,32,2、变极调速,调速方法：电源频率不变、改变定子绕组极数，使电机同步转速改变。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
10、绕组。结论：有级调速，平滑性差，若采用两套绕组，则材料消耗多，电机体积增加，成本增大。近年来，工程实际中一般采用单绕组变极调速，即通过改变一套绕组的联结方式获得不同的极对数，实现调速。不适用于转子极对数固定的绕线式电动机。,33,2、变极调速,34,Y/YY联结改接法,/YY联结改接法,35,3.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。,36,（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
11、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,37,机械负载不同，降低电压方法也可不同。如，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。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,38,（2）从基频向上调节,端电压保持额定，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。变频调速通过变频器实现。变频器是一种固态频率变换装置，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连续调节，使异步电动机转速在较宽范围内平滑调节。,3.
12、变频调速,39,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,40,第三节 异步电动机的制动,制动方式：机械制动和电气制动。机械制动：由机械方式（如制动闸）施加制动转矩。电气制动：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。常用电气制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动几种。,41,1.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。,42,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
13、入直流电流，产生电磁转矩起制动作用，迫使转子停下来。常用于需要电动机迅速停车时。,1.能耗制动,43,制动方法：运行时，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，电机由电动状态变为发电状态运行。有功电流方向反向，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发电制动。,2.回馈制动,44,制动方法：异步电动机运行时，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，使电机停车，这种方法称为反接制动。反接制动的两种方式：改变电源相序，电机转速反向。,3.反接制动,45,（1）改变电源相序 改变定子电流的相序，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：制动迅速，设备简单。缺点：制动电流很大，需采取限流措施，且制动时能耗大，振动和冲击力也较大。,3.反接制动,46,（2）负载转矩使电动机反转 外力使转子转向改变，电源相序不变，电磁转矩与转子实际转向相反，为制动转矩，转子减速。主要用于以绕线式异步电动机为动力的起重机械拖动系统。起重机械下放重物时，保持电源相序与提升重物时相同，在转子回路串入较大电阻，使电磁转矩小于负载转矩，于是重物拖动电机转子反方向旋转，电机运行在反接制动状态。,3.反接制动,47,本章内容结束谢谢大家,48,
