三相异步电动机的控制与调速概要

三相异步电动机的控制与调速了解电动机的启动、制动、及调速原理U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2三角型联结Y联结三相异步交流电动机电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机三相异步电动机按照定子绕组相数分单相异步电动机异步电动机交流电动机绕线型异步电动机按照转子绕组类型分鼠笼型异步电动机同步电动机三相异步电动机鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：三相异步电动机定子铁心定子定子绕组转子铁心转子转子绕组：绕线型绕组、鼠笼型绕组其它部分：机座、端盖、轴承、轴承盖、接线盒、风扇、吊环保护和固定定子绕组防护，支撑转子支撑转子轴固定转子保护和固定绕组引出端通风冷却电动机起吊搬抬电动机三相异步电动机的基本工作原理1.旋转磁场旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。对称：三相对称负载空间对称分布（1）旋转磁场的产生三相异步电动机的基本工作原理V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场电动机的转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS异步电动机中，旋转磁场代替了旋转磁极U1V2W1V1W20n(•)电流出()电流入U2U1V1W1sinsin120sin240mmmiItiItiItUiViWimIt三相对称绕组通入三相对称电流就形成-------------旋转磁场180tU2V1W20nU1V2W160tU1U2V2W1V1W2SN0n60A120tU2V2W1V1W20nUiViWitmI▲极对数（p）的概念：旋转磁场转速n0—同步转速如何改变旋转磁场的转速？以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W1W2i3i1i2以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即p=2U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3三相绕组四极旋转磁场电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：三相异步电动机的同步转速600pfnmin）r/(p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时，不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即0nn异步电动机如果:0nn无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得0)(1nns%10000nnns转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000nnns三相异步电动机的起动所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。三相异步电动机在启动时启动转矩并不大，但转子绕组中的电流I很大，通常可达额定电流的4～7倍，从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。（1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机根本无法启动。（2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。三相异步电动机的起动（3）造成过流保护装置误动作、跳闸。（4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下，还要求限制启动电流在允许的范围内。•三相异步电动机的起动•三相异步电动机的启动有两种方式，第一种是直接启动，即将额定电压直接加在电动机定子绕组端。第二种是降压启动，即在电动机启动时降低定子绕组上的外加电压，从而降低启动电流。启动结束后，将外加电压升高为额定电压，进入额定运行。两种方法各有优点，应视具体情况具体确定。从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。（1）容量在10kW以下（2）符合下列经验公式kW4AkV43启动电动机功率供电变压器容量NstII三相异步电动机的降压起动降压启动方式是指在启动过程中降低其定子绕组端的外施电压，启动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。这种方法虽然能达到降低启动电流的目的，但启动转矩也减小很多，故此法一般只适用于电动机的空载或轻载启动，具体方法包括：•（1）定子串电阻或电抗器降压启动•（2）Y/△降压启动•（3）定子串自耦变压器降压启动•（4）延边△降压启动（1）定子串电阻或电抗器降压启动三相笼形异步电动机启动时，在电动机定子电路串入电阻或电抗器，使加到电动机定子绕组端电压降低，减少了电动机上的启动电流。右图是三相笼形电动机定子绕组串电阻降压启动的原理图。这种启动方法具备设备线路简单，启动平稳，工作可靠，启动时功率因数高等优点。缺点是电阻的功率因数损耗大、温升高，所以一般不宜频繁启动。图三相异步电动机定子方串电阻降压启动（2）Y/△降压启动•对于正常运行为△形接法的三相交流异步电动机，若在启动时将其定子绕组接为Y形，则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的，降低了启动电压。目前生产的Y系列功率在4kV以上的中小型三相异步电动机，其定子绕组的规定接法一般为△形接法，所以在启动时，可以对其采用Y/△降压启动方法，即在电动机启动过程中，将定子绕组接成Y形接法，启动过程结束后，再接成△形接法。图4.7是Y/△降压启动的原理图，其工作情况如下。•（对于运行时定子绕组为星形联接的笼型异步电动机能用吗？？？）3/1合上开关QF后，若要启动电动机，则交流接触器KM1和KM2的主触点同时闭合，KM1将电动机的定子绕组接成Y形，KM2将电源引到电动机定子绕组端，电动机降压启动。当电动机的转速接近于稳定值时，KM1先断开而后KM3立即闭合，将电动机定子绕组的Y形接法解除而接成△形，进入额定运行状态。三相笼形异步电动机的Y/△降压启动简单，运行可靠，应用较广泛。但它只适用于正常运转时定子绕组为△接的电动机。图4.7Y/△降压启动原理图（2）Y/△降压启动（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△电路组成分析KMYKTM3～FRFR（2）Y/△降压启动（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△合上电源开关QSKMYKTM3～FRFR（2）Y/△降压启动L1L2L3KMKM△SB1SB2KMUVWKMYKMKMYKM△KMYKTKM△降压启动:按下SB1KT线圈得电KMY线圈得电KMYKTM3～FRFRFU1FU2QS（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△KMY主触头闭合KMY动合辅助触头闭合KMY动断辅助触头断开KM自锁触头闭合KM主触头闭合电动机降压启动KMYKTM3～FRFR（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△松开SB1电动机继续降压启动KMYKTM3～FRFR（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△KT延时断开的动断触头延时分断KMY线圈失电KMY主触头断开KMY动合辅助触头断开KMY动断辅助触头闭合KM△主触头闭合KM△动断辅助触头断开KT线圈失电电动机全压运行KMYKTM3～FRFR（2）Y/△降压启动L1L2L3FU1FU2KMKM△SB1SB2KMUVWQSKMYKMKMYKM△KMYKTKM△KM△KTM3～FRFRKT（3）定子串自耦变压器降压启动这种方法是利用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机定子绕组端，达到减小启动电流的目的，如图4.8所示。设自耦变压器的一次侧电压U1（即电源电压），电流为I1，二次侧电压为U2，电流为I2，变压比为k，则;ststIkI12图4.8自耦变压器降压启动（3）定子串自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动原理图（3）定子串自耦变压器降压启动U1V1W1KM3SB2KM1KTKM2SB1KM3L1L2L3FU1FU2FRKM3QSKM2KTKM1KTKM1KM2M3~FR3KM3KM1TM（4）延边△降压启动控制线路•启动时，把定子三相绕组的一部分联接成三角形，另•一部分联接成星形，每相绕组上所承受的电压，比三角形•联接时的相电压要低，比星形联接时的相电压要高，电动•机延边三角形降压启动，待电动机启动运转后，再将绕组•联接三角形，全压运行。（4）延边△降压启动控制线路U1U2U3W3W1W2V2V3V1原始状态（4）延边△降压启动控制线路启动时U1U2U3W3W1W2V2V3V1（4）延边△降压启动控制线路正常运转时U1U2U3W3W1W2V2V3V1（4）延边△降压启动控制线路KTKM2SB2KM3KM1KTSB1KM2L1L2L3FU1FU2FRKM1KM2U1V1W1QSKM1KM2W3U3V3FR3W2U2V2KM3KTKM3KM3电路组成分析M3~绕线转子异步电动机的起动•绕线转子异步电动机的转子采用三相对称绕组，且均采用星形联接。起动时通常在三相绕组中串可变电阻起动，也有部分用频敏变阻器起动。三相异步电动机的制动•电动机自由停车的时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准确地停车，如镗床、车床的主电动机需快速停车；起重机为使重物停位准确及现场安全要求，也必须采用快速、可靠的制动方式•制动：机械制动和电气制动电气制动：在电动机转子上加一个与转向相反的制动电磁转矩，使电动机转速迅速下降，或稳定在另一转速反接制动能耗制动常用一、机械制动•当电动机的定子绕组断电后，利用机械装置使电动机立即停转。电磁抱闸制动器MZD1系列交流单相制动电磁铁TJ2系列闸瓦制动器电磁抱闸制动器结构示意图1－线圈2－衔铁3－铁心4－弹簧5－闸轮6－杠杆7－闸瓦8－轴电磁抱闸制动器工作原理示意图1－弹簧2－衔铁3－线圈4－铁心5－闸轮6－闸瓦7－杠杆电源电磁抱闸通电制动控制线路L1L2L3FU1FU2KM1FRSB1SB2KM1YBQSKM1FRM3～KM2KM2KM1电路组成分析二、电气制动•电动机产生一个和电动机实际旋转方向相反的电磁转矩，使电动机迅速停转。•（一）能耗制动•（二）反接制动•（三）再生制动(三)再生发电制动•当起重机在高处开始下放重物时，电动机转速n小于同步转速n1，这时电