三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速

三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速
作者：王峰
来源：《中国科技博览》2017年第35期
[摘要]异步电动机具备许多的特性，其中包括结构简单、价格相对较低、维护方便等。

所以，在电力拖动系统中经常能够看到异步电动机的身影。

电子技术以及交流调速技术的不断发展和逐渐成熟，极大地优化了异步电动机的调速技能。

到现在为止，在许多工业电气自动化领域中，异步电动机的电力拖动都得到了广泛运用。

[关键词]三相异步电动机；机械特性；启动；制动；调速
中图分类号：TP325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0038-01
1 三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性简单概括就是：在电动机的定子电压、频率还有绕组参数不变的情况下，电动机的转速或转差率与电磁转矩之间的关系，即n=f（T）或s=f（T）转速与转差率有某种程度上的对应关系。

机械特性可以用函数来表示，也可以用曲线来表示。

用函数表达机械特性曲线时有三种表达形式，包括物理表达式、参数表达式以及实用表达式。

物理表达式描述的是异步电动机电磁转矩是如何产生的，可知是因为主磁通与转子有功电流互相作用得以产生的电磁转矩。

参数表达式描述的是电动机和电源参数和电磁转矩的关系。

应用这一关系式，能够很便捷地描述参数变化对电磁转矩以及人为特性的影响。

实用表达式简单方便，有利于记忆，常常出现在工程计算中。

三相异步电动机的机械特性包括固有机械特性和人为机械特性。

固有机械特性指的是异步电动机在工作时达到额定电压和额定频率时，电动机按照正确的接线方式，在定子还有转子中没有外接电容电抗电阻时得到的机械特性曲线。

人为机械特性指的是人为改变电源电压、电流频率、定子极对数以及定子与转子电路的电阻与阻抗能够得到的不同机械特性。

用来反映过载能力和启动性能的两个非常主要的指标是电动机的最大转矩和启动转矩。

电动机的过载能力、启动性能和最大转矩、启动转矩有相同的变化趋势。

三相异步电动机的机械特性是以一条非线性曲线表现出来的。

2 三相异步电动机的启动
启动过程是指三相异步电动机以接入电网开始转动这一时刻开始算起，等到达额定转速时为止的这一段过程。

启动特点：启动电流比较大，大约是额定电流的5～8倍；启动转矩比较小，只能空载启动。

存在的问题：启动电流比较大，启动转矩比较小。

具有的危害：发热损坏绝缘、冲击点网以及不能重载启动。

启动的方法。

直接启动的含义：直接启动是指通过闸刀开
关等一些因素，在电源上直接加上定子绕组，即直接将额定电压加到定子绕组上。

直接启动的条件：需要较小容量的电动机，正常情况下是10kW以下。

直接启动的特点：操作不是很困难；启动电流相对较大；适用范围仅仅局限于小容量电动机。

控制线路的方式：直接启动。

对于容量不太大的三相异步电动机来说，可以采用直接启动；对容量较大一些的笼型电动机，则需采用降压启动。

降压启动主要包括定子串联电阻或者电抗电压启动、Y-D降压启动、自耦变压器降压启动。

降压启动方式是定子串接电阻和电机时，启动电流随着电压的一次方关系逐渐减小，但启动转矩随着电压的平方关系逐渐减小，比较适合轻载启动。

Y-D降压启动只适合应用于在平时运行时是三角形联结的电动机，这时它的启动电流和转矩都降低到直接启动时候的1/3，和启动转矩一样，同样适用于轻载启动。

当自耦变压器在进行降压启动时，启动电流和转矩都降低到应用直接启动时的1/k2（k是自耦变压器的变比），比较适合较大的负载启动。

绕线转子异步电动机的启动方式可以是转子串接电阻和频敏变阻器，启动转矩较大，启动电流较小，比较适合应用于大型、中型异步电动机的重载启动。

软启动器是一种新型电动机控制装置。

它集许多功能于一体，包括电机软启动、软停车、轻载节能以及多种保护功能，在国外被称作Soft？Starter。

这种新型电动机控制装置主要是由三相反并联晶闸管及其电子控制电路组成，串接在被控电动机和电源之间。

软启动器是被应用于串接在被控电动机和电源之间的。

它通过许多方法来控制存在于它本身内部晶闸管的导通角，使得电动机在输入电压时，通过运用预设函数的关系，从零开始逐渐上升，直到它的启动程序结束，给电动机增加全电压，即所谓的软启动。

在软启动过程中，电动机上面的启动转矩慢慢增加，转速也随之逐渐增加。

前面所说的软启动器其实是个调压器，它被应用于电动机启动时，这种输出只使电压发生了变化，频率并没有发生改变。

3 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转速公式为n=60*f*（1-s）/P，所以可以从（1）改变极对数P；（2）改变电源频率f；（3）改变转差率s三方面进行。

3.1 变极调速
在电源频率为恒定的情况下，改变电动机的极对数，就可以改变旋转磁场和转子的转速。

一般常用的有双速，三速和四速电机，但是它们的尺寸比同容量的异步机稍大，并且运行性能稍差，电机的出线端子比较多，需要用接触器进行换接。

但是在仅需要等级调速时，此法依然是非常好的方法。

3.2 变频调速
现代化的变频器功能非常强大，所以异步机变频调速系统，既具有优良的性能，又能发挥结构简单，运行可靠的优越性。

具体来说，有如下优点：（1）在电动机额定转速以下，可以实现恒转矩调速，使电动机的转速特性非常硬。

（2）在电动机额定转速以上，可以实现恒功率调速，使调速的范围变宽。

（3）变频起动时，电机可以在最大转矩下起动，且起动电流倍数，比直接启动时要小得多，从而减小了定子绕组端部的电磁应力，延长了电机使用寿命。

（4）通过对变频器参数的合理设置，可以使异步机变频调速系统，适用于风机泵类，传送带等各类负载。

并且获得近乎于完美的特性补偿。

而且根据需要，设定电动机的转速，进而实现了节能。

3.3 变转差率调速
此法是只适用于绕线转子电动机，其优点是方法简单，调速范围广，缺点是在工作的时候，要在调速电阻中，消耗一定的电功率。

所以主要用于中小功率的异步机中，例如：桥式起重机的主副起升电动机。

4 三相异步电动机的保护措施
4.1 短路保护
当电动机发生短路故障时，必须及时可靠地切断电源。

否则过大的短路电流将会很快烧毁电机，动力线路或者其他设备。

对于500V以下的低压电动机一般采用断路器的瞬动电磁脱扣器进行保护。

4.2 过载保护
通常采用热继电器或者断路器的热脱扣器，进行过载保护，亦称为过负荷保护。

热继电器常和中间继电器接触器等，组成过负荷保护装置。

4.3 缺相保护
三相异步电动机运行时，因为某种原因一相电压突然丢失，造成电动机两相运行的“单相”运行状态，叫缺相。

常用的缺相保护方法有下列4种：（1）采用带缺相保护装置的热继电器进行保护。

（2）欠电流继电器保护。

（3）专用的电动机保护器进行保护。

（4）零序电压继电器进行保护。

4.4 失电压和欠电压保护
失压和欠压保护，是为了防止电动机，在过低电压下继续运行，而烧毁的装置。

它可以在电压消失或者过低时，断开电动机的电源，同时可以防止，在电源电压突然恢复时，电动机自
启动。

其常用的是，交流接触器的电磁机构，减压启动器，或者断路器上的失压和欠压脱扣器，及电压继电器保护。

5 结论
在对三相异步电动机的技术方面不断改进得以提升的过程中，运用多种方法，如从国外引进一些设计经验和新技术、国内不断自主创新等，提高了车轮轧机的轧制精度，加工车削量减少，并在很大程度上提高了车轮的生产效率。

参考文献
[1] 岳琛祥.浅论三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速[J].科技信息，2012，13：126.
[2] 陈峰.浅论三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速[J].民营科技，2011，06：18.
[3] 李化彬.三相异步电动机的机械特性、制动理论[J].科技信息，2011，19：524.
[4] 温惠霞.浅论三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速[J].科技创新导报，2011，27：71.。