1、三相异步电动机的启动与调速 一、能力目标一、能力目标二、仪器与设备二、仪器与设备三、项目要求三、项目要求测试三相笼型异步电动机直接启动时的启动电流和启动转矩，试验电路如图8-1所示。1按图8-1原理图接线。异步电动机直接与测功机同轴联接。2将电流表量程置于较大的档位（约为电动机额定电流的710倍）。三相异步电动机的启动与调速 3调整电动机所带负载，负载由大到小调整（电动机由堵转到旋转运行）。4将电动机接通三相交流电源，使电动机全压启动，观察电动机启动瞬间电流值（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量）。5记录电动机启动瞬间所带的负载大小。6将试验数据记录。7按下式计算：NNN9.5
2、5PTn三相异步电动机的启动与调速 图8-1 异步电动机直接启动三相异步电动机的启动与调速（二）测试三相笼型异步电动机星形-三角形（Y-）启动时的启动电流和启动转矩，试验电路如图8-2所示。1按图8-2接线。异步电动机直接与测功机同轴联接。2把三刀双掷Q开关合向左边（接法）。3将电动机接通三相交流电源，使电动机全压启动，观察电动机启动瞬间电流值和启动转矩。4把三刀双掷Q开关合向右边（Y接法），使电动机全压启动，观察电动机启动瞬间电流值和启动转矩。然后把Q合向左边，使电动机（）正常运行，整个启动过程结束。5将试验数据记录。三相异步电动机的启动与调速 6按下式计算：启动电流倍数，启动转矩和额定转矩
3、之比，。YIYstNKIITstNKTTYststIIYststTT三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速 1按图8-3接线。电机绕组为形接法。2开关Q合向右边，合上电源开关，使电动机由自耦变压器降压启动（自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%）并经一定时间再把Q合向左边，使电动机按额定电压正常运行，整个启动过程结束。观察电动机启动瞬间电流值以作定性比较。3将试验数据记录。4按下式计算：由自耦变压器降压启动时的一相电路图，图8-4所示。2NUkU2KNstIk I 2stKNTk T 三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速 图8-4自耦变压
4、器降压启动时的一相电路图三相异步电动机的启动与调速（四）测试绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动时的启动电流和启动转矩，试验电路如图8-5所示。1按图8-5接线。电机绕组为Y形接法。电动机与测功机相连。2转子每相串入启动与调速电阻箱。3接通交流电源，在定子电压为额定电压情况下，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。三相异步电动机的启动与调速 图8-5 绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动三相异步电动机的启动与调速（五）绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速1按图8-5接线。同轴联接较正直流测功机作为绕线式异步电动机的负载。2将转子每相串入附加电阻调至最大。3合上电源开关，电
5、动机空载启动，保持定子电压为额定电压，转子附加电阻调至零。4调整测功机所带负载值，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩不变，改变转子附加电阻值，测相应的转速记录。三相异步电动机的启动与调速 四、交流电动机的启动与调速工作原理四、交流电动机的启动与调速工作原理（一）交流电动机的启动启动是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。三相异步电动机在启动时，由于转子的机械惯性使转子启动的瞬间转速n、转差率Q，转子绕组产生较大的感应电动势，在转子绕组中产生很大的感应电流，使定子绕组中流过的启动电流也很大，约为额定电流的（47）倍。虽然启动电流很大，但因转子绕组的感抗很大，这时转子电路的
6、功率因数很低，所以启动转矩并不大，一般启动转矩约为其额定转矩的0.952倍。因此异步电动机启动的主要问题是：启动电流大，而启动转矩并不大。三相异步电动机的启动与调速 在电力系统中，一方面要求电动机具有足够大的启动转矩，使拖动系统尽快达到正常运行状态；另一方面要求启动电流不要太大，以免电网产生过大电压降，从而影响接在同一电网上其他用电设备的正常运行。此外，还要求启动设备尽量简单、经济、便于操作和维护。因此，对异步电动机的启动提出以下要求：三相异步电动机的启动与调速（1）应该有足够大的启动转矩。（2）尽可能小的启动电流。（3）启动过程中转速应该平滑地上升。（4）启动方法应该可靠、正确、方便，启动设
7、备简便、经济。（5）启动过程中的功率损耗应尽可能地小。对于不同类型和不同容量的异步电动机，应采用不同的启动方法。笼型异步电动机的启动分为全压启动和降压启动两种。绕线式异步电动机则采用转子绕组串电阻的方法。三相异步电动机的启动与调速 1笼型异步电动机的启动三相笼型异步电动机有两种启动方法，即在额定电压下的全压启动（又称直接启动）和经过启动设备减压后的降压启动（也称降压启动）。（1）直接启动（全压启动）直接启动是指利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压的电网上来启动电动机。直接启动方法的应用主要受电网容量的限制，一般情况下，只要直接启动时的启动电流在电网上引起的电压降不超过额定电压的1015
8、，并使变压器的短时过载不超过最大允许值。即单台电动机全压启动的额定功率如满足以下经验公式，就可进行全压启动，则三相异步电动机的启动与调速 式中 -电动机额定功率（kW）；PQ-电源变压器容量（kVA）；（0.20.3）系数由电动机启动情况来决定，如电动机是重载、频繁启动的应取不大于0.2的系数；如电动机是轻载、不频繁启动的应取不大于0.3的系数。容量在7.5kW以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。也可用下面的经验公式来估算电动机是否可以直接启动Ns(0.20.3)PPNPstN3kV A44kWII变压器容量（）电动机功率（）三相异步电动机的启动与调速（2）降压启动降压启动是利用启动设备
9、将电压适当减小后加到电动机的定子绕组上启动，等电动机转速升高到接近稳定转速时，再使电动机定子绕组上的电压恢复至额定值进行正常运行。由于电动机电磁转矩与电源电压平方成正比，所以降压启动时启动转矩将大为降低。为此，降压启动方法仅适用于电动机空载或轻载启动。笼型电动机常见的降压启动方法有四种：定子绕组串接电阻降压启动；自耦变压器降压启动；丫转换降压启动和延边三角形降压启动。三相异步电动机的启动与调速 1）定子绕组串电阻降压启动 定子绕组串电阻降压启动是指电动机启动时，把电阻串接在电动机定子绕组与电源之间，通过电阻的分压作用来降低定子绕组上的启动电压，待电动机启动后，再将电阻短接使电动机在额定电压下正
10、常运行，如图8-6所示。这种降压启动控制线路有手动控制、按钮与接触器控制、时间继电器自动控制和手动自动混合控制等四种方式，目前这种降压启动方法在生产实际中的应用正逐步减少。三相异步电动机的启动与调速 L1L2L3Q1FURstM3FUQ2图8-6 串电阻降压启动图8-7 自耦变压器降压启动三相异步电动机的启动与调速 2）自耦变压器的降压启动 这种降压启动方法是利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压，如图8-7所示。启动时，先合上开关Q1，再将开关Q2投向“启动”位置，这时经过自耦变压器降压后的交流电压加到电动机三相定子绕组上，电动机开始降压启动，待电动机转速升高到一定值后，再把Q2
11、投向“运行”位置，使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。采用自耦变压器降压启动，可以使电源供给电动机的启动电流为直接启动的1/k2倍。由于电压降低为1/k倍，故电动机的启动转矩降为1/k2倍。三相异步电动机的启动与调速 3）Y-转换降压启动 对于正常运行时定子绕组为三角形连接，并有六个出线端子的笼型异步电动机，为了减小启动电流，启动时将定子绕组星形连接，以降低启动电压，启动后再联成三角形。这种启动方法称为Y-降压启动，其接线图如图8-8所示。启动时将星三角转换开关的手柄Q2置于启动位，则电动机定子三相绕组的末端U2、V2、W2连成一个公共点，三相电源L1、L2、L3经开关Q1向电动机
12、定子三相绕组的首端UI、Vi、Wl供电，电动机以星形连接启动。加在每相定子绕组上的电压为电源线电压U1的倍，因此启动电流较小。Q1闭合，定子绕组连接成星形，电动机降压启动，当电动机转速接近稳定转速时，再把开关Q2推到运行位，电动机定子三相绕组接成三角形连接，这时加在电动机每相绕组上的电压即为线电压U1，电动机正常运行。三相异步电动机的启动与调速 用Y-降压启动时，启动电流为直接采用三角形连接时启动电流的13，所以对降低启动电流很有效，但启动转矩也只有用三角形连接直接启动时的13，即启动转矩降低很多，故只能用于轻载或空载启动的设备上。此法的最大优点是所需设备较少、价格低，因而获得了较为广泛的采用
13、。由于此法只能用于正常运行时为三角形连接的电动机上，因此我国生产的J02系列、Y系列、Y2系列三相笼型异步电动机，凡功率在4kW及以上者，正常运行时都采用三角形连接。三相异步电动机的启动与调速 4）延边三角形降压启动 延边三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组的一部分接成，另一部分接成Y，使整个绕组接成延边三角形，如图8-9（a）所示，待电动机启动后，再把定子绕组改接成全压运行，如图8-9（b）所示。这种启动方法称为延边三角形降压启动。延边降压启动是在Y-降压启动的基础上加以改进而形成的一种启动方式，它把Y和两种接法结合启来，使电动机每相定子绕组承受的电压小于连接时的相电压，而大于Y形连接
14、时的相电压，并且每相绕组电压的大小可随电动机绕组抽头（U3、V3、W3）位置的改变而调节，从而克服了Y-降压启动时启动电压偏低，启动转矩偏小的缺点。三相异步电动机的启动与调速 图8-9 延边三角形降压启动电动机定子绕组的连接方式(a)延边连结；(b)连结三相异步电动机的启动与调速 2绕线转子异步电动机的启动 三相绕线式转子异步电动机与笼型异步电动机的主要区别是转子绕组可通过电刷和集电环与启动变阻器或频敏变阻器串联，以改善电动机的机械性能，从而达到减小启动电流，增大增大启动转矩以及平滑调速的目的。（1）转子绕组串入电阻启动绕线转子异步电动机转子电路串变阻器启动，其控制原理图如图8-10所示。启动
15、前将变阻器电阻调到最大位置，使电阻全部接人转子电路，然后合上QS，随着电动机转速逐渐升高，将变阻器的电阻逐级切除，并最后将变阻器电阻全部短接。三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速（2）转子电路串人频敏变阻器启动 频敏变阻器启动的特点是，它启动时的电阻值，能随着转速的上升而自动平滑地减小，使电动机能平稳地启动。频敏变阻器的结构如图8-11（a）所示，启动原理图如图8-11（b）。频敏变阻器由铁心和绕组两个主要部分组成，一般做成三柱式，每个柱上有一个绕组，实际上是一个特殊的三相铁心电抗器，通常接成星形。频敏变阻器的铁心是用几毫米到几十毫米厚的钢板焊成的。三相异步电动机的启动与调速
16、 绕线转子异步电动机转子电路串频敏变阻器启动的原理图，如图8-11（b）所示。当电动机启动时，电动机转速很低，转子频率f2很大（接近f1），铁心中的损耗很大，即等效电阻R2很大，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。随着电动机转速的增加，转子电流频率f2下降（f2Qf1），于是R2减小，使电动机逐渐启动。整个启动过程中，由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率的减小而减小，从而达到自动变阻的目的，实现了电动机的无级启动。因此，只需要一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机启动启来。启动结束后，应将频敏变阻器短接，切除频敏变阻器。三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速（二）交流电动机的调速
17、原理所谓调速就是用人为的方法来改变异步电动机机械特性，使它在同一负载下，获得不同的转速，以适应生产的需要。根据三相异步电动机的转速公式可知，三相异步电动机的调速有以下三种方法：1）变极调速 改变定子绕组的磁极对数p。2）变转差率调速 改变电动机的转差率s。3）变频调速 改变电源频率f1。1160(1)(1)fns nsp三相异步电动机的启动与调速 1变极调速将三相异步电动机定子绕组展开图简化成如图8-12（a）的形式，此时U相绕组的磁极数为，若改变绕组的连接方法，使一半绕组中的电流方向改变，成为图8-12（b）的形式，则此时U相绕组的磁极数即变为，由此可以得出：当每相定子绕组中有一半绕组内的电
18、流方向改变时，即达到了变极调速的目的。三相异步电动机的启动与调速 图8-12 变极调速电动机绕组展开示意图(a)2p=4；(b)2p=2三相异步电动机的启动与调速 多速电动机定子绕组的接线方法很多，双速电动机常用的接线方法有两种，一种是绕组从单星形（Y）改接成双星形（2Y），如图8-13（a）所示；另一种是绕组从三角形（）改变成双星形（2Y），如图8-13（b）所示。这两种连接方法都是使磁极减少一半而使转速增加一倍，但电动机相应的机械特性和允许负载却各不相同，宜采用哪一种连接方法，要根据生产机械的要求来选择。三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速 图8-13 双速电动机定子绕组
19、接线(a)Y2联结；(b)/YY联结三相异步电动机的启动与调速 2改变转差率s调速图8-14 绕线转子异步电动机转子串电阻调速的机械特性改变转差率s的调速方法有：转子回路串电阻、改变电源电压、电磁转差离合器调速等方法。（1）转子回路串电阻调速 即改变转子电路的电阻，此法只适用于绕线转子异步电动机。三相异步电动机的启动与调速 如图8-14所示，绕线转子异步电动机转子串电阻后，电动机的同步转速和最大转矩都保持不变，但临界转差率增大，而临界转差率与转子回路电阻成正比，串入的电阻越大，转差率越大，电动机的转速就越低，机械特性就越软，从而达到调速的目的。这种调速方法简单，但在转子电路中串入电阻要消耗功率
20、，使电动机的效率降低；且调速范围小，又只用于绕线转子异步电动机上，故一般仅用在运输、启重等断续工作的生产机械上。三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速（2）改变电源电压调速 改变电动机的电源电压U1，可改变最大转矩的数值，因为电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比，即，对应不同电源电压的机械特性如图8-15所示。（3）电子转差离合器调速 这种调速方法适用于电磁调速异步电动机。电磁调速异步电动机又称滑差电动机。电磁调速异步电动机是由笼形异步电动机、转差离合器和控制装置三部分组成。三相异步电动机的启动与调速 三相异步电动机的启动与调速 3改变电源频率调速通过改变电源频率来调节电动机转速的方法，称为变频调速。当改变电源频率f时，异步电动机的同步转速n1与频率f成正比变化，从而转子转速n也随之改变。变频调速的调速范围较大，其调速范围可达10：1，能实现无级调速，且调速时对负载性质能根据需要加以控制：在Ulf为常数的情况下，可适用要求恒转矩负载；而在U1定值的情况下，可适用要求恒功率的负载。
