三相异步电机制动

第一篇：三相异步电机制动

三相异步电机转速与制动研究毕业论文

网络高等教育

专

科

生

毕

业

大

作

业

题

目：关于三相异步电机转速与制动的研究

学习中心： 层 次： 高中起点专科

专 业： 电气工程及其自动化

年 级： 2009年 春 季

学 号： xxxxxx xxxxxxxxx 学 生： xxx xxxxx 指导教师： xxxxxxxxxxxx 完成日期： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

关于三相异步电机转速与制动的研究

内容摘要

三相异步电动机是生产中不可或缺的机械，在工业生产中,有许多工艺要求拖动系统能快速起动、制动和频繁正反转，此类系统要求电机四象限运行。本文首先对三相异步电机的变频调速原理进行了分析，然后对三相异步电机的制动方式进行了简要介绍，在此基础上，对电压型变频器再生能量产生机理进行了较深入的理论探讨,揭示了回馈状态下各物理量之间的关系,并设计了一种能量回馈控制系统，该系统使得变频器可以实现四象限运行,节能效果明显。

关键词：异步电动机;变频调速;制动;

I

关于三相异步电机转速与制动的研究

目 录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引

言 .............................................................................................................................. 1 1 异步电动机调速的原理及方法 ................................................................................ 2

1.1 工作原理 .......................................................................................................... 2 1.2 变频调速控制方式 .......................................................................................... 2

1.2.1 电源频率低于工频范围调节 ................................................................ 2 1.2.2 电源频率高于工频范围调节 ................................................................ 3 1.2.3 转差频率控制 ........................................................................................ 4

2 制动 ............................................................................................................................ 4

2.1 电机制动方式简介 .......................................................................................... 4

2.1.1 反接制动 ................................................................................................ 4 2.1.2 能耗制动 ................................................................................................ 4 2.1.3 电磁制动 ................................................................................................ 5 2.1.4 串接制动 ................................................................................................ 6 2.1.5 发电制动 ................................................................................................ 6 2.2 变频调速系统中电机的制动 .......................................................................... 6

2.2.1 变频调速异步电机再生制动状态分析 ................................................ 7 2.2.2 变频调速器再生能量的产生机理 ........................................................ 7 2.2.3 再生能量回馈状态下的理论计算 ........................................................ 8 2.2.3.1 惯性体的运动能量计算 ..................................................................... 8 2.2.3.2 变频器驱动电机再生制动时的能量计算 ......................................... 8 2.2.3.3 制动转矩计算 ................................................................................... 8 2.2.3.4 变频器参数设定与制动能力分析 ..................................................... 9 2.2.3.5 回馈能量计算 ................................................................................... 10 2.2.4 再生能量回馈系统设计 ...................................................................... 10 2.2.5 实验结果 .............................................................................................. 12

3 小结 .......................................................................................................................... 12 参考文献 ........................................................................................................................ 14

II

关于三相异步电机转速与制动的研究

引

言

实际的生产过程离不开电力传动。生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。直流电动机可方便地进行调速, 但直流电动机体积大、造价高, 并且无节能效果。而交流电动机体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻, 是生产过程中广泛使用的机械，因此交流电动机的调速具有重大的实用性。使用调速技术后, 生产机械的控制精度可大为提高,并能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量, 而且可对诸多生产过程实施自动控制。通过大量的理论研究和实验, 人们逐渐认识到：对交流电动机进行调速控制, 不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能, 而且在许多场合中, 还具有非常显著的节能效果。

关于三相异步电机转速与制动的研究

1 异步电动机调速的原理及方法

三相交流电动机定子绕组中的三相交流电在定子隙圆周上产生一个旋转磁场, 这个旋转磁场的转速称同步转速, 记为n1 ，实际电动机转速n 要低于同步转速, 故一般称这样的三相交流电动机为三相异步电动机。

1.1 工作原理

异步电动机的同步转速遵从电机学基本关系

(1)

式中，f——电源交变频率，p——电机定子磁极对数 电机学中还常用转差率s参量，其定义为： 电机的实际转速

(3)

(2)

从式( 3) 可知, 异步电动机调速可以从改变电源平率、改变电机定子极对数、改变转差率等方面来进行调节。因此，电机的调速方法有很多，串级调速、变频调速、能耗转差调速等。随着电力电子技术、计算机控制、微电子等高技术的发展, 交流调速取代直流调速已成为发展趋势。电机的交流变频调速技术是现代工业节电和改善工艺流程以提高产品质量的一种主要手段。

变频调速是改变电动机定子电源的频率, 从而改变其同步转速的调速方法。交流变频调速具有系统体积小, 重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简单, 通用性强, 使传动控制系统具有优良的性能, 同时节能效果明显,产生的经济效益显著。尤其当与计算机通信相配合时, 使得变频控制更加安全可靠,易于操作( 由于计算机控制程序具有良好的人机交互功能) , 变频技术必将在工业生产发挥巨大的作用, 让工业自动化程度得到更大的提高。

1.2 变频调速控制方式

式( 3) 可知, 异步电动机变频调速的控制方式基本上有以下三种： 1.2.1 电源频率低于工频范围调节

电源的工频频率在我国为50Hz。电机定子绕组内的感应电动势为:

关于三相异步电机转速与制动的研究

(4)

式中f1——定子绕组中感应电动势的频率, 与电源频率f 相等, Hz; K1——电机定子绕组的绕组系数, 其值取决于绕组结构, K1<1; N1——电机定子绕组每相串联的线圈匝数; Ф——电机每极磁通; 定子电压U1 与定子绕组感应电动势E1 的关系为

(5) 式中Z1——定子绕组每组阻抗

I1——定子绕组相电流 若忽略定子压降I1Z1, 则 把该式整理成

则

(6)

(7) (8) (9) 电动机的电磁转矩M与( U1/f1) 2 成正比,若下调频率f1, 同时也下调U1, 使( U1/f1) 比值保持恒量, 则磁通Ф不变, 因此转矩也保持常值,此时电动机拖动负载的能力不发生改变, 这种控制方式称为恒磁通调压调频调速, 也叫恒转矩调速。

1.2.2 电源频率高于工频范围调节

由于使频率f1增加,U1/f1变小, 而U1不能高于额定电压, 在该控制方式中, 保持U1不变, 由于频率变高, 由式( 9) 知道, 定子磁通Ф变小, 电磁转矩M也变小, 但电源频率增加, 设电动机转动角速度w=2πn, 电机的功率是电磁转矩M与角速度ω的乘积：

P=M·ω (10) 调节过程中, 使频率f与转矩的变化成一定协调关系, 从而保持电机功率P 为恒量, 即功率不发生变化, 这种升频定压调速为恒功率调速。

关于三相异步电机转速与制动的研究

1.2.3 转差频率控制

三相异步电动机中,定子与转子之间的圆周空隙有一旋转磁场, 转速为n1, 电机转子实际转速为n, ( n1- n) 是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。对频率、电压进行谐调控制, 使U1/f1 不变, 此时, 磁通Ф也不变, 在Ф不变的条件下,电磁转矩M与( n1- n)2 成正比。对频率f 进行调节, 即调节( n1- n) , 因此, 在实现转速调节时也实现了转矩的调节。

2 制动

电机的制动包括反接制动、能耗制动、电磁制动、串接制动、发电制动等。以下首先简要介绍电机制动方式，然后重点研究变频调速系统中电机的再生制动。

2.1 电机制动方式简介

2.1.1 反接制动

当异步电动机转子的转向与定子旋转磁场的转向相反时, 其运动状态称为反接制动。电路原理如图1。按下SB2 , KM1 自锁, 电机运转, 同时速度继电器KS 闭合, 为反接制动做准备。按下SB1 ,KM1 断电, KM2 自锁。此时定子旋转磁场与转子转向相反, 进入制动状态, 当转速低于某一值,KS 断开, 反接制动结束。

图1 反接制动原理

该方式制动转矩大, 制动迅速, 控制设备简单, 但制动冲击较大, 对传动机构有害, 容易使电机反转, 而且制动时电机从电源吸收并传递到转子的电磁功率以及从转轴上吸收的机械功率全部转化为热能, 对电机不利, 不适合制动频繁的场合。 2.1.2 能耗制动

如图2所示, 当定子绕组脱离交流电源时, 立即将其绕组切入直流电流, 使

关于三相异步电机转速与制动的研究

定子产生静止磁场。控制电路与反接制动一样, 按下SB2 , 电机起动,按下SB1 , 电机制动。

图2 能耗制动原理

该方法可以通过改变直流电流的大小, 调节制动转矩的大小。它制动准确、平稳、能量消耗较小, 但是控制设备相对复杂, 故适合于要求制动平稳、准确和起动频繁并容量较大的电机。 2.1.3 电磁制动

如图3 所示, 在转子上装上制动部件, 转子制动部件极靴上固定永磁体, 机座上安装定子制动部件, 其上放置制动绕组, 并将制动绕组短路。当转子部件运转时, 将在定子制动部件中产生旋转磁场, 类似发电机, 该磁场是阻碍转子运动的, 若电机失电, 将会迅速停机。

图3 电磁制动结构

此结构机械上较为复杂, 但是无外围控制电路, 属于非机械接触的软制动, 冲击较小, 电气故障很低, 免维护。但因为制动转矩较小, 实用于转动惯量较小的小功率电机。

关于三相异步电机转速与制动的研究

2.1.4 串接制动

随着大功率电子元件的成熟,诞生了此种制动方式。电路如图4。将电机定子绕组末串联一全波整流电路VC,把整流后的电源送到与电机转子有机械机构联系的电磁铁YA上,通电时,电磁铁YA吸合,机械机构释放,电机运转,失电时,机械机构同步复原,迅速刹车。

该结构制动反应迅速、控制精度高、能耗小、冲击较小、无外围控制设备、制动简单、运行可靠, 同时可以弥补普通异步电动机起动电流大的缺点, 起到分压、降压起动的良好效果,是一种新型制动方式,几乎适合于所有的异步电机。

图4 串接制动原理

2.1.5 发电制动

该制动方式适合于变极、变频调速系统。适用于当转子转速超过同步转速的时候(即电机由高速到低速运行过程中)。当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时,电机处于再生发电状态,如果处理不当,将在直流侧出现过高的泵升电压,限制了通用变频器的应用范围。比较理想的方式是通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网,在能源资源日趋紧张的今天,这项研究具有十分重要的现实意义。下文将进行详细介绍。

2.2 变频调速系统中电机的制动

在变频调速系统中,电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的,在频率减小的瞬间,电机的同步转速也随之下降,而由于机械惯性的原因, 电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时,转子电流的相位几乎改变了180度,电机从电动状态变为发电状态;与此同时,电机轴上的转矩变成了制动转矩,使电机的转速迅速下降,电机处于再生制动状态。下文在分析变频调速系统中的再生能量产生机理,揭示再生制动下各物理量之间的关系的基础上,设计了一种新型能量回馈控制系统。

关于三相异步电机转速与制动的研究

2.2.1 变频调速异步电机再生制动状态分析

当电机工作于再生发电状态时,电机内部将发生以下变化过程:变频器拖动电机降速,电机转子的旋转速度超过给定频率下的同步转速,也即超过电机内部同步旋转磁场的转速。造成转子切割磁力线的方向反向,转子导体上感应电势以及感应电流的方向反向。由于转子电流中的励磁分量不会发生变化(电机不可能使励磁电流反向,因为它需要从变频器侧吸收励磁电流以建立电机内部磁场,维持电机的运转) ,所变化的只是转子电流中的转矩分量,而转子电流转矩分量的变化又引起了定子电流转矩分量的变化。其结果是:定子电流的合成量(即平时所说的定子电流)和电机的转矩反向,从坐标上看,即电机的机械特性曲线从第一象限运动到第二象限。

2.2.2 变频调速器再生能量的产生机理

图5所示为变频器拖动电机运行时泵升电路的等值电路。为说明泵升电压产生机理, 假定电容电压Uc、绕组反电动势E、电阻r、电感L为常数。

可得回路方程。电动状态时:

(11)

再生发电状态时:

(12)

图5 泵升电路等值电路图

电动状态时E和I反向,回路电压为Uc-E,若ΔI保持不变,泵升时间Δt随E的升高而增大;再生发电状态时E和I同向，回路电压为Uc + E,在ΔI相等的情况下,泵升时间Δt随E的升高而减少。从能量关系看,电动状态时Uc 和E同时吸收电感放出的电能;而再生发电状态时只有Uc 吸收能量,它不仅吸收电感放出的电能，而且连制动时产生的电能也一并吸收了。如果没有吸收再生能量的环节，将导致电容

关于三相异步电机转速与制动的研究

上电压升高,升高的那一部分电压就称为泵升电压。 2.2.3 再生能量回馈状态下的理论计算 2.2.3.1 惯性体的运动能量计算

设n为旋转体的转速( r/min) , J和GD为旋转体的转动惯量( kg·m2 ) ,且GD=4J，则旋转体具有的运动能量为

(13)

当速度从n1 减速到n2 ( r/min)时释放出的能量为

(14)

2.2.3.2 变频器驱动电机再生制动时的能量计算

再生能量是由电机机械系统的动能转化而来,可表达为

(15)

式中:能;

为机械系统的动能;

为储存在电机电感中的电磁

为机械阻力所消耗的等效电能, Mf ( t)为机械阻力矩函数,ω( t)为电机角速度函数;W0 为其他损耗。为简化计算,假定电感中所存储的能量与机械阻力能和各种损耗相抵消, 即机械系统的动能都转化为再生能量回馈变频器直流侧,则有: (16)

所以电机再生发电功率(W) :

(17)

2.2.3.3 制动转矩计算

电动机要加速时,就要增大其运动能量;相反,要减速时,必须释放其运动能量。其加速和减速所需要的转矩表达为

(18)

关于三相异步电机转速与制动的研究

2.2.3.4 变频器参数设定与制动能力分析

异步电动机转速可以表示为

(19)

其中f1 为电动机定子频率, s为转差率,p为电机极对数。在变频调速系统中, s和p可以看作常数。将式(19)两边分别取导数

(20)

由式(17) 、(18)和(20) ,整理得

(21)

(22)

(23)

其中τ为实际生产工艺要求的减速时间,Δf1为变频器频率输出的变化量。式(21)～(23)反映了电动机再生制动时发电功率、制动转矩与变频器基本参数相互之间的定量关系。由上述各式可得以下结论: 1) 电机制动时回馈能量的大小与系统的转动惯量、转速、机械阻力、电机绕组电感等因素有关; 2) 假定电感中所存储的能量可与机械阻力能及各种损耗相抵消，则电机的发电功率大小由电机的转动惯量GD 、电机转速n、减速时间τ决定; 3) 在t=0时刻，电机刚开始回馈时若转速为n1 ，变频器减速时间已设定的情况下, 设 (k>0)。则最大发电功率为

(24)

式中n0为给定电源频率下的同步转速;负号表示能量由电机侧流向变频器直流侧; 4) 若变频器的频率变化及减速时间参数确定，可以求出确定的制动转矩。当要求的减速时间越短电动机的发电功率越大，提供的制动转矩也越大。同时电机再生制动时最大发电功率与制动转矩的关系,可由式(23)得到:

关于三相异步电机转速与制动的研究

(25)

显然, Pmax与制动转矩T、电机转速n1成正比; 5) 制动转矩的大小与系统的转动惯量成正比，与减速时间τ成反比。 2.2.3.5 回馈能量计算

设有源逆变停止时直流侧电压为U1 ,正常工作时为Ue，则回馈过程电网需吸收的能量为

(26)

其中C为变频器及有源逆变器中间环节电解电容的电容量。在能量回馈过程中由于直流侧电压的平均值Ua为一定值, 故回馈功率的大小仅由回馈电流决定。设回馈电流时直流侧的电流平均值为IL ,电网相电压有效值为U2 , 则能量回馈平均功率Pfa约为

(27)

为保证电机的制动效果,电网回馈功率Pf 应不小于电动机再生发电过程中可能出现的最大发电功率Pmax , 否则直流侧电压将持续升高;同时Pfa还应不大于变频调速系统的额定功率Pe。由能量守恒定律可得Pfaτ=Wf ,即

(28)

该式即为有源逆变时电网侧回馈能量的表达式。由式(28)可以得到下述结论: 1)对于一个确定的系统(转动惯量一定) , 若电机转速n、电网电压U2 和逆变停止电压U1一定,则回馈电流IL 与制动时间τ成反比; 2) 在电网电压U

2、直流侧电压U1和回馈电流IL不变的情况下,转动惯量GD 越大,则制动所需时间τ越长;转动惯量GD越小,则所需制动时间τ越短。 2.2.4 再生能量回馈系统设计

如前所述,再生能量及时高效的回馈电网,使通用变频器可四象限运行, 并实现节能降耗。本文在对变频调速系统电机再生制动分析理论指导下, 设计了一种新型的通用变频器能量回馈控制系统, 整个系统结构框图如图6。主电路主要由三相IPM逆变桥和相关外围电路组成。逆变桥的输出端通过三个扼流电抗器L

1、L

2、

关于三相异步电机转速与制动的研究

L3 与变频器输入端子R、S、T相连,输入端则通过两个隔离二极管D

1、D2 接变频器的直流侧P、N端,以保障能量在变频器→有源逆变桥→电网方向上的单向流动。C

3、C4 为滤波电解电容, R

3、R4为电容均压电阻, R5为电容充电限流电阻, J2 为用于切除限流电阻的继电器。霍尔电流传感器H负责检测回馈电流,为系统实现回馈电流控制提供准确可靠的反馈信号。限流电抗器L

1、L

2、L3 的作用是平衡压差、限流以及滤波。系统工作过程是:当电机电动运行时,逆变器开关管VT1 ～VT6全被封锁,处于关断状态;当电动机处于再生发电状态时,能量由电机侧回馈直流侧,导致直流母线电压升高。当直流母线电压超过电网线电压峰值时, 整流桥由于承受反压而关断;当直流母线电压继续升高并超过启动逆变器工作电压VDLH时, 逆变器开始工作，将能量从直流侧回馈电网。当直流母线电压下降到关闭逆变器工作电压VDLL时，关闭逆变器。一个完善的能量回馈控制系统应满足相位、电压、电流等三方面的控制条， 这要求回馈过程必须与电网相位保持同步关系;只有直流母线电压超过一定值时才启动有源逆变装置;系统应该能够控制回馈电流的大小，从而可以控制电机的制动转矩，实现精确制动。控制系统结构框图如图6，主要包含同步电路、电压检测控制电路、电流检测控制电路和故障检测、保护电路等部分，整个系统由微处理器进行监控。回馈电流的质量是整个系统的关键和难点，本文设计的系统采用SPWM ( Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式，结合同步信号实现单位功率因数正弦波回馈。

图6 能量回馈控制系统结构框图

关于三相异步电机转速与制动的研究

2.2.5 实验结果

图7为该控制系统回馈电流的实验波形(测试仪器为FLUKE PM3380A示波器)，实测功率因数绝对值≥0.98 (测试仪器为FLUKE- 41B多功能谐波分析仪)。实验表明系统馈送电流谐波小,功率因数高,不仅有效地限制了泵升电压,保证了变频驱动系统的安全正常运行,而且还能实现能量回收和精确制动,使通用变频器可广泛应用于需要四象限运行的场合。

图7 回馈电流的实验波形

3 小结

本文首先对三相异步电机的变频调速原理进行了分析，然后对三相异步电机的制动方式进行了简要介绍，在此基础上，对电压型变频器再生能量产生机理进行了较深入的理论探讨,揭示了回馈状态下各物理量之间的关系,并设计了一种能量回馈SPWM 控制系统,给出了实验结果。具体结论列举如下: 1) 电机制动时回馈能量与系统的转动惯量、转速、机械阻力、电机绕组电感、电机以及变频器回路的电阻等因素有关;

2) 电机的发电功率大小由电机的转动惯量、电机转速、减速时间决定;制动转矩的大小与系统的转动惯量成正比,与制动时间成反比;

3) 对于一个确定的系统(转动惯量一定) ,若电机转速、电网电压和逆变停止电压一定,则回馈电流与制动时间成反比;在电网电压、直流侧电压和回馈电流不变的情况下,转动惯量越大,则制动所需时间越长,否则反之。

本文设计的新型能量回馈SPWM控制系统既可实现单位功率因数、高质量的正弦波回馈电流,又能实现异步电动机的精确制动。与通用变频器配合使用拓宽了通

关于三相异步电机转速与制动的研究

用变频器的应用领域。值得指出的是,目前制作PWM整流器或四象限运行变频器在技术上没有问题,而且其拓扑电路也比通用变频器加回馈单元简单,但是由于前两者均属于专用逆变器,市场价格昂贵,在现阶段的竞争力还不如后者。特别是对于用回馈单元替代已有变频系统中的制动电阻的情形,后者的性价比优势更加突出,因此新型能量回馈装置应用前景广阔。另外,这种馈电技术不仅可用于变频驱动异步电机再生制动而且可广泛用于光伏逆变器并网等场合。

关于三相异步电机转速与制动的研究

参考文献

[1]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社,1990. [2]陆宝琦.交流变频电机的绝缘[J].绝缘材料,2001. [3] 国内变频调速异步电动机基本情况调查资料,2002. [4] 满永奎,等编.通用变频器及其应用.北京:机械工业出版社,1998. [5] 陈伯时主编.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社,1992. [6] 王毓东.电机学[M].杭州: 浙江大学出版社, 2001. [7] 杨渝钦.控制电机[M].天津大学出版社(第2 版) ,2003 [8] RAJU N R. An SCR-based regenerative converter for VSI drives [C]. Power Electronics Specialist Conference, 2003. PESC 03.2003 IEEE 34th Annual, 2003: 1770-1774. [9] 陈国呈. 新型电力电子变换技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2004. [10] 张承慧. 变频调速系统效率优化控制、理论与应用[D ]. 济南:山东大学, 2001. [11] SAHA S, DANDEKAR A V, SUNDERSINGH V P. A modified app roach of feeding regenerative energy to the mains [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1996, 43 (4) : 510-514. [12] 张晓光,万淑云,王离九,等. 直流脉宽调速系统中回馈能量的研究及泵升电路的设计[J]. 电工技术学报, 1996, 11 (1)：34-37

第二篇：三相异步电动机的制动控制

来源：湘潭电机集团有限公司 http:///

制动：就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转(或限制其转速)。

制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。

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。机械制动常用的方法有：电磁抱闸和电磁离合器制动。

电气制动：电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅速下降。三相交流异步电动机常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。

一、反接制动 1.反接制动的方法

异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反转反接制动，这种方法不能准确停车。另一种是依靠改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法。

反接制动的优点是：制动力强，制动迅速。缺点是：制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。因此反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大，不经常启动与制动的场合。

2.速度继电器(文字符号KS)

速度继电器是依靠速度大小使继电器动作与否的信号，配合接触器实现对电动机的反接制动，故速度继电器又称为反接制动继电器。

感应式速度继电器是靠电磁感应原理实现触头动作的。从结构上看，与交流电机类似，速度继电器主要由定子、转子和触头三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机相似，是一个笼型空心圆环，有硅钢片冲压而成，并装有笼型绕组。转子是一个圆柱形永久磁铁。

速度继电器的结构原理图

速度继电器的符号

速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触头，使常闭触头断开、常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触头也复原。

常用的感应式速度继电器有JY1和JFZ0系列。JY1系列能在3000r/min的转速下可靠工作。JFZ0型触头动作速度不受定子柄偏转快慢的影响，触头改用微动开关。一般情况下，速度继电器的触头在转速达到120r/min以上时能动作，当转速低于100r/min左右时触头复位。

3.反接制动的控制线路

单向启动反接制动控制线路

当电动机正常运转需制动时，将三相电源相序切换，然后在电动机转速接近零时将电源及时切掉。控制电路是采用速度继电器来判断电动机的零速点并及时切断三相电源的。速度继电器KS的转子与电动机的轴相连，当电动机正常运转时，速度继电器的常开触头闭合，当电动机停车转速接近零时，KS的常开触头断开，切断接触器的线圈电路。 反接制动控制线路工作原理分析：

(1)单向启动：

(2)反接制动：

(a)单向启动

(b)反接制动原理示意图1

(c)反接制动原理示意图2

单向启动反接制动控制线路原理示意图

(a)单向启动(b)反接制动原理示意图1(c)反接制动原理

示意图2

二、能耗制动

当电动机切断交流电源后，立即在定子绕组的任意二相中通入直流电，迫使电动机迅速停转的方法叫能耗制动。

1.能耗制动的方法

先断开电源开关，切断电动机的交流电源，这时转子仍沿原方向惯性运转;随后向电动机两相定子绕组通入直流电，使定子中产生一个恒定的静止磁场，这样作惯性运转的转子因切割磁力线而在转子绕组中产生感应电流，又因受到静止磁场的作用，产生电磁转矩，正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停转。由于这种制动方法是在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以称为能耗制动。

能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。缺点是需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。所以，能耗制动一般用于要求制动准确、平稳的场合。

2.能耗制动控制线路

对于10KW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动控制线路。如图2-74所示为有变压器全波整流单向启动能耗制动控制线路，该线路利用时间继电器来进行自动控制。其中直流电源由单相桥式整流器VC供给，TC是整流变压器，电阻R是用来调节直流电流的，从而调节制动强度。

单向启动能耗制动控制线路

线路工作原理分析如下：

(1)单向启动运转：

(2)能耗制动停转：

三、回馈制动(又称发电制动、再生制动)

这种制动方法主要用在起重机械和多速异步电动机上。

当起重机在高处开始下放重物时，电动机转速n小于同步转速n1，这时电动机处于电动运行状态，但由于重力的作用，在重物的下放过程中，会使电动机的转速n大于同步转速n1，这时电动机处于发电运行状态，转子相对于旋转磁场切割磁力线的运动方向会发生改变，其转子电流和电磁转矩的方向都与电动运行时相反，电磁力矩变为制动力矩，从而限制了重物的下降速度，不致于重物下降得过快，保证了设备和人身安全。

对多速电动机变速时，如使电动机由二级变为四级时，定子旋转磁场的同步转速n1由3000转/分变为1500转/分，而转子由于惯性仍以原来的转速n(接近3000转/分)旋转，此时n>n1，电动机产生发电制动作用。

发电制动是一种比较经济的制动方法。制动时不需改变线路即可从电动运行状态自动地转入发电制动状态，把机械能转换成电能再回馈到电网，节能效果显著。缺点是应用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。

第三篇：浅谈三相异步电动机调速与制动问题

【摘要】：当前,三相异步电动机由于其成本低,结构简单，性能可靠性高和维护方便等优点，在各种工业领域中得到了广泛的应用。但其调速性能和制动性能都不能和直流电动机相比，因此如何改进异步电动机的调速性能和制动问题，以提高调速性能和制动问题，就显得特别重要。本文主要对三相异步电动机调速与制动方法作了简单介绍，并针对不同场合适用的电机做出了说明。 【关键词】：调速 旋转磁场 反接制动

一、三相异步电动机调速

60f1根据三相异步电动机的转速公式：n= n1(1-s)=p(1-s)，可得交流电动机的三种调速的方法：(1)改变供电频率f1;(2)改变电动机的磁极对数p;(3)改变转差率s。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速n1或不改变同步转速n1两种

具体来讲,三相异步电动机的调速主要有以下几种方法:

(一)改变转差率调速

改变转差率调速的方法有：改变转子回路电阻调速，改变电源电压调速等。 1. 改变转子回路电阻

改变绕线式转子异步电动机转子电路(在转子回路中接入一变阻器)，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。接入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上，损耗较大，属于有级调速，调速范围有限，机械特性较软。主要应用于小型电动机调速中(例如起重机的提升设备)。 2.改变定子电压调速方法

当异步电动机定子与转子回路的参数为恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩与加在其定子绕组上电压的平方(即输入电压)成正比，因此，改变电动机的

定子电压就可改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点是：调压调速线路简单，易实现自动控制;调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速系统一般适用于100KW以下的生产机械。目前，已成功地大量使用在电梯、卷扬机械与化纤机械等工业装置中。

(二)、变极调速方法

这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。变极调速的异步电动机一般采用鼠笼式转子，因为鼠笼式转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线型转子，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定子相同的极对数，所以很不方便。

变极调速的特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好;无转差损耗，效率高;接线简单、控制方便、价格低;但属于有级调速，级差较大。本方法适用于自动化程度要求不高，不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、风机等

(三)、变频调速方法

变频调速是用改变电动机定子电源的频率f，从而改变电动机同步转速的调速方法。其调速系统主要设备是变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。

交-直-交变频器通过改变脉冲的宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率，从而同时实现变压和变频。其特点：效率高没有附加损耗;应用范围较广，可用于笼型异步电动机;调速范围大，精度高;造价高，维护检修困难。

从调速范围、平滑性以及调速过程中电动机的性能等方面来看，变频调速很优越，

可以和直流电动机调速相媲美但要使频率和端电压同时可调，但需要一套专门的变频装置，使投入的设备增多，成本增大。 此外还有其他的调速的方法:

(四)、串级调速方法

串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电阻来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电阻所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。本方法主要适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机挤压机等。

二、三相异步电动机的制动

所谓制动是指电动机产生的电磁转矩和转子的旋转方向相反。和直流电动机一样，异步电动机在拖动生产机械时也有制动要求，如起重机把重物下降时，电气机车下坡时就需要制动。具体来说，异步电动机的制动方法主要有以下三种方法：

(一)、反接制动

反接制动就是指异步电动机作电磁制动状态运行时的制动，由于这时转子的转向与定子旋转磁场的转向相反，故称为反接制动。实现反接制动可用下述两种方法： 1.正转反接制动。

设电动机带反抗性负载运行于电动状态，为迅速停车或反转，将电动机的定子两相反接，并同时在绕线式电动机转子回路接入电阻，由于定子相序改变，使旋转磁场方向与电机的运动方向相反，此时电动机的转子电流I2和Tem都与电动状态时相反，即电机转矩变负，与负载转矩共同作用，使电机转速迅速下降，当转速降至零时，立即切除电源。从而实现了反转。 2.倒拉反接制动

当电动机带位能性负载用两相反接时，负载转矩不变，但电磁转矩Tem和负载转矩TL的共同作用下，使电动机减速，直至转速为零。在Tem和TL的作用下，电动机反向起动并加速。随转子反向加速，电磁转矩仍为负，但绝对值减小，直到转速达

-n1时，Tem=0。

定子两相反接制动，无论负载性质如何，都是指两相反接开始到转速为零这个过程。两相反接制动的优点是制动效果好，缺点是能耗大，制动准确度差，如要停车，还须由控制线路及时切除电源。这种制动适用于要求迅速停车并迅速反转的生产机械。

(二)、回馈制动

当电机做电动机运行时，如果由于外来因素，使转子转速高于其旋转磁场转速(即同步转速)，则电机进入回馈制动状态(亦称发电机制动)。例如前述的起重机放下重物时，如果仍按电动机状态运行，即转子转向和定子旋转磁场转向相同，则在电动机的电磁转矩和重物的重力产生的转矩双重作用下，重物以越来越快的速度下降，当转子转速由于重力的作用超过同步转速电机就进入发电机制动状态运行，电磁转矩方向开始转变，一直到电磁转矩与重力转矩平衡时，转子转速以及重物下降速度才稳定不变，使重物恒速下降。

(三)、能耗制动

将正在运行中的异步电动机的定子绕组从电网断开，而接到而接到一个直流电源上，由直流电流励磁而在气隙中建立一个静止磁场。于是从正在旋转的转子上来看此磁场将是向后旋转的，因此由它在转子中产生的感应电流所产生的电磁转矩方向应为向后转，即对转子起制动作用。这时转子的动能全部消耗于转子的铜耗和铁耗中，故称为能耗制动。

三、结束语

异步电动机的调速有很多方法，其中常用的是变极调速(笼型电动机)和在转子回路中串入电阻调速(绕线型电动机)，当然，变频调速的优势将随着电力电子技术的发展也必将得到广泛的应用。 【参考文献】：

[1]: 周希章(编者) 《电动机的起动制动和调速》机械工业出版社; 第2版 [2]: 李发海、王岩 《 电机与拖动基础》 清华大学出版社， 2006 年

[3]: 顾绳谷 《 电机与拖动基础》 机械工业出版社， 2006 年

[4]:方伟 樊晓华 《三相电动机调速与制动问题的研究》 科技创新导报 2009第6期

【作者简介】 王春山(1974---- )，男，四川省达县人，长期从事《电机与变压器》、《电机与电机控制》等课程教学与研究。

第四篇：YKK系列高压三相异步电机

一、概述

该电动机机座和端盖均由钢板制成，采用箱式结构，打开上罩，可观察电机内全部情况。所有不见均可拆装，方便了安装与维修。防护等级为IP23，冷却方式为IC01。

该电动机具有高效、节能、噪声低、振动小、性能可靠等优点，可做驱动各种不同机械之用：如通风机、压缩机、水泵、破碎机、切削机床及其它设备，并可供煤矿、机械工业、发电厂及各种工矿企业作原动机之用。该电动机的结构及安装型式为IMB3，定额为连续工作制(S1)，额定频率为50Hz。

二、型号含义

Y 4001 – 4：“Y”表示异步电动机;“4001-4”表示中心高400mm，1号铁心长，4极。

一：概述：

YKK系列高压三相异步电动机为封闭带空一空冷却器的笼型异步电动机。该电机是我公司根据市场需求而独立开发设计的低压大功率产品，其机座和端盖均由钢板制成，采用箱式结构，打开顶罩可观察电机内部情况，所有部件均可拆装，方便安装与维修。防护等级为IP44或IP54，冷却方法为IC611。

本电机具有高效、节能、噪音低、振动小、重量轻、性能可靠、安装维修方便等优点。可作驱动各种不同机械之用。如通风机、压缩机、水泵、破碎机、切削机床及其他设备，并可供煤矿、机械工业、发电厂及各种工矿企业原动力之用。

本系列电动机结构及安装形式为IMB3，定额是以连续工作制(S1)为基础的连续定额，电动机的额定频率为50HZ，额定电压为380V，其他电压等级或特殊要求，在订货时可与用户共同商定。

二、型号含义：

YKK:封闭带空——空冷却器笼型转子异步电动机

4501：机座中心高450MM，1号铁心长

6：电机级数，6极

第五篇：浅论三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速(胡军波)

浅论三相异步电动机的机械特性、

启动、制动与调速

北票市章吉营乡民企劳务服务站

胡君波

浅论三相异步电动机的机械特性、

启动、制动与调速

摘 要：阐述了异步电动机结构，运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动、制动、调速等技术问题。

关键词：三相异步电动机;电力拖动;机械特性;启动;制动;调速

异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动，制动、调速等技术问题。

一、三相异步电动机的机械特性文

三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。由于转速n与转差率S有一定的对应关系，所以机械特性也常用Tem=f(s)的形式表示。三相异步电动机的电磁转矩表达式有三种形式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式。物理表达式反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，说明了电磁转矩是由主磁通和转子有功电流相互作用而产生的。参数表达式反映了电磁转矩与电源参数及电动机参数之间的关系，利用该式可以方便地分析参数变化对电磁转矩的影响和对各种人为特性的影响。实用表达式简单、便于记忆，是工程计算中常采用的形式。

电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好。

三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，以最大转矩(或临界转差率)为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区。固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率及启动转矩这三个量随参数的变化规律。

二、 三相异步电动机的启动

小容量的三相异步电动机可以采用直接启动，容量较大的笼型电动机可以采用降压启动。降压启动分为定子串接电阻或电抗降压启动、Y-D降压启动和自耦变压器降压启动。定子串电阻或电机降压启动时，启动电流随电压一次方关系减小，而启动转矩随电压的平方关系减小，它适用于轻载启动。Y-D降压启动只适用于正常运行时为三角形联结的电动机，其启动电流和启动转矩均降为直接启动时的1/3，它也适用于轻载启动。自耦变压器降压启动时，启动电流和启动转矩均降为直接启动时的l/k2(k为自耦变压器的变比)，适合带较大的负载启动。

绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻或频敏变阻器启动，其启动转矩大、启动电流小，适用于中、大型异步电动机的重载启动。软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电动机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用串接于电源与被控电动机之间的软启动器，以不同的方法，控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电动机全电压，即为软启动。在软启动过程中，电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软启动器实际上是个调压器，用于电动机启动时，输出只改变电压并没有改变频率。

三、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、能量转换关系及用途、特点等均与直流电动机制动状态类似。

四、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。