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第一章 三相异步电动机

1.1 三相异步电动机的选用原则

1.1.1 电动机容量的选择

运行要求 长期 短时 重复短时 负载类型 恒负载 变动负载 恒负载/变动负载 恒负载/变动负载 功率（P） P=负载/效率 P=等效负载* P>=负载功率/λ* P=等效负载 * 等效负载：用一个恒定的负载来代替变动负载，但两者发热情况相同。 *λ：过载系数，其值=最大转矩/额度转矩。 1.1.2 电动机种类及型式选择

项目 电动机种类 一般 启动性能好 一般 电动机转速 特殊速度 要求 选用 鼠笼式电动机，如水泵、通风机 绕线式电动机，如起重机、卷扬机 同步转速1000r/min, 1500r/min，3000r/min，一般选同步转速1500r/min 电动机+减速机； 电动机功率一定时，转速越低，价格越高，效率越低，可选择高速电机+减速机来降低价格 电动机电压 一般 大容量 防尘、防腐蚀气体 电动机结构 防尘、防潮、防腐蚀气体 防爆 380V或380V和200V两用 3000V或6000V 防护式 封闭式 防爆式 1.2 三相异步电动机的使用

1.2.1 三相异步电动机启动

三相异步电动机的启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、Y-Δ 起动、软起动器、变频器。其中软启动器和变频器启动为潮流。

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1）全压直接起动：

在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw 的电动机不宜用此方法。 2）自耦减压起动：

利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载起动的需要，又能得到更大的起动转矩，是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。 3）Y-Δ 起动

对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（Y-Δ 起动）。采用星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7Ie 计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3 倍。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。 4）软起动器

这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动，主要用于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。 5）变频器

变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术，微机技术，因此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。

在以上几种起动控制方式中，星三角起动，自藕减压起动因其成本低，维护相对软起动和变频控制容易，目前在实际运用中还占有很大的比重。但因其采用分立电气元件组装，控制线路接点较多，在其运行中，故障率相对还是比

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较高。从事过电气维护的技术人员都知道，很多故障都是电气元件的触点和连线接点接触不良引起的，在工况环境恶劣(如粉尘，潮湿)的地方，这类故障更多，但检查起来确颇费时间。另外有时根据生产需要，要更改电机的运行方式，如原来电机是连续运行的，需要改成定时运行，这时就需要增加元件，更改线路才能实现。有时因为负载或电机变动，要更改电动机的起动方式，如原来是自藕起动，要改为星三角起动，也要更改控制线路才能实现。 1.2.2 三相异步电动机的制动 1）机械制动

利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。常用的方法是电磁抱闸制动。

（1）电磁抱闸的结构

主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。

制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。断电制动型性能是：当线圈得电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用，当线圈失电是，闸瓦紧紧抱住闸轮制动。通电制动型的性能是：当线圈得电时，闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当线圈失电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用。

（2）电磁抱闸制动的优缺点

优点：电磁抱闸制动，制动力强，广泛应用在起重设备上。它安全可靠，不会因突然断电而发生事故。

缺点：电磁抱闸体积较大，制动器磨损严重，快速制动时会产生振动。 2）反接制动

（1）电源反接制动

电源反接，旋转磁场反向，转子绕组切割磁场的方向与电动机状态相反，起制动作用，当转速降至接近零时，立即切断电源，避免电动机反转。 反接制动的特点：优点是制动力强、停转迅速、无需直流电源；缺点是制动过程冲击大，电能消耗多。

（2）电阻倒拉反接制动

绕线异步电动机提升重物时不改变电源的接线，若不断增加转子电路的电阻，电动机的转子电流下降，电磁转矩减小，转速不断下降，当电阻达到一定

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图1-1 电磁抱闸 银鸽投资

值，使转速为0，若再增加电阻，电动机反转。

特点：能量损耗大。 3）能耗制动

（1）能耗制动原理

能耗制动的原理是，电动机切断交流电源后，转子因惯性仍继续旋转，即在两相定子绕组中通入直流电，在定子中即产生一个静止磁场。转子中的导条就切割这个静止磁场而产生感应电流，在静止磁场中受到电磁力的作用。这个力产生的力矩与转子惯性旋转方向相反，称为制动转矩，它迫使转子转速下降。当转子转速降至0，转子不再切割磁场，电动机停转，制动结束。此法是利用转子转动的能量切割磁通而产生制动转矩的，实质是将转子的动能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。 （2）能耗制动优缺点

优点：制动力强、制动平稳、无大的冲击；应用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重机运输等生产机械。

缺点：需要直流电源、低速时制动力矩小。电动机功率较大时，制动的直流设备投资大。

1.2.3 三相异步电动机的调速

由异步电动机的转速公式

60fn0?(1?S)pn0 转速，单位r/min f 电源频率,单位HZ p 电机极对数 s 转差率

可见，三相异步电动机的调速方法，可有改变极对数p（变极调速）、改变频率f（变频调速）和改变s（改变转差率调速）三种，当然还有其他的调速方法，下面分别介绍。 1） 变极调速

方法：改变定子绕组接法—将每相定子绕组分成两个“半相绕组”，改变它们之间的接法，使且中一个“半相绕组”中的电流反向。极对数就成倍改变。三相绕组同时改接。但要注意，极数成倍变化时，必须同时改变出线端的相序（如将V、W对调）。例如极对数由p变为2p时，V相绕组与U相的相位差变为2400，W相与U相差 ，相当于1200，如果不改变电源相序，电动机将反转。另外，

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