浅谈三相异步电动机的调速与制动

浅谈三相异步电动机的调速与制动

摘要：三相异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域。

关键词：电动机， 调速， 原理， 制动

Abstract: The three-phase asynchronous motor is a kind of energy into mechanical energy of electric drive device. It mainly consists of the stator, rotor and between them the air gap to form. The stator winding of to three-phase ac power, rotating magnetic field generated and cutting rotor get torque. Three-phase ac asynchronous motor has simple structure, reliable operation, the price is cheap, overload ability and use, installation, maintenance convenience etc, are widely used in every field.

Key Words: motor, speed, principle, brake

1三相异步电动机原理

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体

中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

2三相异步电动机的调速

三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。其中变转差率调速包括绕线转子异步电动机的转子串接电阻调速、串级调速和降压调速。

变极调速是通过改变定子绕组接线方式来改变电机极数，从而实现电机转速的变化。变极调速为有级调速，变极调速时的定子绕组联结方式有三种：Y-YY、顺串Y-反串Y、D-YY。其中Y-YY联结方式属于恒转矩调速方式，另外两种属于恒功率调速方式。变极调速时，应同时对调定子两相接线，这样才能保证调速后电动机的转向不变。

变频调速是现代交流调速技术的主要方向，它可实现无级调速，适用于恒转矩和恒功率负载。

绕线转子电动机的转子串接电阻调速方法简单，易于实现，但调速是有级的，不平滑，且低速时特性软，转速稳定性差，同时转子铜损耗大，电动机的效率低。串级调速克服了

转子串接电阻调速的缺点，但设备要复杂得多。

异步电动机的降压调速主要用于风机类负载的场合，或高转差率的电动机上，同时应采用速度负反馈的闭环控制系统。

把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。再把直流电（DC）变换为交流电（AC），这个过程叫逆变，把直流电变换为交流电的装置叫逆变器（inverter）。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用在三相异步动机的调速，又叫变频调速器。

3三相异步电动机的制动

三相异步电动机也有三种制动状态：能耗制动、反接制动（电源两相反接和倒拉反转）和回馈制动。这三种制动状态的机械特性曲线、能量转换关系及用处、特性等均与直流电动机制动状态相似。

3.1再生回馈制动

再生回馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。

以下是再生回馈制动存在：

3.1.1当电网的频率突然下降或者电机的极数突然增高，电机可能工作在发电状态，此时的电机将机械能转变成电能回馈给电网。如图1，当电机在电动状态下运行时工作于P1点，在突然变极或者变频时，电机的工作特性会突然在a线段部分，电机的转矩突然变负，其制动作用，直到最后重新稳定工作于P2点为止，电机又回到电动状态。

图1

3.1.2当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，使其转速n高于同步转速n0，此时，电机的输出转矩变负，电机由轴上吸收机械能，当电机的转矩（制动转矩）与负载的位能转矩相平衡时，电机既稳定运行（如图2中P3点），此时电机以高于同步转速的速度运行。在转子电路中串入不同的电阻，可得到不同的人为机械特性，并可得到不同的稳定速度，串入的电阻越大，稳定速度越高，一般在回馈制动时不串入电阻，以免转速过高。

图2

3.2反接制动

反接制动是在电机定子三根电源线中的任意两根对调而使电机输出转矩反向产生制动，或者在转子电路上串接较大附加电阻使转速反向，而产生制动。

3.2.1电源两相反接的反接制动：

如图3所示，电机原在P1点稳定运行，为使电机停转，将定子三根电源线中的任意两根对调，使旋转磁场反向，电机的转矩反向，起制动作用，电机运行在a线段。当电机制动停止时，应及时将电机与电网分离，否则电机会反转。

电源两相反接反接制动的优点是制动效果强，缺点是能量损耗大，制动准确度差。

图3

3.2.2转速反向的反接制动

当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，在电机的转子电路中串入较大电阻时，此时负载拉着电机在与转矩相反的方向旋转，电机起制动作用，电机能稳定运行在P2点。如图4

在转子电路中串入不同的电阻，能得到不同的制动转速。

图4

3.3能耗制动

电机在正常运行中（如图5中P点，KM1闭合，KM2断开），为了迅速停车，KM1断开，KM2闭合，在电机定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。如图5。

在电机的转子中串入不同的电阻和在电机的定子中接入不同的直流电流，可以产生不同的制动转矩。

从机械特性图中可以看出，当电机的转速下降为零时，制动转矩也将为零，所以能耗制动能使电机准确停车。

图5

4结语：

随着科学技术不断发展，电动机的技术性能也日益完善，在工作中如何正确使用和掌握其性能，还需要我们在实际工作中不断积累经验和学习。

参考文献

孙丽玲;异步电动机故障检测与诊断方法研究[D];华北电力大学（河北）;2007年

胡文华;;浅谈变频调速电动机选型要点[J];机械管理开发;2010年01期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。