三相电动机的启动、调速和制动优化方案

（一）三相异步电动机的启动

电动机接上电源，转速由零开始增大，直至稳定运转状态的过程，称为启动过程。

对电动机启动的要求是：启动电流小，启动转矩大，启动时间短。

当鼠笼型异步电动机刚接上电源，转子尚未旋转瞬间（n=0），定子的旋转磁场对静止的转子相对转速最大，于是转子绕组感应电动势和电流也最大。它往往可达5～7倍的额定电流。由理论分析指出，启动瞬间转子电流虽大，但转子的功率因数是很低，故此时转子电流的有功分量却不大，因此启动转矩不大，所以笼型异步电动机的启动性能较差。

当电动机不是频繁启动时，因为电动机的启动时间很短，启动电流对电机本身影响不大。但当启动频繁时，由于热量的积累，可以使电机过热。

但是，过大的启动电流将引起瞬间线路压降，从而影响工作在同一电网上的用电设备的正常运行。

笼型异步电动机的启动方法有直接启动（全压启动）和降压启动两种。

1.直接启动

直接启动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。这种启动方法虽然简单，但如上所述，由于启动电流较大，将使线路电压下降，影响负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的异步电动机才能采用直接启动的方法来启动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压启动。

2.降压启动

所谓降压启动就是在电动机启动时，降低其所加的电压。其目的就是要限制启动电流。但在限制启动电流的同时，启动转矩也受到限制，因此它只适用于在轻载或空载情况下启动。降压启动通常采用下面几种方法。

（1）星形-三角形（Y-△）换接启动。

该方法只适合于定子绕组为三角形连接，且每相绕组都有两个引出端的三相鼠笼型异步电动机。原理接线如图4-7所示。

Y-△换接的降压原理：电动机正常运行时（三角形连接），加在每相绕组上的电压是线电压，而启动时为星形连接，则加在每相绕组上的电压是相电压，它为额定电压的1/，故为降压启动。当启动完毕，把定子绕组又换接（恢复）成三角形连接。

如有一台三角形连接的电动机，接在电压为380 V的电源上，其每相定子绕组上的电压就是380 V；当采用星形连接并接在相同电源上，此时每相定子绕组上的电压是220 V。

由三相交流电路知识可知：

图4-7　Y-△换接启动

通过计算可以看出，星形连接启动时的启动电流为三角形连接直接启动时的1/3。

由于转矩与电压的平方成正比，所以启动转矩也减小到直接启动时的1/3。因此，这种方法只适合于空载或轻载时启动。

Y-△启动设备简单，成本低廉，操作方便，运行可靠，使用寿命长。目前，4～100 kW的鼠笼型异步电动机均设计成380 V的三角形连接，因此，此启动方法得以广泛应用。

（2）自耦降压启动。

自耦降压启动是利用三相自耦变压器将电动机在启动过程中的端电压降低，其接线如图4-8所示。(www.xing528.com)

图4-8　自耦降压启动

自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如为电源电压的73%、64%、55%），根据对启动转矩的要求而选用。

自耦降压启动适用于容量较大的或正常运行时连接成星形不能采用三角启动器的鼠笼型异步电动机。

（3）接启动电阻启动。

对于绕线型电动机（如卷扬机、起重机等）的启动，只要在转子电路中接入大小适当的启动电阻，就可达到减小启动电流的目的；同时启动转矩也提高了。绕线型异步电动机转子绕组电阻启动电路如图4-9所示。

图4-9　绕线型异步电动机转子绕组电阻启动

（二）三相异步电动机的调速

为了提高生产效率或满足生产工艺的要求，许多生产机械在生产过程中都需要调速。由式（4-11）和式（4-12）可得：

由上式可知，三相异步电动机的调速方法有变极（p）调速、变频（f1）调速和变转差率（s）调速。

前两者是鼠笼型电动机的调速方法，后者是绕线式电动机的调速方法。下面我们分别讨论。

1.变极调速

由式 可知，如果极对数减小一半，则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多也提高一倍，因此，改变p可以得到不同的转速。

如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。设定子绕组由两个完全对称的线圈构成，每一个线圈组称半相绕组。只要将定子绕组的两个半相绕组中的任何一个半相绕组的电流反向，就可将磁极对数增加或减少一半。

p的变化不连续，电动机的转速不能连续、平滑地调节。故变极调速是有级调速。

2.变频调速

变频调速就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。目前主要采用图4-10所示的变频装置。

整流器先将 50 Hz的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给鼠笼型异步电动机。由此可得到电动机的无级调速。

图4-10　变频调速

3.变转差率调速

只要在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻的大小，就可以得到平滑调速。如增大调速电阻时，转差率上升，而转速下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少，但能量损耗较大。

目前，这种调速方法广泛应用于起重设备中。