三相异步电动机简述及起动方式调速方法

三相异步电动机简述及起动方式调速方法概述：自从1887年发明了三相异步电机后，三相异步电动机在全世界得到广泛的应用。三相异步电机结构简单，无需电刷和换向器，可长期高速运行，只需对轴承进行维护。相对其他类型电动机而言故障率较低。我厂500多台电动机基本均为三相异步电动机。工作原理简述：在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，故称旋转磁场。转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。转子铜条（铝条）是短路的，有感应电流产生而产磁场。在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。电机转动要有三个条件：第一要有旋转磁场，第二转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，电机就速度减慢产生转速差，所以只要有旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。起动方式：三相异步电机起动方式有：1、直接起动,电机直接接额定电压起动。2、降压起动:(1)定子串电抗降压起动;(2)星形三角形启动器起动;(3)软起动器起动;(4)用自耦变压器起动。（5）转子绕线式电机采用转子绕组接电阻分段起动（或碱液水电阻起动），转子绕组接频敏变阻器起动两种方式。3、变频起动及分段变频起动。直接起动:直接起动是最好的起动方式之一，它是将电动机的定子绕组直接接入额定电压起动，因此也称为全压起动。全压起动具有起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。为了能够利用这些优点，目前设计制造的笼型感应电动机都按全压起动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。所以，只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩，起动引起的压降不超过允许值，就应该选择全压起动的方式。有人误认为降压起动比全压起动好，将负荷较重的电机也采用了降压起动方式，因而降低了起动转矩，延长了起动时间，使电动机发热更加严重，且设备复杂，投资增加，这是一个误区，应当引起重视。尤其是消防泵等应急设备希望起动快故障少，凡能采用直接起动的电机尽量采用直接起动方式。我厂500多台低压电动机、循环气压缩机电动机3300KW、循环水泵电机1600KW等40多台高压电机，（除22500KW空压机电机、14000KW增压机电机采用降压起动，水系统十几台低压水泵采用自耦变压器降压、Y－△星三角起动、软起动外），均采用直接起动方式。缺点起动时的电流一般为额定电流的4-7倍，对电网冲击大造成，理论上来说，只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5倍以上的，都可以直接起动。不需要降压起动。对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接起动的条件，另一方面强大的起动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网不利，所以大容量的电动机和不能直接起动的电动机都要采用降压起动起动或分段变频起动。直接起动时对所带的机械设备也有一定的冲击，如所带设备为皮带机时，重载起动时可能皮带头早期损坏或断裂。功率较大的电动机直接起动时，可能造成电动机所在电网的电压瞬间跌落，造成有低压保护的设备、变频器跳车，影响安全生产或设备早期损坏。我厂主变压器为40000KVA，最大直接起动设备为循环气压缩机电动机3300KW，当该电机起动时造成变压器电压瞬间跌落，造成同一变压器满载运行的变频器控制315KW液氧泵过载跳车。降压起动：定子串电抗起动，自耦变压器起动，Y－△星三角起动，软起动器起动，都属于降压起动。优点对电网冲击比较小，结构比较简单投资较少（相对于变频起动而言）。缺点起动转矩小，只适合用在轻载起动或者空载起动的地方。1、定子串电抗器降压起动：因为电动机的起动转矩与端子电压的平方成正比，在降低电动机端子电压的同时，更显著地降低了它的起动转矩。在电动机定子回路中串入电抗器降压起动的方法就是如此。虽然起动电流有所减小，但其起动转矩小得更多，如果被拖动的负载阻转矩较大时，使起动时间延长，电动机发热更严重。甚至会起动不起来，所以这种方法只适用于电机的空载起动或轻负荷起动，如风机、水泵类负荷等。在低压系统中很少采用。我厂的22500KW空压机电机和14000KW增压机电机均是采用定子串电抗降压补偿起动方式。起动电流小于2倍的电机额定电流。主变压器为40000KVA。2、用自偶变压器降压起动：采用自耦变压器降压启动，电动机的起动电流及起动转矩与其端电压的平方成比例降低，相同的起动电流的情况下能获得较大的起动转。如起动电压降至额定电压的65％，其起动电流为全压起动电流的42％，起动转矩为全压启动转矩的42%。自耦变压器降压起动的优点是可以直接人工操作控制，也可以用交流接触器自动控制，经久耐用，维护成本低，适合所有的空载、轻载起动异步电动机使用，在生产实践中得到广泛应用。缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压器箱（自偶补偿器箱），自动控制要配置自偶变压器、交流接触器等启动设备和元件。在我厂水系统有应用。3、Y－△降压起动：定子绕组为△连接的电动机，起动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行，采用这种方式起动时，每相定子绕组降低到电源电压的58％，起动电流为直接启动时的33％，起动转矩为直接起动时的33％。起动电流小，起动转矩小。Y－△降压起动的优点是不需要添置起动设备，有起动开关或交流接触器等控制设备就可以实现，缺点是只能用于△连接的电动机，大型异步电机不能重载起动。在我厂水系统有应用。4、软起动器：软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相晶闸管交流调压器（使用三只双向晶闸管或两只正反向并联共用六只）。运用不同的方法，改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。（软起器带短接切除装置，当晶闸管全部导通后，并联在晶闸管两端点接触器吸合，电流不再流经晶闸管，而被吸合后的接触器旁路）软起动器的优点是降低电压起动，起动电流小，适合所有的空载、轻载异步电动机使用。缺点是起动转矩小，不适用于重载启动的大型电机。在我厂水系统有应用。转子串电阻起动：绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环与电阻连接（有的采用碱液水电阻）。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。从某个角度讲，电动机又像是一个变压器，二次电流小，相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕组电流就相应减小。根据电动机的特性，转子串接电阻会降低电动机的转速，提高转动力矩，有更好的起动性能。在这种起动方式中，由于电阻是常数，将起动电阻分为几级，在起动过程中逐级切除，可以获取较平滑的起动过程。根据上述分析知：要想获得更加平稳的起动特性，必须增加起动级数，这就会使成本增加，设备复杂化。采用了在转子上串频敏变阻器的起动方法，可以使起动更加平稳。频敏变阻器起动原理是：电动机定子绕组接通电源电动机开始起动时，由于串接了频敏变阻器，电动机转子转速很低，起动电流很小，故转子频率较高，f2≈f1，频敏变阻器的铁损很大，随着转速的提升，转子电流频率逐渐降低，电感的阻抗随之减小。这就相当于起动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，频敏电阻器短接，起动过程结束。在起动过程中转子的起动能量都消耗在频敏变阻器上，频敏变阻器发热较严重，所以不能用于频繁起动的设备上。转子串电阻或频敏变阻器虽然起动性能好，可以重载起动，由于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机，所以只是在起动控制、速度控制要求高的各种绞车、升降机、输送机、行车等行业使用。变频器起动：通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压和频率可变的交流电的装置称作变频器。该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电，然后再把直流电变换为三相或单相交流电（简称交—直—交）。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。有的起动专用变频器频率不是连续可调而是分成几段如：5Hz、15Hz、25Hz、35Hz或根据用户分段，这种变频器成本较低。变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，价格较贵、内部结构复杂、需有一定专业基础的人员进行维护，但性能良好。所以不只是用于电动机的启动及调速，而是广泛的应用到工业及家电各个领域，随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。缺点现在依然是成本高，结构复杂，出现故障需要一定水平的电气技工处理。调速方法：电气调速：1.改变电动机磁极对数调速（在极少特殊地方应用）2、变频调速（现已普遍应用）3、绕线式电动机转子串电阻调速（变频器未普及前大型电气设备的主要调速方式，现应用较少）4、改变电源电压(应用极少，只在适合这种设备上应用）5、串级调速（应用极少）6、电磁转差离合器调速（现在小功率设备上还有应用）机械调速：1.带传动改变传动比调速（较常用，基本为三角带传动及链条传动）2.齿轮传动通过改变转动比调速(应用非常普遍）3.液压传动通过控制油泵的给油量调节的调速(在特殊场合使用）4.电磁转差离合器调速（这种调速即属于电气也属于机械，多用于小功率设备）一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。优点：具有较硬的机械特性、稳定性良好、无转差损耗、效率高、接线简单、控制方便、价格低。缺点：电机造价高、体积较大、有级调速、级差较大、不能获得平滑调速。如某绞车需快慢两种速度，电机有8极和2极两种绕组，慢速时电机接成8极740转左右，快速时接成2900转左右。二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗，应用范围广，调速范围大，调速平稳，特性硬，精度高；可远程控制，与PLC或DCS组成自动控制系统。缺点：缺点现在依然是成本高，结构复杂，出现故障需要一定水平的电气技工处理。当电压瞬间跌落容易造成跳车。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。我厂的液氧泵，高低压煤浆泵、合成冷却器风机等30多台设备均使用变频调速。三、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入电阻（或碱液水电阻），使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低，电阻越小转速越高。根据电动机的特性，转子串接电阻会降低电动机的转速，提高转动力矩，在这种调速方式中，由于电阻是常数，将起动电阻分为几级，在调速过程中逐级切除，可以获取较平滑的调速过程。根据上述分析知：要想获得更加平稳的调速特性，必须增加级数，这就会使成本增加，设备复杂化。缺点：转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。电机价格昂贵、结构复杂。与我公司合资的昊盛煤矿三部凿井绞车均采用这种调速方式，为得到较均匀的调速采用八级加速、减速方式。四、电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由三相异步电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于