异步电动机的起动和制动

电机处于制动状态
n1 A
TL2 TL1
B
• 主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重 • 机械中。
4.回馈制动运行： 当电动机转子的转速超过旋转磁场的同步转速
时，这时的转矩也是制动转矩。
当多速电动机从高速调到
低速的过程中
F
n1
当起重机快速下放重物时
n
电动机已转入发电机运行，将重物的位能 转换为电能而反馈到电网里去，所以称为 发电反馈制动
返回
E点运行的转差率
s n1 (n) 0
n1
B
n
n1
A
总机械功率为
C
TL
TL1
T
D
E
即负载向电动机内输入机械功率
从定子到转子的电磁功率为 表明电机发出功率，减去定子损耗后，回馈给电网
• 例如，当电车下坡时，重力的作用将 使车速增大。一旦转速n＞n1，电机就 由原来的电动机状态变为发电机状态 运行，这时电机的有功电流和电磁转 矩方向都将倒转，从而制止了转速进 一步增加，起到了制动作用。由于电 流方向倒转，电功率回送到电网，故 称为回馈制动。
Is ( N2 Байду номын сангаас2 Is N1
Tst
k1a 2到T1st/直ka接倍。IIss///
N2 N1
1
电网供给的起动电流比直接起动时减小到
k
2 a
倍
8.3、线绕转子异步电动机的起动
• 1、频敏变阻器：实质上是一台铁损很大的电
抗器。它是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅
钢片而用厚钢板叠成。
AB C
• 铁心中产生涡流损耗 • 和一部分磁滞损耗， • 铁心损耗相当于一个 • 等值电阻，其线圈又
• 情况：起重设备在负载降落时，如高 速，则发电制动，以限制下降速度。
改变附加电阻大小可控制电机的转速
• 当起重机械提升重物时，当电机处于平衡 状态时，将以某一转速a点稳速运行。改 变转子附加电阻可控制提升速度，如b点 所示。
• 如需重物悬空后不动，则应增加转于附加 电阻以改变机械特性，使电磁转矩与负载 转矩相交于c点，这时n＝0。
如果电源容量不够大，可采用降压起动。即 起动时，降低加在电动机定子绕组电压， 起动时电压小于额定电压，待电动机转速 上升到一定数值后，再使电动机承受额定 电压，可限制起动电流。
• 作用： 限制起动电流 起动转矩按电压的平方而下降
• 应用： 适用于对起动转矩要求不高的场合，如风 机、离心泵电机等。
1、定子串接电抗器的降压起动
• 当需下放重物时，可再增大转子附加电阻， 使平衡点落于负转速区。例如图中d点， 转子将在反方向旋转。重物下降所产生的 转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩， 电机处于制动状态。
IlY 1
I l
3
起动电流和转矩均减少为1/3
返回
Y－ 起动应注意的问题：
（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。 （2） Y－ 起动时，起动电流减小的同时，起动转
矩也减小了。
所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合
返回
3. 自耦降压起动
L3 L2
合刀闸开关Q Q
FU
L1 Q2上合： 切除自耦变
• 方法
起动时，将电抗器接入定子电路起到降 压的目的；起动后，切除所串的电抗器， 电动机在全压下正常运行。
• 特点
❖减小了起动电流
2.Y－ 起动
U P
1 3 UP
Ul
Il Z A
C
X
Y
B
TstY
1 3
TSt
A
Ul
IlY
ZX
C
Y
B
正常运行
z 设：电机每相阻抗为
起动
I l
Ul Z
3
IlY
Ul 3Z
❖它具有一定的线圈电抗，功率因 数较低，起动转矩要小一些，故 一般适用于电机的轻载起动 。
2、转子串电阻起动（绕线式电动机）。
R
绕线式转子
Ist
起动时将适当的R
R 串入转子绕组中，
起动后将R 短路。
R
U1
U1
(R1
R2 )2
( X1
X
2
)2
Zk
R/ I2 I1
返回
（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大 的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机等。
反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。 即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定 子电流增大。
返回
反接制动过程中，电动机电源相序为负序， 因此转速n>0时，相应的转差率
s n1 n 1 n1
总机械功率为
即负载向电动机内输入机械功率 从定子到转子的电磁功率为
转子回路铜损耗
因此，转子回路中消耗了从电源输入的电磁功率 及由负载送入的机械功率，数值很大。为此，必 须在转子回路中串入较大的电阻，以减小电流， 保护电动机不致由于过热而损坏
为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻
简单、效果好，但能量消耗大
n
n1
A
B
C
TL
TL1
T
D
E
3、倒拉反转运行
• 指电动机的定子接线仍保持电动机运行时 的接法不变，如转子在外力推动下强迫了 反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。
n
n1 A
TL2
TL1
T
B
3、倒拉反转运行 n
当需下放重物时，可再增大 转子附加电阻，使平衡点落 于负转速区。例如图中B点， 转子将在反方向旋转。重物 下降所产生的转矩是原动转 矩，电磁转矩是制动转矩，
使Tst不大。
(5.)起动要求：①起动电流尽量小，以减小对 电网的冲击；
②起动转矩尽量大，以缩短起动时间； ③起动设备简单，可靠。
二、鼠笼式异步电动机的直接起动 ①优点：设备简单，操作方便； ②缺点：起动电流大，须足够大的电源； ③适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。
8.2鼠笼式电动机的降压起动
（3）待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正 常运行。 R
随着转子转速的升
高，逐渐减少电阻
R
R
8.4 三相异步电动机的制动
• 目的 ❖ 在负载转矩为位能性负载转矩的机械设备中（例 如起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时） 使设备保持一定的运行速度。
❖ 在机械设备需要减速或停止时，电动机能实现减 速和停止。
1、 能耗制动
方法:将运行着的异步电动机的定子绕组从三相 交流电源上断开后，立即接到直流电源上。
• 原理：电动机的定子绕组 从电源切断后，将其中任 意两端接上直流电源．
• 从而在空气隙中建立一静 止的磁场。
• 旋转着的转子切割磁场感 应电势，由于转子绕组是 一闭合电路，便产生电流 和电磁转矩。
• 该电磁转矩的作用方向与 转子旋转方向相反，起到 制动作用。
I
：
st
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 倍。
原因：起动时n 0，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流 定子电流
返回
影响： A 频繁起动时造成热量积累 电机过热
B 大电流使电网电压降低
(2)起动转矩
影响其他负载工作
起动时，虽然转子电流较大，但因转子 的功率因数很低，因此起动转矩并不是很大 的，与额定转矩之比为1.0-2.2。
如果起动转矩过小，就不能满载起动， 应设法提高；如果起动转矩过大，会使传动 机构受到冲击而损坏，应设法减小。
(3).起动电流：n=0,S=1时的电流。
Ist
U1
U1
(R1
R2 )2
(
X1
X
2
)
2
Zk
起动电流大的原因：此时处于短路。
(4).起动转矩不大的原因：1） m 减少； 2） cos 2 减小；
• 制动方法
❖机械制动：利用机械装置使电动机从电源 切断后能迅速停转。
❖电气制动:使异步电动机所产生的电磁转矩 T和电动机转子的转速n的方向相反。
• 制动——在原有旋转方向上产生一个反方向 的转矩（如加速停转、减速运行、恒速等）
• 异步电动机有四种电气制动的方法：
①能耗制动 ②回馈制动 ③反接制动 ④倒拉反接制动。
第8章 三相异步电动机的起动和制动 8.1 三相异步电动机的直接起动
一、概述
定义： 异步电动机的起动是指电机从静
止状态加速到稳态转速的整个过程，它 包括最初起动状态和加速过程。
主要指标：起动电流和起动转矩
希望：起动电流小、起动转矩大
实际：起动电流大、起动转矩不大（不宜
说起动转矩小）
(1)起动性能
1）起动电流
• 转子机械动能变为铜耗 而迅速耗掉，达到迅速 停车的目的，称为能耗 制动。
• 能耗制动在高速时效果 较好。
特点 能耗制动的优点是制动力强，制动较平稳。 缺点是需要一套专门的直流电源供制动用。
2、 反接制动
停车时，将电动机接到电源的三根线中的任意两 根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，电动 机的转矩方向与电动机原来的旋转方向相反，起 制动的作用。
Tst
2
3 pU12 R2' f1 (R1 R2' )2 ( X1
X
' 2
)2
n
R2 R2 R'2
R'2
T
0
（1）适于转子为绕线式的电动机起动。
（1）起动开始时，使全部电阻均串入转子回路， 随着转速的上升，电磁转矩将减小。
（2）为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切 除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有 较大的电磁转矩。
压器，全压
工作。
Q2
Q2下合： 接入自耦变
压器，降压
起动。
自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。
I
/ s
+
设在额定电压下直接起动
时，起动电流为Is。
I
// s
自耦变压器的变比为
ka=N1/N2
UN
－
U N1 N2
起动时电压降低到 1/ka倍，电动机的 起动电流相应减小
KM
• 是一个电抗，其电阻 • 和电抗都随频率变化
• 而变化。
• 电阻值随频率的减小而自动减小
• 起动初时，f2=f1，涡流损耗大，等效铁耗
电阻也大；
AB C
• 随着起动过程，
• f2=sf1减小， • 转子电流频率降
• 低，涡流损耗减小，
KM
• 等效铁耗电阻减小。
• 特点
❖具有结构简单、造价便宜、维护 方便、无触点、运行可靠、起动 平滑等优点。