异步电动机的启动与调速分析

1．起动特性分析（1）起动电流Ist在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流均很大，同时，定子电流必然也很大。一般中小型鼠笼式电动机定子的起动电流可达额定电流的5~7倍。注意：在实际操作时应尽可能不让电动机频繁起动。如在切削加工时，一般只是用摩擦离合器或电磁离合器将主轴与电机轴脱开，而不将电动机停下来。（2）起动转矩Tst电动机起动时，转子电流I2虽然很大，但转子的功率因数cosj2很低，由公式可知，电动机的起动转矩T较小，通常。起动转矩小可造成以下问题：（1）会延长起动时间。（2）不能在满载下起动。因此应设法提高。但起动转矩如果过大，会使传动机构受到冲击而损坏，所以一般机床的主电动机都是空载起动（起动后再切削），对起动转矩没有什么要求。综上所述，异步电机的主要缺点是起电流大而起转矩小。因此，我们必须采取适当的起动方法，以减小起动电流并保证有足够的起转矩。2．鼠笼式异步电动机的起动方法1）．直接起动直接起动又称为全压起动，就是利用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组直接加到额定电压下起动。这种方法只用于小容量的电动机或电动机容量远小于供电变压器容量的场合。2）．降压起动在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流，待转速上升到接近额定转速时，再恢复到全压运行。此方法适于大中型鼠笼式异步电动机的轻载或空载起动。①星形--三角形（Y--D）换接起动起动时，将三相定子绕组接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的。此方法只能用于正常工作时定子绕组为三角形联接的电动机。这种换接起动可采用星三角起动器来实现。星三角起动器体积小、成本低、寿命长、动作可靠。②自耦降压起动自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低。如图8-9所示，起动时，先把开关Q2扳到“起动”位置，当转速接近额定值时，将Q2扳向“工作”位置，切除自耦变压器。采用自耦降压起动，也同时能使起动电流和起动转矩减小。正常运行作星形联接或容量较大的鼠笼式异步电动机，常用自耦降压起动。3．三相异步电动机的调速调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。调速的方法可见，可通过三个途径进行调速：改变电源频率f，改变磁极对数p，改变转差率S。前两者是鼠笼式电动机的调速方法，后者是绕线式电动机的调速方法。（1）变频调速此方法可获得平滑且范围较大的调速效果，且具有硬的机械特性；但须有专门的变频装置——由可控硅整流器和可控硅逆变器组成，设备复杂，成本较高，应用范围不广。（2）变极调速此方法不能实现无极调速，但它简单方便，常用于金属切割机床或其他生产机械上。（3）转子电路串电阻调速在绕线式异步电动机的转子电路中，串入一个三相调速变阻器进行调速。此方法能平滑地调节绕线式电动机的转速，且设备简单、投资少；但变阻器增加了损耗，故常用于短时调速或调速范围不太大的场合。以上可知，异步电动机的各种调速方法都不太理想，所以异步电动机常用于要求转速比较稳定或调速性能要求不高的场合。4．三相异步电动机的制动制动是给电动机一个与转动方向相反的转矩，促使它在断开电源后很快地减速或停转。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反，这时的转矩称为制动转矩。常见的电气制动方法有：（1）反接制动当电动机快速转动而需停转时，改变电源相序，使转子受一个与原转动方向相反的转矩而迅速停转。注意，当转子转速接近零时，应及时切断电源，以免电机反转。为了限制电流，对功率较大的电动机进行制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻。这种方法比较简单，制动力强，效果较好，但制动过程中的冲击也强烈，易损坏传动器件，且能量消耗较大，频繁反接制动会使电机过热。对有些中型车床和铣床的主轴的制动采用这种方法。（2）能耗制动电动机脱离三相电源的同时，给定子绕组接入一直流电源，使直流电流通入定子绕组。于是在电动机中便产生一方向恒定的磁场，使转子受一与转子转动方向相反的F力的作用，于是产生制动转矩，实现制动。直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.5—1倍。由于这种方法是用消耗转子的动能（转换为电能）来进行制动的，所以称为能耗制动。这种制动能量消耗小，制动准确而平稳，无冲击，但需要直流电流。在有些机床中采用这种制动方法。（3）发电反馈制动当转子的转速n超过旋转磁场的转速n0时，这时的转矩也是制动的。如：当起重机快速下放重物时，重物拖动转子，使其转速n>n0，重物受到制动而等速下降。