《电工基础与测量》第5章-变压器与交流电动机-三相异步电动机

5.4.4 三相异步电动机的制动
当电动机断电后，因转子及拖动系统的惯性作用，总要经过一定时 间才能停转。在很多场合要求电机断电后，机械设备能迅速停止运行，以 提高机械设备的生产效率和安全度。制动方法有机械制动和电气制动两类。
机械制动通常利用电磁铁制成的电磁制动器来实现。电动机起动时 电磁制动器线圈通电，电磁铁吸合使制动闸瓦松开；电动机断电时，电磁 铁因制动器线圈同时断电而释放，在弹簧作用下，制动闸瓦将电动机转轴 紧紧抱住而实现制动。起重机械常采用这种制动方法，不但提高了工作效 率，还可以防止在工作过程中因突然断电使重物落下而造成的事故。
（2）降压起动 如果电动机直接起动时所引起的线路压降较大，必须采用降压起动，就 是在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流。笼型电动机的 降压起动常用下面几种方法： 1）Y－△换接起动 这种方法只适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电动机。在起动 时将定子绕组接成星型，当转速接近额定转速时再切换成三角形连接。这 样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 1/ 3
2. 起动方法 起动电流大是异步电动机的主要缺点。必要时须采用适当的起动方法以 减小起动电流。 （1）直接起动 直接起动是利用闸刀开关、交流接触器、空气自动开关等直接接到电源 上。其优点是设备简单、操作方便、起动迅速，但是起动电流大。
一台异步电动机能否直接起动要视情况而定。一般根据以下几种情况确 定：
电动机输出功率P2与从电源输入的功率P1不相等，其差值（P1 - P2）为电动
机的损耗，所以电动机的效率为
P2
电动机额定运行时效率约为72%～93%。
P1
6．功率因数
三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7～0.9。空载时功率因数很 低，只有0.2～0.3。为了提高电路的功率因数，要尽量避免电动机轻载或空载运行。
绝缘等级
A
E
B
F
H
最高允许温度（°C）
105
120
130
155
180
8．绝缘等级
绝缘等级是根据电动机绕组所用的绝缘材料、按使用时的最高 允许温度而划分的不同等级。常用绝缘材料的等级及其最高允许 温度见表5.4.3。
9．工作方式
工作方式是对电动机在铭牌规定的技术条件下持续运行时间的 限制，以保证电动机的温升不超过允许值。电动机的工作方式可 分为以下三种：
f=50Hz
A B C
整流器
f1、U1可调
逆变器
M
3~
_ +
图5.32 变频调速器置示意图
变频调速属于无级调速，频率调节范围一般为：0.5～320Hz。其主要优点 有：节电效果明显、调速时平滑性好、调速范围较大、精度高、 起动电流低、
机械特性曲线较硬、易于实现过程自动化等，深受工业行业的青睐。
2．变极调速
为此，需要电动机能产生制动作用，即在转子上能产生. 电气制动是在电动机转子上产生一个与原转动方向相反电磁转矩――制 动转矩来实现制动。异步电动机常用的电气制动方法有反接制动、能耗制 动和发电反馈制动。
1．能耗制动
图5.4.7是能耗制动的原理图。当电动机断电后，立即向定子绕 中组通入直流电而产生一个固定不动的磁场。由于转子仍以惯性 转速运转，转子导条与固定磁场间存在相对运动并产生感应电流 ，这个感应电流与固定磁场的相互作用，产生一个与电动机惯性 转动的方向相反的电磁转矩，从而起到制动作用。
F
_ +
Rp
F n1=0
M
n
3~
图5.34 能耗制动
F
n1
F
M
n
3~
图5.35 反接制动
能耗制动的特点是制动平稳准确，耗 反接制动的原理图。当电动机须停转时，将三根电源线中的任意两 根对调位置使旋转磁场反向，此时转子与旋转磁场形成很大的相对 转速（n1 + n），其相对转动方向与正常运行时相反，于是在转子 上产生制动转矩，使电动机迅速减速。当转速接近零时必须立即切 断电源，否则电动机将会反转。
2．接法
铭牌上的接法是指电动机在额定运行时定子绕组的连接方法。连接方法有星形 和三角形联接两种（见图5.2.7）。通常，Y系列4kW以上的三相异步电动机运行时 均采用三角形接法，以便于采用Y－△换接启动。
3．电压
是指电动机额定运行时，定子绕组上应加的线电压值。一般规定异步电动机运 行时的电压不应高于或低于额定值的5%。电压低于额定值时，将引起电动机转速 下降、定子电流增加。电压高于额定值时，磁路中的磁通将增大（因U1 = 4.44 k1f1N1Φm），磁通的增大又将引起励磁电流的急剧增大（由于磁路饱和），不仅使 铁损增加、铁芯发热，而且也会造成定子绕组严重过热。
这种起动方式常用于要求起动转矩较大的机械设备上，如起重机、锻压机、转炉等。
5.4.3 三相异步电动机的调速
在实际产生、生活中，常常需要改变机械设备的运转速度，如切削机床的主轴运动
随着工件与刀具的材料、工件直径、加工工艺的要求及走刀量的大小不同，要求有不
同的转速。传统的变速是通过笨重的齿轮箱来实现。如果采用电气的方法直接对电动
由式（5.4.2）可知，转差率s视为不变时，转子转速n与极对数p成反比，故
改变旋转磁场的极数可实现调速。
U11
U11
SN
U22
U21
NS
U22
S
N
U21
U12
U12
U11 U21
U12 U22
U11 U21
U12 U22
（a）P = 2
（b）P = 1
图5.33 改变极对数P的调速方法
采用变极调速的异步电动机，定子的每相绕组由多个线圈组成，改变每 相绕组线圈的连接方式，即可改变极对数。如图5.4.6所示，U相绕组由两 个线圈U11－U21和U12－U22组成。绕组线圈有两种接法，图（a）中是两 个线圈串联，产生p = 2的磁场，图（b）中是两个线圈头尾相连的反并联， 产生p = 1的磁场（改变线圈的连接方式后，线圈U11－U21中的电流方向不 变，而线圈U12－U22中的电流改变了方向）。当绕组线圈的连接方式在这 两者之间切换时，旋转磁场的转速将发生变化，使得转子转速跟随产生相 应的变化。
（a）起动
（b）正常运行
图5.28 定子绕组的两种接法
定子绕组星形连接起动时： 当定子绕组接成三角形直接起动：
I lY I PY
Ul 3Z
I l
3I P
3 Ul Z
比较以上两式可得
IlY 1 Il 3
即降压起动时的电流为直接起动时的1/3。
图5.4.2是一种利用手动开关控制的Y－△起动电路图。起动时将转换开关推到“起
表5.4.2 常用三相异步电动机产品名称代号
产品名称 鼠笼式异步电动机 绕线式异步电动机 防爆型异步电动机 防爆安全型异步电动机 高启动转矩异步电动机
新代号 Y，Y－L
YR YB YA YQ
汉字意义 异
异绕 异爆 异安 异起
旧代号 J，J0 JR，JR0 JB，JBS
JA JQ，JQ0
表中Y系列定子绕组是铜线，Y－L系列定子绕组是铝线。
1）容量在30kW及以下的异步电动机； 2）起动时电动机的起动电流在供电线路上引起的电压降不应超过正常 电压15%，如果没有独立变压器，则不应超过5%；
3）用户有独立的变压器供电时，频繁起动的电动机，其容量小于变压器 容量的20%时允许直接起动；不频繁起动的电动机，其容量小于变压器容量 的30%时允许直接起动。
型号：Y132M－4 功率：7.5KW
频率：50Hz
接法：△
电压：380V
电流：15.4A
功率因数：0.85 效率：87%
转速：1440r/min 绝缘等级：B
工作方式：连续 重量：
68kg
××××年 ×× 月 ×× 日 编号：×××××××× ×××电机厂
1．型号
电动机的型号是表示电动机的类型、用途和技术特征的代号，用大写
第5章 变压器与交流电动机
广东水利电力职业技术学院 电力工程系-供用电技术专业
5.4 三相异步电动机的使用
5.4.1 三相异步电动机的铭牌
电动机的铭牌数据为正确使用电机提供了依据。下面以Y132M－4型电动机为例，介绍 铭牌上各数据的意义，见表5.4.1。
表5.4.1 电动机的铭牌示例
三相异步电动机
拼音字母和阿拉伯数字组成。表5.4.1的铭牌中型号Y132M-4的意义为：
Y — 鼠笼式转子异步电动机（YR表示绕线式转子异步电动机）；
132 — 机座中心高为132mm；
M — 中机座（S表示短机座，L表示长机座）；
4 — 4磁极电动机，磁极对数为2。
常用三相异步电动机产品名称代号及其意义见表5.4.2。
5.4.2 三相异步电动机的起动
1. 起动性能 电动机接通电源启动后转速不断上升直至达到稳定转速，这一过程
称为起动。
在电动机接通电源的瞬间，转子尚未转动，转子导体切割磁场的速度很 大，导致起动电流Ist很大，一般是电动机额定电流的4 ~ 7倍。电动机的 起动转矩为额定转矩的1.0 ~ 2.2倍。起动电流虽然很大，但起动时间很短， 而且随着电动机转速的上升电流会迅速减小，故对于容量不大、且不频繁 起动的电动机影响不大。
7．转速
铭牌上的转速是指电动机在额定电压、额定频率及输出额定功率时的转速，称为
额定转速。由于额定状态下转差率很小，额定转速与旋转磁场转速相差很小，故可
根据额定转速判断出电动机的磁极对数。例如，若nN = 1440 r/min，则n1应为1500 r/min，推断出磁极对数P = 2。
表5.4.3 常用绝缘材料的等级及其最高允许温度
动”位置，使定子绕组接成星形，待电动机的转速接近额定转速时，再迅速将转换开