第一章 三相异步电机 第三讲 三相异步电机的控制-【单招零距离】电子电工专业综合（上）

总复习方案·第三部分 电机与拖动 第三讲 三相异步电机的控制 考纲要求 掌握 三相异步电动机的起动、反转、调速和制动控制方法。 知识梳理 1.三相异步电动机的起动控制 (1)起动内容：是指电动机由接通电源开始，转速由零逐渐上升到额定转速的过程。 (2)起动要求 ①有足够大的起动转矩；②在保证足够的起动转矩前提下，尽可能小的起动电流；③起动过程 平稳、快速、无冲击、损耗小：④起动设备简单，操作方便，易于维护。 (3)鼠笼式电动机的起动 ①直接起动： a.定义：直接起动就是将电动机定子绕组直接接到额定电压的电网上起动电动机，因此又称 全压起动。 b.条件：电动机容量在7.5kW以下的可以采用直接起动，也可以用下面的经验公式来判断.满 足该条件即可直接起动，经验公式：十务箭幕置>名 ℃.优缺点：直接起动的优点是起动设备简单，便于操作；缺点是起动电流很大，可达4~7倍的 额定电流，但起动转矩并不大。 ②降压起动：仅适用于电动机在空载或轻载下起动。 a,定子电路串电阻降压起动： a)起动时在定子电路中串联电阻降压，运行时全压。 b)用电抗替代电阻目的：为了减小能量损耗。 ©)优缺点：具有起动平稳、工作可靠，起动时功率因数高的优点，另外，改变所串联的电阻值即 可改变起动时电动机的电压，从而调整电动机的起动转矩，缺点是有能量损耗。 b.Y-△降压启动： )起动时，将电动机定子绕组接成Y形，待转身上升接近额定转身时在将定子绕组该接成形， 电动机在△接法下正常工作。因此，该方法只能用于正常工作时为△接法的三相异步电动机。 b)常用公式：Tr=号Talr=号1a 适用场合：轻载或空载。 c.自耦变压器降压起动： )利用自耦变压器，在起动时将电动机接在变压器的低压侧，待转速上升接近额定转速时再 切除自耦变压器，使电动机在全压下运行的方式称为自耦变压器降压起动。 ·335 单招零距离·电子电工专业综合 b)常用公式：工，=是工，止= ©)优缺点：自耦变压器降压起动的优点是可以按照容许的起动电流和所需的起动转矩来选择 自耦变压器的变比，缺点是设备体积大，价格高，不宜频繁起动。 (4)绕线式异步电动机的起动 ①绕线式异步电动机转子串电阻起动： a,绕线式异步电动机转子串电阻起动，在减小起动电流的同时增大了起动转矩。 b.适用场合：这种起动方式主要用于重载起动场合，如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等设备。 ②绕线式异步电动机转子串联频敏变阻器起动 2.三相异步电动机的制动控制 (1)因为电动机转动时具有惯性，切断电源后还会继续转动一段时间才会停止。使电动机迅速 停止就要对电动机进行制动.制动时要产生一个与运行方向相反的制动转矩，根据制动转矩的产 生原理可分为机械制动和电气制动两类。 (2)机械制动就是在电动机断电时，外加一个机械阻力矩，使电动机迅速停转，最常用的装置 是电磁抱闸，可用于起重机、提升机、电梯等。 (3)电气制动 ①反接制动 a.电源反接制动： )电源反接制动是指三相异步电动机在切断三相电源的同时接入反相序电源。 b)在反接制动时，因为旋转磁场方向和转子转向相反，故转差率为1<s<2,在电动机转速快 到零时，要切断反相序电源，否则电动机会反转。 ©)反接制动时转子和旋转磁场反方向相对运动，因此制动时转子电流及定子电流均很大，故 要在定子电路中串联限流电阻以减小制动电流。 d)优缺点：电源反接制动性能比较好，但制动有冲击性，电流大，对电网及电动机都有影响，另 外，反接制动时仍从电网吸收电能，经济性也不好。 b.倒拉反接制动：当三相异步电动机作为起重设备拖动位能性负载时，也会出现反接制动，此 时电源相序并没有变化，但电动机转向与旋转磁场方向相反，称为倒拉反接制动。 ②能耗制动 a.原理：三相异步电动机在断开三相电源后立即给定子绕组通入直流电源，形成稳恒磁场，转 子在惯性作用下继续转动，根据电磁感应原理（右手定则或楞次定律）可判断出感应电流方向，从 而判断稳恒磁场对转子产生的电磁力矩（制动力矩）方向（左手定则）与惯性转矩方向相反，是电动 机转速迅速下降。当电动机转速为零时，转子中没有感应电流，因此电动机不会反转。 b.能耗制动是利用消耗转子的动能来实现的。 ℃.优缺点：能耗制动的优点是平稳，无冲击，制动力强；缺点是需要直流电源，且制动转矩随转 速的下降而减小，不易制停。 ③回馈制动 .定义：若电动机在工作时由于外界原因使得电动机转速超过同步转速(s<0),则转子绕组 中的感应电流及其所产生的电磁转矩方向都要改变，形成一个和转动方向相反的制动转矩，此时 电动机处于发电机状态，这种制动称为回馈制动（再生制动）。 ·336· 总复习方案·第三部分 电机与拖动 b.出现回馈制动一般有两种情况：一是出现位能下放负载时，例如起重机下放重物或电传动 车辆下坡等，此时负载作用于电动机的外加转矩与电动机转向相同，使得电动机转速超高同步转 速；二是多速电机在变极调速时，由高速变为低速瓣间，电动机转速也大于同步转速。 ℃.优缺点：回馈制动虽然比较经济，但必须是具备一定条件才能发生的，而且只能限定电动机 转速，不能制停。 3.三相异步电动机的调速控制 (1)调速方法：变极调速、变转差率和变频调速调速 (2)变极调速 ①定义：对于鼠笼式异步电动机，可以通过改变定子绕组的接法来改变形成旋转磁场的磁极 对数来改变电动机的同步转速，从而达到调速的目的。 ②注意点：最常见的变极调速是双速电机，可以实现两种转速。要特别注意到是，在高、低速切 换时，要改变所接电源的相序才能保证高、低速方向相同。 ③△一YY变换： a.△一YY变换时，电动机绕组接法如图5一3一1所示。低速时为△形接法，此时各相绕组中 间悬空，两端接电源，磁极对数为p:变换为YY形接法时为高速，此时各相绕组中间接电源，两端短 接成星点，磁极对数为2，转速提高一倍。 L2 L3 L3 12 6 (a)△形 (b)YY形 图5一3一1双速电机的△一YY变换 .双速电机△一YY调速时两种接法下输出功率近似相等，属于恒功率调速，低速时转速低转 矩大，高速时转速高转矩小。 ③Y-YY变换： a.Y一YY变换时，电动机绕组接法如图5一3一2所示.Y形接法为低速，各相绕组首端接电源， 末端短接成星点，中间悬空，磁极对数为p:YY(双星形)形接法为高速，各相绕组中间接电源，首端 短接成星点，磁极对数变为2，转速提高一倍。 ·337· 单招零距离·电子电工专业综合 3 4 入6 (aN形 (bYY形 图5一3一2双速电机的Y一YY变换 b.双速电机Y一YY调速时两种不同接法下输出的电磁转矩相同，但YY形接法时的输出功率 为Y形接法时的2倍，属于恒转矩调速。 ④优缺点及适用场合：变极调速具有操作简便，机械特性硬，效率高的优点，可获得恒功率调 速和恒转矩调速，是有级调速。变极调速仅适用于笼型电动机。 (3)变转差率调速 ①三相笼形异步电动机：降低定子绕组电源电压调速，但只能用于风机行负载的调速。 ②三相绕线式异步电动机：调转子回路电阻调速，这种调速操作简单方便、转速变化平滑，由 于调速过程中最大转矩保持不变，所以其过载能力很强。但这种调速仅对绕线式电动机适用，且效 率不高。 (4)变频调速 ①变频调速就是改变电动机所接电源的频率来改变电动机的转速。 ②在基频以下调速时，应保持频压比不变，属于恒转矩调速。 ③基频以上调速时，应保持电源电压不变，属于恒功率调速。 题型讲解 【例1】有一台鼠笼式三相异步电动机，PN=20kW,△接法，UN=380V,COSON=0.88, w=1455r/min,w=0.85,I./1w=7,T./TN=2,Tm/TN=2.3,供电变压器要求启动电流≤ 150A,负载转矩为75N·m。 试求：(1)能否采用Y一△降压起动 (2)若用自耦变压器降压起动，抽头有55%、64%和73%三种，应选用哪个抽头？ 【分析】对于三相异步电动机的起动控制，一般要求在满足一定起动转矩的前提下尽可能小 的起动电流。因此，判断某种起动方式是否合适时，要从电流和转矩两个角度考虑，必须同时满足。 自耦变压器的抽头和变比不是同一概念，抽头是变比的倒数。 【解】(1)Iw= Px 20000 =40.62(A) √V3 xINCOSON·m√3×380×0.88×0.85 1x=31.=号×7×=吉×7×40.62=94.78(0 T、=950=950×705-131.27N·m） nN ·338· 总复习方案·第三部分 电机与拖动 Tv=}T=号×2×Tw=号×2×131.27=87.51N,m ,Ty<Tz,∴不能采用Y一△降压起动。 (21,-,-是X7×1=7×40.62是<150(A) 是<0.73 T.=是T.=是×2×T=2×131.27≥75(N·m 话≥0.50 介于0.53和0.73之间的抽头是0.64，因此选64%的抽头。 【点拨】要掌握好Y一△降压起动和自耦变压器降压起动时起动电流和起动转矩的公式。 【变式训练】1.已知某三相异步电动机的额定值如下：PN=10kW,Uw=380V,f=50Hz, △接法，N=0.88,nw=1460r/min。试问： (1)若电动机的过载能力为2.2，电动机短时运行能带多大转矩的机械负载？ (2)若在电源线电压U,=380V条件下将该电动机接成Y形，则短时运行能带多大负载转矩？ 【变式训练】2.一台三相异步电动机利用自耦变压器降压启动，当抽头为60%时，起动转矩 为直接起动的( ）。 A.0.6倍 B.0.36倍 C036倍 D倍 【变式训练】3.有一台三相异步电动机：UN=380V,IN=20A,COSON=0.87,I./Iw=7, T./TN-1.4。该电动机所在电网的变压器及其他负载要求它的起动电流小于80A。当负载转矩 Tz=0.5Tv时，如果采用自耦变压器降压起动（设自耦变压器有三个抽头：80%、64%、40%），应 采用的抽头为 ,此时的起动电流为 A。 【变式训练】4，采用降压起动的三相异步电动起动时必须处于( A.轻载或空载 B.满载 C.超载 D.任何状态 【变式训练】5.大型异步电动机不允许直接起动，其原因是( ）。 A.机械强度不够 B.电机温升过高 C.起动过程太快 D.对电网冲击太大 【变式训练】6.笼型三相异步电机定子绕组串电阻降压起动时，由于起动转矩 (“小 于”/“大于”)正常工作时转矩，故这种方法一般适用于 (“轻载起动”/“满载起动”)。 【例2】在实际生产中，若生产设备要求快速停车时，一般应采用的制动方式为()。 ·339· 单招零距离·电子电工专业综合 A.电源反接制动 B.能耗制动 C.再生制动 D.倒拉反转制动 【分析】电源反接制动应用在迅速反转、较强烈制动场合；倒拉反接制动应用于起重机以较 低速稳定下放重物。能耗制动应用于要求平稳制动、不能反转而准确停车的场合。再生制动应用在 位能负栽的稳定高速下放场合，经济性好。 【解】A 【点拨】要搞清每种制动适用场合。 【变式训练】7.一台绕线式三相异步电动机拖动起重机的主钩，若重物提升到一定高度后， 需要停在空中，假如不采用例如抱闸等装置使卷筒停转的方法，那么可以采用的方法是()。 A.切断电动机电源 B.在电动机转子回路中串人适当的三相对称电阻 C.对调电动机任意两出线 D.降低电动机电源电压 【变式训练】8.三相异步电动机的能耗制动和再生制动都是利用发电机原理工作的。() 【变式训练】9.判断题：三相异步电动机的再生制动可向电网回输电能，经济性能好，且在任 何状态下都能实现。 () 【例3】△/YY联结的双速电机定子绕组由△联结变成YY联结后，基本不变的量为()。 A.输出转矩 B.输出功率 C.同步转速 D.异步转速 【分析】Y一YY调速属于恒转矩调速；△一YY调速属于恒功率调速。 【解】B 【点拨】要掌握各种调速的知识点。 【变式训练】10.判断题：鼠笼式异步电动机在带动鼓风机类随转速而变化的负载时，能够采 用改变电源电压的大小来调速，而对起重类的恒定负载，则基本上不能采用此法来调速。() 【变式训练】11.判断题：三相异步电动机定子绕组△接法改为Y接法，磁极对数也将改变。 () 盲点点击 1.桥式起重机在下放重物时，重物能保持一定的速度匀速下降，而不会像自由落体一样落下， 主要是电机处于( A.反接制动状态 B.能耗制动状态C.再生制动状态 【错解】很多概念不清，会选A。 【分析】电源反接制动应用在迅速反转、较强烈制动场合；能耗制动应用于要求平稳制动、不 能反转而准确停车的场合。再生制动应用在位能负载的稳定高速下放场合，经济性好。 【正解】C 实战演练 一、选择题 1.三相鼠笼式异步电动机用自耦变压器降压启动时，若自耦变压器变比K=N1/N2=10/7, 电动机的转矩是全压启动转矩的()。 ·340· 总复习方案·第三部分 电机与拖动 A.35% B.49% C.56% D.70% 2.已知某一台三相异步电动机的额定数据如下：7.5kW,△接法，380V,1440r/min,cosp=0.85, 7=88%,I./IN=6(I为电动机的起动电流，Iv为额定电流)，则采用Y一△换接降压启动时的起动 电流为()。 A.8.78A B.15.2A C.30.4A D.91.2A 3.三相鼠笼式异步电动机在空载和满载两种情况下的起动电流的关系是()。 A.满载起动电流大 B.轻载起动电流大 C.两者相等 D.无法比较 4.三相异步电动机采用Y一△换接降压启动，以下说法不正确的是( )o A.每相绕组相电压不变 B.适用于三角形接法 C.轻载或空载 D.起动电流下降 5.异步电动机起动时，起动电流与额定电流的比值I./I、=()。 A.23 B.35 C.57 D.4~10 6.逐步增大绕线式三相异步电动机转子的外串电阻，则其起动转矩的变化趋势是( A.增大 B.减小 C.先减小后增大 D.先增大后减小 7.在其它条件不变的情况下，三相绕线式异步电动机在转子绕组串接外加电阻后，下列参数 变小的是()。 A.同步转速 B.起动电流 C.最大转矩 D.临界转差率 8.关于星一三角形换接降压起动电路中下列说法错误的是( )。 A.星形起动电流是三角形的三分之一 B.星形起动时的线电压是三角形的根号三分之一 C.三角形起动时的相电压是星形的根号三倍 D.三角形起动转矩是星形的三倍 9.异步电动机起动电流大的原因是( )。 A.起动时轴上静摩擦阻力转矩 B.因为起动时p还未产生，E=0 C.因为起动时，电动机内阻最小 D.2=0,S=1>SN,E2和I2很大 10.在三相异步电动机的恒转矩变频调速过程中，为了保证电动机的过载能力和气隙磁通基 本不变，应满足的条件是( ）。 A.U/f B.Uiz/f C.U1/√fi D.U1/f12 11.绕线式异步电动机串电抗的调速方法属于()。 A.变极调速 B.变频调速 C.变转差率调速 D.调磁调速 12.三相鼠笼式异步电动机常用的调速方法是()。 A.改变电压 B.改变极数 C.Y连接改为△连接D.△连接改为Y连接 13.在变频调速时，若保持U1/f1=常数，可实现( ),并能保持过载能力不变。 A,恒功率调速 B.恒电流调速 C.恒效率调速 D.恒转矩调速 14.三相异步电动机的能耗制动是利用消耗()来制动的。 A.输入电源 B.外加力矩 C.转子惯性动能 D.定子惯性动能 15.异步电动机要实现回馈制动，应满足如下条件()。 A.转子转速小于旋转磁场转速，且同相 ·341. 单招零距离·电子电工专业综合 B.转子转速等于旋转磁场转速，且同相 C.转子转速大于旋转磁场转速，且同相 D.转子转速大于旋转磁场转速，且反相 16.三相异步电动机能耗制动是利用( )相配合完成的。 A.直流电源和转子回路电阻 B.交流电源和转子回路电阻 C.直流电源和定子回路电阻 D.交流电源和定子回路电阻 17.三相异步电动机的各种制动方式中，最经济的是()。 A.发电制动 B.能耗制动 C.反接制动 D.无区别 二、判断题 1.Y一△换接降压起动只适用于轻载或空载起动。 2.转子串电阻起动属于降压起动的一种方法。 3.三相异步电动机空载起动与满载起动相比具有更快的起动速度。 () 4.绕线式异步电动机转子串电阻起动，既可降压起动电流，又可提高电动机的起动转矩。() 5.三相鼠笼式异步电动机如果需要带动重负载起动，则不能用降压起动的方法来起动电动 机。 () 6.三相异步电动机变极调速时，将定子绕组由三角形接法改接成双星形接法，可使其转速减 小一倍。 () 7.当双速电机从二极变到四极的变速运行过程中，电动机产生发电机回馈制动。 () 8.双向三相异步电动机调速器调速时，将定子绕组由原来的Y改接成YY形接法，可使电动机 的磁极对数减少一半，使转速增加一倍。这种调速方法适合于拖动恒功率性质的负载。 () 9.双速电动机定子绕组从一种接法改变为另一种接法时，必须把电源相序反接，以保证电动 机在两种转速下旋转方向相反。 () 10.家用吊扇采用串联电抗器的方法改变转速，属于变转差率调速。 () 11.三相异步电动机的能耗制动是利用消耗直流电源的能量来制动的。 () 12.反接制动是改变电动机转子绕组中的电源相序，使电动机受到制动力矩的作用而迅速停 止的制动方法。 () 13.三相异步电动机在启动过程中的转差率是0<S≤1变化，反接制动过程中转差率是在1 <S<2变化的。 () 14.在电机的各种制动中，能耗制动最为迅速。 () 三、填空题 1.绕线式异步电动机的启动方法有转子电路串 和串 两种。 2.三相异步电动机额定功率Pv=30kW,额定电压UN=380V,△接法，T./TN=1.2。当负 载转矩TL=0.3TN时，应采用 起动；当负载转矩TL=0.6TN时，应采用 起动。 3.三相异步电动机用自耦变压器起动时，抽头70%，起动转矩是全压起动的 4.三相异步电动机定子绕组接法为 ,才有可能采用Y一△换接起动。三相异步电动机 采用Y一△变换法起动时，电压降低 倍，起动电流降低 倍，起动转矩降低 倍。 5.三相异步电动机在一定负载转矩下运行时，如果电源电压降低则电动机的转矩 电流 ,转速 ·342· 总复习方案·第三部分 电机与拖动 6.一台四极三相异步电机，额定值为：380V、30kW、△、T./T×=1.2、I./IN=7、f=50Hz、 SN=0.02、cosp=0.8、7=0.85.则电机全压起动时起动转矩为 ,起动电流为 负载转矩为额定转矩的0.39倍时，电机 (填“能”或“不能”)采用Y一△换接降压起动。 7.有一台三相异步电动机：UN=380V,IN=20A,I./IN=7,T./TN=1.4.该电动机所在电 网的变压器及其他负载要求它的起动电流小于80A。当负载转矩TL=0.5T×时，如果采用自耦变 压器降压起动（设自耦变压器有三个抽头：80%、64%、40%），应采用的抽头为 ,此时的起 动电流为 A。 8.三相异步电动机的调速有 三种。 9.异步电动机转子串电阻调速时，若转子电阻增加，电机转速会 10.在进行反接制动时，当制动到转子转速接近 时，应及时 ,否则电动机将 起动。 四、分析计算题 1.某异步电动机的T./Tw=2.0,采用Y一△换接起动，问在下列情况下能否起动？ (1)负载转矩为电动机额定转矩的80%；(2)负载转矩为电动机额定转矩的40%。 2.一台四极三相异步电动机的额定功率为30kW,额定电压为380V,三角形连接，T./TN=1.2, I./IN=7,频率为50Hz。在额定负载下运行时其转差率为0.02。问当负载转矩为额定转矩的25%时， 能否用星一三角换接起动？ ·343· 单招零距离·电子电工专业综合 3.三相异步电动机额定值如下：Pw=10kW,nw=1460r/min,UN=380V,△接法，7=88%， cosp=0.88,I./IN=7,T./TN=2,f1=50Hz.试求： (1)额定电流IN,额定转矩TN。 (2)起动电流I.,起动转矩T。 (3)若要将起动电流限制在2I、以下，则自耦变压器变比K=?能带多大的负载转矩起动？ 4.一台三相异步电动机，过载系数为2，起动转矩与额定转矩之比为1.5：1，则在额定电压下： (1)所带负载的转矩为额定转矩的0.5倍，该电机能否通过降压系数为0.6的起动补偿器起 动？为什么？ (2)进行正常工作状态后，若电源电压突然短时间降为原来的一半，则该电机是否停车？为 什么？ ·344·单招零距离·电子电工专业综合 R+立-20×号=4倍) (2)T。= 1×143.9=48(N·m) √R+X 2.B3.64%57.34.A5.D 第2讲 三相异步电机的转矩与机械特性 6.小于 轻载起动7.B8.×9.× 10./1L.× 【变式训练】 【实战演练】 1.16.2N·m12.15N·m2.闷车3.268.7 一、选择题 4.A5.A 1.B2.C3.C4.A5.C6.D 【实战演练】 7.B8.B9.D10.A11.C12.B 一、选择题 13.D14.C15.D16.A17.A 1.A2.B3.A4.B5.D 二、判断题 6.B7.D8.B9.B10.C 1.√2.×3./4.√5.√6.× 二、判断题 7./8.×9.×10./11.×12./ 1.×2./3.×4./5.V6./ 13./14.× 7./8.J 三、填空题 三、填空题 1.电阻 频敏变阻器2.星三角 自耦变压器 1.运行增大电机烧坏2.14.69N·m0.0467 3.0.494.三角形√333 3.135.05259.86311.8324.12.88.32 5.不变 增加减小 5.不变增加先增加后减小 6.233.88N·m469A能 6.机械特性电源电压的平方 7.64%57.348.变极 变频 变转差率 7.电动机的转速急剧下降直至停转6489.6 9.减小10.0 切断电源反转 8.1:49.1Hz能10.196.9N·m283.2 四、分析计算题 四、分析计算题 1.U↓→T↓→n↓→s￥→E2↑→12↑→1 1.w- 1×2.0TN 3 S.不变 T 0.8T <1,不能起动： 2.当电动机在最大转矩或接近最大转矩处运行则过 1 ×2.0TN 3 载能力小，一旦过载，电动机将运行在不稳定区，电机就 T 0.4Tw >1.可以起动. 带不动负载了，转速将急剧下降，直至停转，电流急剧上 升，发生闷车现象。 T 0.25T、 >1,可以起动. 3.(1)Py=3UxIvncose 3.(1)x= P￥=19.62(A) 40000=V5×380×Ix×0.88×0.85 √③UN7cos9 1N=81.25(A) T、=9550×P=65.41(N.m) (2)T。=1.2Tx=156.98(N·m) Tm=2.2Tw=287.8(N·m) (2)1.=71v=137.34A,T。=2Tv=130.82(N·m) 1 (3)T。= (380）×1.2Tw=Tw,U=346.9(V) (3)1.= 2×1962=×137.34,K=1.87 (4)T。= () ×2.2TN=T×,U"=256.2(V) ④T,-工.-3.4N·m 4.)是=0.6工=0.6×15江>1，可以起动 第3讲 三相异步电机的控制 0.5Tw (2) = 0.5)工=0.5产×2工=1，所以不会停车 【变式训练】 T T 0.5Tw 1.T、=950·R=950×18o =65.4(N·m) Tm=2.2Tw=2.2×65.4=143.9(N.m) ·401·