淺論三相異步電動機的機械特性、啟動、制動與調速論文

摘要：闡述了異步電動機結構，運行可靠、價格低、維護方便等一系列的優點，目前，異步電動機的電力拖動已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中。就三相異步電動機的機械特性出發，主要簡述電動機的啟動、制動、調速等技術問題。

關鍵詞：三相異步電動機；電力拖動；機械特性；啟動；制動；調速

異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格低、維護方便等一系列的優點，因此，異步電動機被廣泛應用在電力拖動系統中。尤其是隨着電力電子技術的發展和交流調速技術的日益成熟，使得異步電動機在調速性能方面大大提高。目前，異步電動機的電力拖動已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中。就三相異步電動機的機械特性出發，主要簡述電動機的啟動，制動、調速等技術問題。

1三相異步電動機的機械特性

三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩Tem之間的關係。由於轉速n與轉差率S有一定的對應關係，所以機械特性也常用Tem＝f（s）的形式表示。三相異步電動機的電磁轉矩表達式有三種形式，即物理表達式、參數表達式和實用表達式。物理表達式反映了異步電動機電磁轉矩產生的物理本質，説明了電磁轉矩是由主磁通和轉子有功電流相互作用而產生的。參數表達式反映了電磁轉矩與電源參數及電動機參數之間的.關係，利用該式可以方便地分析參數變化對電磁轉矩的影響和對各種人為特性的影響。實用表達式簡單、便於記憶，是工程計算中常採用的形式。

電動機的最大轉矩和啟動轉矩是反映電動機的過載能力和啟動性能的兩個重要指標，最大轉矩和啟動轉矩越大，則電動機的過載能力越強，啟動性能越好。

三相異步電動機的機械特性是一條非線性曲線，一般情況下，以最大轉矩（或臨界轉差率）為分界點，其線性段為穩定運行區，而非線性段為不穩定運行區。固有機械特性的線性段屬於硬特性，額定工作點的轉速略低於同步轉速。人為機械特性曲線的形狀可用參數表達式分析得出，分析時關鍵要抓住最大轉矩、臨界轉差率及啟動轉矩這三個量隨參數的變化規律。

2三相異步電動機的啟動

小容量的三相異步電動機可以採用直接啟動，容量較大的籠型電動機可以採用降壓啟動。降壓啟動分為定子串接電阻或電抗降壓啟動、Y-D降壓啟動和自耦變壓器降壓啟動。定子串電阻或電機降壓啟動時，啟動電流隨電壓一次方關係減小，而啟動轉矩隨電壓的平方關係減小，它適用於輕載啟動。Y-D降壓啟動只適用於正常運行時為三角形聯結的電動機，其啟動電流和啟動轉矩均降為直接啟動時的1/3，它也適用於輕載啟動。自耦變壓器降壓啟動時，啟動電流和啟動轉矩均降為直接啟動時的l/k2（k為自耦變壓器的變比），適合帶較大的負載啟動。

繞線轉子異步電動機可採用轉子串接電阻或頻敏變阻器啟動，其啟動轉矩大、啟動電流小，適用於中、大型異步電動機的重載啟動。

軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能於一體的新型電動機控制裝置，國外稱為SoftStarter。它的主要構成是串接於電源與被控電動機之間的三相反並聯晶閘管及其電子控制電路。運用串接於電源與被控電動機之間的軟啟動器，以不同的方法，控制其內部晶閘管的導通角，使電動機輸入電壓從零以預設函數關係逐漸上升，直至啟動結束，賦予電動機全電壓，即為軟啟動。在軟啟動過程中，電動機啟動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。軟啟動器實際上是個調壓器，用於電動機啟動時，輸出只改變電壓並沒有改變頻率。

3三相異步電動機的制動

三相異步電動機也有三種制動狀態：能耗制動、反接制動（電源兩相反接和倒拉反轉）和回饋制動。這三種制動狀態的機械特性曲線、能量轉換關係及用途、特點等均與直流電動機制動狀態類似。

4三相異步電動機的調速

三相異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。其中變轉差率調速包括繞線轉子異步電動機的轉子串接電阻調速、串級調速和降壓調速。

變極調速是通過改變定子繞組接線方式來改變電機極數，從而實現電機轉速的變化。變極調速為有級調速，變極調速時的定子繞組聯結方式有三種：Y-YY、順串Y-反串Y、D-YY。其中Y-YY聯結方式屬於恆轉矩調速方式，另外兩種屬於恆功率調速方式。變極調速時，應同時對調定子兩相接線，這樣才能保證調速後電動機的轉向不變。

變頻調速是現代交流調速技術的主要方向，它可實現無級調速，適用於恆轉矩和恆功率負載。

繞線轉子電動機的轉子串接電阻調速方法簡單，易於實現，但調速是有級的，不平滑，且低速時特性軟，轉速穩定性差，同時轉子銅損耗大，電動機的效率低。串級調速克服了轉子串接電阻調速的缺點，但設備要複雜得多。

異步電動機的降壓調速主要用於風機類負載的場合，或高轉差率的電動機上，同時應採用速度負反饋的閉環控制系統。

把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。再把直流電（DC）變換為交流電（AC），這個過程叫逆變，把直流電變換為交流電的裝置叫逆變器（inverter）。對於逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用在三相異步動機的調速，又叫變頻調速器。