浅谈三相异步电动机调速与制动问1_三相异步电动机的制动

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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。