淺論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性啟動(dòng)制動(dòng)與調(diào)速

1、電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目: 淺論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速教學(xué)中心：電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)老師:學(xué)生姓名:鄭雪嬌職余文龍學(xué)稱(chēng)：講師號(hào)： v09642742150專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械電子工程電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2011年05月15日電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目：淺論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速任務(wù)與要求： 闡述異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠、價(jià)格低、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，異步電動(dòng)機(jī)的電 力拖動(dòng)已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中。就三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性岀 發(fā)，簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等技術(shù)問(wèn)題。辦學(xué)單位：電子科技大

2、學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心時(shí)間：2011 年2月25日至2011年5月20日共2周學(xué)生姓名:余文龍學(xué) 號(hào)： v09642742150專(zhuān)業(yè):機(jī)械電子工程指導(dǎo)單位或教研室:重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院指導(dǎo)教師：鄭雪嬌職稱(chēng)：講師電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2011 年 3 月 15 口畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃表日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指導(dǎo)教師 簽 字2 月 25 fi 至2月28日選題3月1日至3月15日論文提綱寫(xiě)作3月16日 至3月31日初稿寫(xiě)作4月1 口至4月20日二稿寫(xiě)作4 月 21 口 至5月15日定稿并上交論文的電子文檔5月16日 至5力25日做好論文答辯準(zhǔn)備教師對(duì)進(jìn) 度計(jì)劃實(shí) 施情況總評(píng)簽名年 月

3、日本表作評(píng)泄學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查記錄表學(xué)生填 寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：淺論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速學(xué)生姓名：余文龍學(xué)號(hào)：v09642742150專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子層次：專(zhuān)升本教學(xué)中心名稱(chēng)：電了科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)教師姓名及職稱(chēng)：鄭雪嬌講師教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間及地點(diǎn):電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心檢查 教師填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目工作量飽滿(mǎn)一般不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目涉及知識(shí)點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目?jī)r(jià)值很有價(jià)值一般價(jià)值不大學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作 任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

4、文）工作進(jìn)度填寫(xiě) 情況學(xué)生出勤情況及出勤的考核辦法學(xué)生與指導(dǎo)教師見(jiàn)面接受指導(dǎo)次數(shù)5次學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)日志是否 齊全其他檢查內(nèi)容：存在問(wèn)題及采取措施：檢查教師簽字：年 月日教學(xué)中心意見(jiàn)：學(xué)院審核意見(jiàn)（加蓋公章）：年月 日年 月 日闡述了異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠、價(jià)格低、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，fi前，異 步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中。就三相異步電動(dòng)機(jī) 的機(jī)械特性岀發(fā)，主要簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等技術(shù)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：三相界步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)機(jī)械特性啟動(dòng)制動(dòng)調(diào)速abstractinduction motor described stru

5、cture, reliable operation, low price, easy maintenance and a series of advantages, at present, asynchronous electric drive motor has been widely used in various industrial electrical automation field. to the mechanical properties of three-phase asynchronous motor starting, the main brief motor start

6、ing, braking, speed and other technical issues.key words three-phase asynchronous electric drive motor starts braking speed mechanical properties;第一章緒言1第二章三相異步電動(dòng)機(jī)原理及特性2第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2第二節(jié)三相異步電機(jī)的工作原理2第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性3第三章三相異步電機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題6第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的要求6第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題6第三節(jié)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械不同的起動(dòng)條件7第四章 三相異步電機(jī)的典型啟動(dòng)方式8第一節(jié)直

7、接啟動(dòng)8第二節(jié) 軟啟動(dòng)8第三節(jié)降壓?jiǎn)?dòng)9結(jié)論14謝辭16參考文獻(xiàn)17第一章緒言目前，工業(yè)中原動(dòng)力主要由電動(dòng)機(jī)提供，電動(dòng)機(jī)可分為直流和交流電機(jī)。由于直流 電機(jī)和交流電機(jī)的特點(diǎn)又決定了機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力大多由交流異步電機(jī)提供，尤其以鼠籠 式電機(jī)居多。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電網(wǎng)的總負(fù)載中，動(dòng)力負(fù)載約占59%,而異步電機(jī)則占總動(dòng) 力負(fù)載中的85%,由此可見(jiàn)異步電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)中的重要性，異步電機(jī)的應(yīng)用范圍是非 常廣的，容量從幾十瓦一育到幾千瓦，應(yīng)用在各種行業(yè)，例如，在工業(yè)方面，中小型的 軋鋼設(shè)備都采用異步電機(jī)，它也被廣泛地用在各種機(jī)床上和在各種輕工業(yè)中作為一般的 動(dòng)力裝備。在礦山上，它常用來(lái)拖動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。在農(nóng)

8、業(yè)方面，它被用來(lái)拖動(dòng)水 泵和其它副產(chǎn)品加工機(jī)械。此外，它在人民日常生活中也越來(lái)越占重要地位，例如電扇, 冷凍機(jī)，和各種醫(yī)療機(jī)械鐘也都采用異步電機(jī)。總之，異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍廣，需要量 大，而且隨著電氣化自動(dòng)化的發(fā)展，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的重要性也將逐步增 大。與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是相 對(duì)欠缺的是其啟動(dòng)性能和調(diào)速性能。作為調(diào)速性能，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)得到了 很好的解決，所以一直處于弱勢(shì)的是其啟動(dòng)性能。因?yàn)樵谠撾A段，由于啟動(dòng)過(guò)程中措施 不到位導(dǎo)致電流過(guò)人有可能會(huì)出現(xiàn)燒毀電機(jī)和引發(fā)電網(wǎng)故障的現(xiàn)象，所以在工程界比較 重視電機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題。第二章三

9、相異步電動(dòng)機(jī)原理及特性第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部分, 在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，叫空氣隙。定子由鐵心、繞組和機(jī)座三部分組成。定子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，它由0.5mm 的硅鋼片疊壓而成，片與片自間是絕緣的，以減少渦流損耗。硅鋼片的內(nèi)圈沖有定子槽, 槽中安放繞組，鐵心被疊壓后成為一整體，固定于機(jī)座上。定子繞組是電機(jī)的電路部分, 由許多線圈連接而成，每個(gè)線圈有兩個(gè)有效邊，分放在兩個(gè)槽里。三相對(duì)稱(chēng)繞組 ax,by,cz可連接成三角形或星形。機(jī)座主要用于固定和支撐鐵心定子。轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心壓裝在轉(zhuǎn)軸上，由硅鋼片

10、疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵心也 是電機(jī)磁路的一部分。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組多采用鼠籠式，它是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條, 再將全部銅條兩端焊接在兩個(gè)銅端環(huán)上組成，小型鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組多用鋁離心澆注而 成。異步電機(jī)的繞組除了鼠籠式還有線繞式。線繞式轉(zhuǎn)子繞與定子繞組一樣，轉(zhuǎn)子繞組 一般是連接成星形的三相繞組轉(zhuǎn)子繞組組成的磁極數(shù)與定子相同，線繞式轉(zhuǎn)子通過(guò)軸上 的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動(dòng)性能和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。鼠籠式和線繞式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但其工作原理是相同的。第二節(jié)三相異步電機(jī)的工作原理肓流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)一靜止的磁場(chǎng)與通入電樞繞組中的電流相互作用而產(chǎn)牛一恒定 方向上的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。而異步電機(jī)是

11、通過(guò)一旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)與感應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)所 產(chǎn)牛的電流相互作用而產(chǎn)牛電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。noooso 0 o圖2-1三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理上圖是三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖，定子上裝有對(duì)稱(chēng)三相繞組，在圓柱體的轉(zhuǎn)子 鐵心上嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用銅環(huán)把他們連接成一個(gè)整體。當(dāng)定子接通 三項(xiàng)電源后，即在定子、轉(zhuǎn)子z間的氣隙內(nèi)建立了一同步速為nl的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)旋 轉(zhuǎn)時(shí)將切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體屮將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其方向 可由右手定則確定。磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，導(dǎo)體相對(duì)磁體為逆時(shí)針?lè)较蚯懈畲帕€。轉(zhuǎn) 子上半邊導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)的方向?yàn)槌鰜?lái)的，用。表示；下半邊導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)的方向?yàn)檫M(jìn)去 的

12、，用表示。因轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，導(dǎo)體中有電流，其方向與電勢(shì)相同。載流導(dǎo)體在 磁場(chǎng)屮再受到磁力作用，其方向由左手定則確定，如圖(do這樣，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上形 成一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。綜上，三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的必備條件：一是電動(dòng)機(jī)的定子必須產(chǎn)生一個(gè)在空 間不斷旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，二是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子必須是閉合導(dǎo)體。第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩t是由載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)屮受電磁力的作用而產(chǎn)生的，它使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),tcsr2ui2/(fl r22+fls2x202)ou1-定子繞組線電壓有效值，單位伏特(v)；fl-定子電源頻率，單位是赫茲(hz)；s電動(dòng)

13、機(jī)的轉(zhuǎn)差率；r2-轉(zhuǎn)子繞組一相電阻，單位是歐姆(q)；x20-一轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)一相感抗，單位是歐姆(q)；c與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)。為了分析方便，將異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩t代 替電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩t2。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子參數(shù)r2及x20是一定的，電源頻率fl也是一定的，故當(dāng)電源電 壓u1 定時(shí)，上式即表明異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩t只與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，因此可用函數(shù) 式t表示，稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，畫(huà)出其圖象則稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩特性曲。如下圖所示:邛臨翻號(hào)比:啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩即s二1時(shí)的轉(zhuǎn)矩vtst七sn sm幀定轉(zhuǎn)矩tn對(duì)應(yīng)籲幽徐天強(qiáng)矩tm對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)屋率s稱(chēng)臨界轉(zhuǎn)差率s.庫(kù)s稱(chēng)礙襲差率sn 圖2-2異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 電動(dòng)

14、機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算式旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械功率等于轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的乘積，對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，就有p2=t2q。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩t2用牛米(n m)作單位，旋轉(zhuǎn)角速度q用弧度/秒(rad/s)作 單位時(shí)，輸出功率p2的單位是瓦特。在電動(dòng)機(jī)中計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)輸出功率p2的單位是千瓦(kw),轉(zhuǎn)速n的單位是轉(zhuǎn)/分 (r/min),可以將計(jì)算公式簡(jiǎn)化，在額定狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩公式為:tn=9550pn/nno圖2-3異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，作用在軸上的有兩種轉(zhuǎn)矩，一種是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩t, 一 種是生產(chǎn)機(jī)械作用在軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl (其它如摩擦轉(zhuǎn)矩忽略不計(jì))，當(dāng)t二tl時(shí)，電 動(dòng)機(jī)便以某種相應(yīng)轉(zhuǎn)速

15、穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)t>tl時(shí)，電動(dòng)機(jī)則提高轉(zhuǎn)速；當(dāng)t<tl時(shí)，電 動(dòng)機(jī)將降低轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)(-)額定轉(zhuǎn)矩:額定轉(zhuǎn)矩t是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下工作時(shí)，軸上輸岀的最大 允許轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩可根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌的額定功率和額定轉(zhuǎn)速用公式來(lái)求得。(-)最大轉(zhuǎn)矩與過(guò)載系數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)矩tm,而且不許太接近tm,否則，電動(dòng)機(jī)略 一過(guò)載，電動(dòng)機(jī)便停轉(zhuǎn)，因此，一般電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩較最大轉(zhuǎn)矩小得多。把最大轉(zhuǎn)矩 與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱(chēng)作過(guò)載系數(shù)入，它是表示電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力的一個(gè)參數(shù)。(三)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)能力電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩tst是指電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)瞬間(n=0, s=l)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)

16、矩與額定 轉(zhuǎn)矩之比可表示起動(dòng)能力，用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)來(lái)表示，是標(biāo)明異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的重要 指標(biāo)。空載或輕載起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)能力為11.8, 般的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)能力為1.52.4, 在重負(fù)荷下起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故起動(dòng)能力可達(dá)2.63第三章三相異步電機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的要求1）電動(dòng)機(jī)有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2）一定大小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩前提下，啟動(dòng)電流越小越好。3）啟動(dòng)所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。4）啟動(dòng)過(guò)程中功率損耗越小越好。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性中最主要的是它的起動(dòng)力矩。設(shè)起動(dòng)力矩為m,為了機(jī)組能轉(zhuǎn)動(dòng) 起來(lái)，必須大于拖動(dòng)機(jī)械在n=0時(shí)的靜負(fù)載力矩m加上靜摩擦

17、阻力。圖3-1電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性曲線圖3-1曲線1表示異步機(jī)的m-s曲線，曲線2和3表示（如圖4）兩種不同的負(fù) 載特性曲線，為了能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，必須要求a點(diǎn)在b點(diǎn)或c點(diǎn)的上面，否則機(jī)組將轉(zhuǎn)動(dòng)不 起來(lái)。根據(jù)力矩平衡關(guān)系可以得出，為了保證能順利加速到額定轉(zhuǎn)速，在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程 忠，必須保持正的加速度，也就要求電動(dòng)機(jī)的電磁力矩m在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中大于負(fù)載 的制動(dòng)力矩。在相同的慣量下，力矩的差額越大，加速越快。慣量大得機(jī)械，起動(dòng)就較 慢。對(duì)于重復(fù)起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，加速過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響是很大的。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性的另一個(gè)問(wèn)題是起動(dòng)電流，在起動(dòng)時(shí)電流的大小可以用等值電路 來(lái)求得。界步機(jī)在額定電壓下的起動(dòng)

18、電流常大于額定電流好兒倍。起動(dòng)電流太大的影響 是：一方面將影響電源的電壓，太大的起動(dòng)電流將產(chǎn)生較大的線路壓降，使得電源電壓 在起動(dòng)時(shí)下降，特別當(dāng)電源容量較小時(shí)電壓降更多，可能影響電源上其它電機(jī)的運(yùn)行。 另一個(gè)方面，大的起動(dòng)電流將在線路及電機(jī)屮產(chǎn)生損耗引起發(fā)熱，特別是當(dāng)加速力矩較 小，機(jī)組的慣量j較人，起動(dòng)很慢的情況下，損耗將很多而發(fā)熱也更嚴(yán)重。由上面可以 看出，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求是不同的，須看負(fù)載的特性，電網(wǎng)的情況等因素而定。有時(shí) 要求有大的起動(dòng)力矩，有時(shí)要求限制起動(dòng)屯流的大小，有時(shí)兩個(gè)要求須同時(shí)滿(mǎn)足?？偟?來(lái)說(shuō)，要考慮下列各問(wèn)題：1.應(yīng)該有足夠大的起動(dòng)力矩，適當(dāng)?shù)臋C(jī)械特性曲線2. 盡可能小的

19、起動(dòng)電流；3. 起動(dòng)的操作應(yīng)該很方便；所用的起動(dòng)設(shè)備應(yīng)該盡可能簡(jiǎn) 單、經(jīng)濟(jì)；起動(dòng)過(guò)程中的功率損耗應(yīng)盡可能的少。第三節(jié)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械不同的起動(dòng)條件用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械有不同的起動(dòng)條件，有些機(jī)械在起動(dòng)時(shí)負(fù)載力矩很小，隨 著速度的增大力矩漸增大到額定值，這些負(fù)載的例子如鼓風(fēng)機(jī)，它的負(fù)載力矩差不多和 轉(zhuǎn)速的平方成正比，起動(dòng)吋只需克服一些靜摩擦力矩。有些機(jī)械在起動(dòng)吋負(fù)載力矩就和 額定轉(zhuǎn)速吋一樣人，這類(lèi)的例子象卷?yè)P(yáng)機(jī)等起垂設(shè)備。有些機(jī)械則在起動(dòng)過(guò)程中負(fù)載較 輕，等速度高起來(lái)以后再加上負(fù)載，例如機(jī)床等。此外，起動(dòng)的頻繁程度也是需要考慮 的因素。有些機(jī)械起動(dòng)次數(shù)少，有些則不斷地停而又再起動(dòng)。這一切因素都將電動(dòng)

20、機(jī)起 動(dòng)性能提出不同的要求。第四章三相異步電機(jī)的典型啟動(dòng)方式第一節(jié)直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)就是用閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器把電機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。在變壓 器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該盡可能采用全電壓直接起動(dòng)，既可以提高 控制線路的可靠性，乂可以減少電器的維修工作量。電動(dòng)機(jī)單向起動(dòng)控制線路常用于只 需要單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的小功率電動(dòng)機(jī)的控制。例如小型通風(fēng)機(jī)、水泵以及皮帶運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械 設(shè)備。圖41是電動(dòng)機(jī)單向起動(dòng)控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡(jiǎn)單的控 制線路，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)距離控制、頻繁操作等。直接啟動(dòng)方法主要受電網(wǎng)配電變壓器的容量限制，過(guò)大啟動(dòng)電流可能會(huì)使電壓下

21、 降，影響在同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運(yùn)行。一般異步電機(jī)的功率小于7.5千瓦時(shí)允許 肓接啟動(dòng)，對(duì)于更大容量的電機(jī)能否使用要視配電變壓器的容量和各地電網(wǎng)部門(mén)而定。第二節(jié)軟啟動(dòng)以上兒種降壓?jiǎn)?dòng)的方法是有級(jí)啟動(dòng)，啟動(dòng)的平滑性不高，應(yīng)用一些自動(dòng)控制線路 組成的軟啟動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)鼠籠式界步電機(jī)的無(wú)級(jí)平滑運(yùn)動(dòng)，這種方法稱(chēng)為軟啟動(dòng)。軟啟 動(dòng)分為磁控式和電子式兩種。磁控式故障率高，己被電子式取代。啟動(dòng)過(guò)程電機(jī)所加的電壓不是一個(gè)固定值，軟啟動(dòng)裝置輸出電壓安指定要求上升， 被控電機(jī)電壓由零安指定斜率上升至全電壓，轉(zhuǎn)速相應(yīng)由零上升到規(guī)定轉(zhuǎn)速。軟啟動(dòng)能 保證電機(jī)在不同負(fù)載下平滑啟動(dòng)，減少電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊，又降低對(duì)自身承

22、受的較大 結(jié)構(gòu)沖擊力。軟啟動(dòng)可以設(shè)定起始電壓、上升方式、啟動(dòng)電流倍數(shù)等參數(shù)，以適用重載、輕載 啟動(dòng)不同情況。第三節(jié)降壓?jiǎn)?dòng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)采用全壓直接起動(dòng)時(shí)，控制線路簡(jiǎn)單，維修工作量較少。但是， 并不是所有異步電動(dòng)機(jī)在任何情況下都可以采用全壓起動(dòng)。這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的全壓 起動(dòng)電流一般可達(dá)額定電流的47倍。過(guò)人的起動(dòng)電流會(huì)降低電動(dòng)機(jī)壽命，致使變壓器 二次電壓大幅度下降，減少電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至使電動(dòng)機(jī)根本無(wú)法起動(dòng)，還要 影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作。如何判斷一臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否全壓起動(dòng)呢？ 一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)容量在10kw以下者，可 直接起動(dòng)。10kw以上的異步電動(dòng)機(jī)是否允許直接起動(dòng)，要

23、根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量和電源變壓 器容量的比值來(lái)確定。對(duì)于給定容量的電動(dòng)機(jī)，一般用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估計(jì):iq/ie< （3/4+電源變壓器容量）/ （4x電動(dòng)機(jī)容量），式中iq電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)電流；ie電 動(dòng)機(jī)額定電流。若計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足上述經(jīng)驗(yàn)公式，一般可以全壓起動(dòng)，否則不予全壓起動(dòng)，應(yīng)考慮采用 降壓起動(dòng)。有時(shí)，為了限制和減少起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊作用，允許全壓起動(dòng)的電 動(dòng)機(jī)，也多采用降壓起動(dòng)方式。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)的方法有以下幾種：定子電路串電阻（或電抗）降壓起 動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、y降壓起動(dòng)、降壓起動(dòng)等使用這些方法都是為了限 制起動(dòng)電流，（一-般降低電壓后的起動(dòng)電流為電動(dòng)機(jī)額定電流

24、的2-3倍），減小供電干線的 電壓降落，保障各個(gè)用戶(hù)的電氣設(shè)備正常運(yùn)行。串電阻（或電抗）降壓起動(dòng)控制線路在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，常在三相定子電路中串接電阻（或電抗）來(lái)降低定子繞組上 的電壓，使電動(dòng)機(jī)在降低了的電壓下起動(dòng)，以達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的。一旦電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速接近額定值吋，切除串聯(lián)電阻（或電抗），使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行。這種線路 的設(shè)計(jì)思想，通常都是采用時(shí)間原則按時(shí)切除起動(dòng)時(shí)串入的電阻（或電抗）以完成起動(dòng) 過(guò)程。在具體線路中可采用人工手動(dòng)控制或時(shí)間繼電器自動(dòng)控制來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。km2sc 腺pbl亠sb2二kmsb2-£km1<a>kt圖4-2定子串電阻降壓起動(dòng)控制線路圖4

25、-2是定子串電阻降壓起動(dòng)控制線路。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)在三相定子電路屮串接電阻, 使電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓降低，起動(dòng)后再將電阻短路，電動(dòng)機(jī)仍然在正常電壓下運(yùn)行。這 種起動(dòng)方式由于不受電動(dòng)機(jī)接線形式的限制，設(shè)備簡(jiǎn)單，因而在屮小型機(jī)床屮也有應(yīng)用。 機(jī)床屮也常用這種串接電阻的方法限制點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)的起動(dòng)電流。圖6 (a)控制線路的 工作過(guò)程如下：按sb2, km1得電(電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng))，kt得電,km2得電(短接電阻，電 動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行)，按sb1, km2斷電，其主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停車(chē)。只要km2得電就能使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。但線路圖(a)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后km1與kt 一直得電動(dòng)作，這是不必要的。線路圖(b)就解決了這

26、個(gè)問(wèn)題，接觸器km2得電后，其 動(dòng)斷觸點(diǎn)將km1及kt斷電，km2自鎖。這樣，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，只要km2得電， 電動(dòng)機(jī)便能正常運(yùn)行。串電阻起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是控制線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，動(dòng)作可靠，提高了功率因數(shù), 有利于保證電網(wǎng)質(zhì)量。但是，由于定子串電阻降壓起動(dòng)，起動(dòng)電流隨定子電壓成正比下 降，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩則按電壓下降比例的平方倍下降。同時(shí)，每次起動(dòng)都要消耗大量的電能。 因此，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)采用電阻降壓的起動(dòng)方法，僅適用于要求起動(dòng)平穩(wěn)的屮小 容量電動(dòng)機(jī)以及起動(dòng)不頻繁的場(chǎng)合。大容量電動(dòng)機(jī)多采用串電抗降壓起動(dòng)。串自耦變壓器降壓起動(dòng)控制線路在自耦變壓器降壓起動(dòng)的控制線路中，限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流是依靠自耦變壓

27、器的降 壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。自耦變壓器的初級(jí)和電源相接，自耦變壓器的次級(jí)與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)。i 耦變壓器的次級(jí)一般有3個(gè)抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時(shí)，可根據(jù)起動(dòng)電 流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二 次電壓，一旦起動(dòng)完畢，自耦變壓器便被切除，電動(dòng)機(jī)直接接至電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，屯動(dòng)機(jī)進(jìn)入全屯壓運(yùn)行。通常稱(chēng)這種自耦變壓器為起動(dòng)補(bǔ)償器。這一線 路的設(shè)計(jì)思想和串電阻起動(dòng)線路基本相同，都是按時(shí)間原則來(lái)完成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的。在自耦變壓器降壓起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)電流與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低。在 獲得同樣起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)從電網(wǎng)

28、獲取的電流，比采用電阻 降壓起動(dòng)要小得多，對(duì)電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。所以自耦變壓器被稱(chēng)之為起動(dòng)補(bǔ) 償器。換句話(huà)說(shuō)，若從電網(wǎng)取得同樣大小的起動(dòng)電流，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)會(huì)產(chǎn)牛 較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這種起動(dòng)方法常用于容量較大、正常運(yùn)行為星形接法的電動(dòng)機(jī)。其缺 點(diǎn)是自耦變壓器價(jià)格較貴，相對(duì)電阻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，h是按照非連續(xù)工作制設(shè)計(jì) 制造的，故不允許頻繁操作。y降壓起動(dòng)控制線路線路設(shè)計(jì)思想：y降壓起動(dòng)也稱(chēng)為星形一三角形降壓起動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)星三角降壓起 動(dòng)。這一線路的設(shè)計(jì)思想仍是按時(shí)間原則控制起動(dòng)過(guò)程。所不同的是，在起動(dòng)時(shí)將電動(dòng) 機(jī)定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓220v,減小了起動(dòng)

29、電流對(duì) 電網(wǎng)的影響。而在其起動(dòng)后期則按預(yù)先整定的時(shí)間換接成三角形接法，每相繞組承受的 電壓為電源的線電壓380v,電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。凡是正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角 形的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，均可采用這種線路。定子繞組接成y降壓起動(dòng)的自動(dòng)控制 線路如圖44所示。圖屮，可以看到主電路中有三組主觸點(diǎn)，其中接觸器km2和km3主觸點(diǎn)一定不能 同時(shí)閉合，意味著電源將被短路。所以，控制線路的設(shè)計(jì)必須保證一個(gè)接觸器吸和時(shí)， 另一個(gè)接觸器不能吸和，這就叫做互鎖。也就是說(shuō)km2和km3兩個(gè)接觸器需要互鎖。 通常的方法是在控制線路屮解除其km2與km3線圈的支路里分別串聯(lián)對(duì)方的一個(gè)動(dòng)斷 輔助觸電。這樣，每個(gè)接觸器線

30、圈能否被接通，將取決于另一個(gè)接觸器是否處于釋放狀 態(tài)，如解除其km2已接通，它的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)八km3線圈的電路斷開(kāi)，從而保證km2 和km3兩個(gè)接觸器不會(huì)同時(shí)吸合。這一對(duì)動(dòng)斷觸點(diǎn)叫做互鎖觸點(diǎn)。y降壓起動(dòng)控制線路的工作原理如下：合上電源開(kāi)關(guān)qs,按下起動(dòng)按鈕sb2, 這時(shí)，接觸器km1、km2時(shí)間繼電器kt線圈通電，解除其km1主觸點(diǎn)和自鎖觸點(diǎn)閉 合。km2主觸點(diǎn)閉合與km2互鎖觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)按y形接法起動(dòng)，經(jīng)過(guò)所整定延時(shí) 時(shí)間后，時(shí)間繼電器kt的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合和動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，使接觸器km2線圈斷電， 接觸器km2主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)暫時(shí)斷電，同時(shí)接觸器km2互鎖觸點(diǎn)閉合，使得接觸 器km3線圈通

31、電，接觸器km3主觸點(diǎn)和自鎖觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)改為三角形連接，然后 進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)接觸器km3互鎖觸點(diǎn)斷開(kāi)，使時(shí)間繼電器kt線圈斷電。y接法的起動(dòng)的電流僅為接法的三分么一，從而限制了起動(dòng)電流，但是y接法的 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為接法的三分乞一，所以y起動(dòng)只適用空載或輕載起動(dòng)。這種方法適用在 正常運(yùn)行時(shí)繞組是三角接法的電機(jī)。電機(jī)定子的六個(gè)線頭都引岀來(lái)，接到換接開(kāi)關(guān)上。 在起動(dòng)時(shí)先將定子接成星型，這時(shí)加在每相繞組上的電壓將為額定電壓的倍，待起動(dòng)完 成后再改接到三角接法，加上額定電壓。下圖是星三角啟動(dòng)的接線圖。結(jié)論三相異步電動(dòng)機(jī)星三角啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是附加設(shè)備少，操作簡(jiǎn)便。所以現(xiàn)在牛產(chǎn)的小型 異步電動(dòng)機(jī)常采用這種方

32、法。為了便于采用星三角啟動(dòng)，小型異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組一 般設(shè)計(jì)成三角形連接，剛開(kāi)始采用星型連接的電流是三角連接的三分之一，從而減小啟 動(dòng)電流，保護(hù)電網(wǎng)安全，待啟動(dòng)后改為三角形連接，轉(zhuǎn)矩就為開(kāi)始星連接的三倍，從而 保證對(duì)電機(jī)力矩的要求。異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此， 異步電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。尤其是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和交流調(diào)速 技術(shù)的日益成熟，使得異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速性能方面大大提高。目前，異步電動(dòng)機(jī)的電力 拖動(dòng)已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中。就三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性出 發(fā)，主要簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，制動(dòng)、調(diào)速等技術(shù)問(wèn)題。（-）三相異

33、步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性文三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩tem之間的關(guān)系。由于 轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以機(jī)械特性也常用tem=f （s）的形式表示。 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式有三種形式，即物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá) 式。物理表達(dá)式反映了異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的物理本質(zhì)，說(shuō)明了電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁 通和轉(zhuǎn)子有功電流相互作用而產(chǎn)生的。參數(shù)表達(dá)式反映了電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)及電動(dòng)機(jī) 參數(shù)之間的關(guān)系，利用該式可以方便地分析參數(shù)變化對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響和對(duì)各種人為特 性的影響。實(shí)用表達(dá)式簡(jiǎn)單、便于記憶，是工程計(jì)算中常采用的形式。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是反映電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能

34、力和啟動(dòng)性能的兩個(gè)重要指 標(biāo)，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，則電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力越強(qiáng)，啟動(dòng)性能越好。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條非線性曲線，一般情況下，以最大轉(zhuǎn)矩（或臨界 轉(zhuǎn)差率）為分界點(diǎn)，其線性段為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，而非線性段為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。固有機(jī)械特 性的線性段屬于硬特性，額定工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。人為機(jī)械特性曲線的形狀 可用參數(shù)表達(dá)式分析得岀，分析吋關(guān)鍵要抓住最大轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差率及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩這三個(gè) 量隨參數(shù)的變化規(guī)律。（-）三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)小容量的三相異步電動(dòng)機(jī)可以采用直接啟動(dòng)，容量較大的籠型電動(dòng)機(jī)可以采用降 壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)分為定子串接電阻或電抗降壓?jiǎn)?dòng)、yd降壓?jiǎn)?dòng)和自耦變壓器降壓 啟動(dòng)。定子串電阻或電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流隨電壓一次方關(guān)系減小，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨 電壓的平方關(guān)系減小，它適用于輕載啟動(dòng)。yd降壓?jiǎn)?dòng)只適用于正常運(yùn)行吋為三角形 聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均降為直接啟動(dòng)時(shí)的1/3,它也適用于輕載啟動(dòng)。 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)吋，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均降為直接啟動(dòng)吋的l/k2 （k為自耦變壓 器的變比），適合帶較大的負(fù)載啟動(dòng)。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子串接電阻或頻敏變阻器啟動(dòng)，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng) 電流小，適用于中、大型異步電動(dòng)機(jī)的重載啟動(dòng)。軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電 動(dòng)機(jī)控制裝置，國(guó)外稱(chēng)為soft startero