三相异步电动机论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇三相异步电动机论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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中图分类号：G424 文献标识码：A

The Design and Application of Inquiry-based Teaching Methods in the Teaching of Single-phase Induction Motor

Abstract Studying from three-phase asynchronous motor and the design of its open-phase running experimental， the inquiry teaching method in single-phase asynchronous motor is discussed. The teaching practice has proved that the inquiry teaching method is effective. Not only students' interest in learning has been cultivated through the integration of theory with practice， and students' subjective initiative has been greatly improved. Its result is very good.

Key words inquiry teaching method； asynchronous motor； open-phase

电机是所有电相关专业的学生必学的重要设备之一。目前，大部分作者在安排有关电机方面教材的篇章思路基本上是分为两大篇，直流电机篇和交流电机篇。交流电机篇主要是对三相异步电动机的工作原理及性能参数进行分析，对单相异步电动机则是一概而过，然而在实际生活中使用最多的还是单相异步电动机，例如电风扇、电冰箱、空调、洗衣机等，因此，让学生学好单相异步电动机的工作原理具有很强的实践意义。经过几次教学后发现，按照传统的讲授式的方式分析单相异步电动机工作原理后，达不到理想的效果。经比较分析多种教学方法，后着重采用了探究式教学方法来设计分析单相异步电动机，效果较好。

1 知识准备

一般，单相异步电动机是在三相异步电动机介绍之后才进行，而且三相异步电动机的介绍详细，单相异步电动机的介绍简略，所以教学的思路期望能从三相异步电动机来推导单相异步电动机的工作原理。

经详细分析三相异步电动机的工作原理后，得知三相异步电动机工作原理大体上可分为两部分内容：一要产生旋转磁场，二转子在旋转磁场的作用下产生感应电流受力后能转动。产生旋转磁场是关键，这也需两个条件：一是各相绕组在空间上要相隔一定角度；二是流进各相绕组的电流要有相位差。

单相异步电动机与三相异步电动机均属于异步电动机类，从大类上来说工作原理相类似，最大的区别就在于前者供电电源为单相交流电，而后者为三相。经电路分析知，三相交流电若缺任一相后就相当于单相交流电了，以此类推，那么三相异步电动机缺相后的运行情况就跟单相异步电动机相类似了。

2 探究式教学法的课堂设计

2.1 课堂前的实验设计

经上节分析，只要知道三相异步电动机缺一相后的运行情况就能类推单相异步电动机的工作原理。可经过实验设计三相异步电动机缺一相后的运行情况。

主要实验设备：三相交流电源（对称）、三相鼠笼式异步电动机。

实验内容：（1）采用三相交流电源将三相鼠笼式异步电动机全压起动，观察起动情况；待电动机运行平稳一段时间后，突然拆出其供电电源中的任一相电源（注意小心操作，以免触电），观察电动机的运行情况；（2）断电待电动机完全停稳后，让电动机在缺一相电的情况下起动，观察起动情况。实验完毕后，得观察结果如表1。

实验可以在上课前单独准备，也可作为学生实验内容的一部分，由于实验存在一定的危险性，建议一定需注意安全。需注意的是在实验前需排除三相异步电动机在缺相情况自起动的可能性，可依据文献①进行操作。

2.2 探究式教学法的课堂设计

以上述实验为基础，进行课堂教学设计。在课堂教学设计中始终坚持探究式教学的目标性、主体性、环境性、方法性、过程性及终结性六个原则，②设计流程如下：

（1）由缺相不能起动①不能起动原因是没有形成旋转磁场吗？②没产生旋转磁场的原因是不是流进两相绕组（不包括缺相对应的那相绕组）的电流不存在相位差？

（2）引入图1③若采用图1电路，仍由单相电源供电，流入A、B绕组的电流是否存在相位差？

（3）画出、的向量图如图2

④、的相位差能否通过选择电容量使其接近90度？

进而分析、相位差为9 0度时的磁场情况，得出单相异步电动机起动原理。

（4）由缺相能运行⑤异步电动机在正常起动后，各相绕组电流不存在相位差的情况下可不可以运行？⑥图1所示异步电动机正常起动后，断开开关S电动机能否继续运行？

分析电容起动式单相异步电动机运行原理。

（5）由缺相运行存在轻微异常声响，可推出此时三相异步电动机运行不是特别平稳，同时可推断电容起动式单相异步电动机对运行平稳性能要求不是很高。⑦若对单相异步电动机运行平稳性能要求很高，仍需在正常起动后，断开开关S吗？

引出电容起动式单相异步电动机。

由于电阻式、电容起动和运转式等其它单相异步电动机的起动及运转原理与电容起动式单相异步电动机类似，所以无需再一一分析。

3 探究式教学法与传统教学法的比较

探究式教学方法注重引导学生提出问题，思考问题，从而解决问题。实践证明，这种教学方法能够激发学生的学习兴趣，能培养学生的发散思维能力，能开阔学生的创新思路，能提高学生实践及理论推导能力，最重要的是它是提高课堂教学质量的重要途径和手段。③④用探究式教学方法来讲解单相异步电动机工作情况，与传统的教学方法相比较，存在以下的不同：

4 总结

本论文从三相异步电动机的缺相起动及缺相运行出发，采用探究式教学法对单相异步电动机的教学进行了探讨，经教学实践证明，该方法的有效性，学生的主观能动性得到了较大的提高。但是今后还有很多地方需要继续努力，在以后的教学中仍需继续重视以人为本的教学原则，因材施教，仍需注重培养学生的学习兴趣以便更好地培养其学习的主观能动性。总之，教学方法的研究是需要不断地探索、不断地更新，才能有利于培养更高素质的人才。

注释

① 梅素珍.三相异步电动机电源缺相也能自起动的原因[J].电工技术，1995.11：50-60.

篇（2）

电机控制系统 谐波

中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：

变频器最初用途是速度控制。随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高，逐渐被用于节能领域。该技术尤其在风机、水泵的节能方面得到了广泛应用。以前，在工业生产的流程中，风机、水泵的调速通常使用的是用滑差调速电动机、耦合器等进行调速，以满足工艺生产的需要。根据各单位的实际需要，通常使用的是用耦合器对风机、泵进行20%-80%调速，或加装风门、阀门对风量、流量进行调节。但电机在工频状态下运行，多余的动能通过耦合器转化成热能让冷却水带走或损失在风门和阀门上。这样从能源使用上和生产维护上都不经济，结合现在变频器的技术在风机泵类设备中的应用，为节能降耗工作提供了很好的解决办法。采用变频调节控制技术，取消原来的耦合器及相应的冷却水泵、冷却水和风门、阀门等装置，降低生产中的能源及资源消耗。做好清洁生产、节能降耗。在变频节能技术应用的同时，要降低变频器产生谐波对电网产生的危害。

一、变频技术和变频器

变频技术以其显著的节能效果广泛的应用于工业设备和家用电器。变频技术是改变电源频率的技术，在实际应用中通过变频器来实现改变电源频率。变频器的应用，须结合三相异步电动机的特性，因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。

二、三相异步电动机的作用和特性：

1. 三相异步电动机的作用： 通过三相异步电动机运转（正转或反转）来带动其它设备做各种各样的机械运动。

2. 三相异步电动机的特性：

1) 运转方式：靠旋转磁场来带动电动机转子额定电流为约等于其功率的二倍额定电流为约等于其功率的二倍V/F控制变频器力矩力电机力力转。

2) 接线方式：有星形（Y形）和三角形（形）两种，Y形接线时，电动机的电流小，但力矩也小，三角形（形）接线时电动机的电流大，但力矩大；

3) 变 速：n=60f (1-K)/p

n―电动机转速 60―常数 p―极对数

f ―电源频率 k―滑差系数

公式说明：只要改变电源频率“f”或极对数“p”，就可以改变电动机转速。

三相异步电动机有2极、4极、6极、8极……,工业用的三相异步电动机一般极数不会超过8极，极数越多，转速越慢，但力矩就越大，极数越少，转速就越快，但力矩就越小；每种极数所对应的转速如下：

a) 2极──2950转/分（理想3000转/分，即同步转速）

b) 4极──1450转/分（理想1500转/分，即同步转速）

c) 6极──950转/分（理想1000转/分，即同步转速）

d) 8极──700转/分（理想750转/分，即同步转速）

三、 变频器的作用：

变频器具有：调速的作用：三相异步电动机，变频控制后可以实现调速功能，由输出频率控制电机转速，三相异步电动机由静态至最高速线性加速。通常变频器的频率调节范围是：0-650HZ。启动时电机由0转速线性加速，对机械设备运转没有危害。

四、 变频器的工作原理

变频器将三相380V(220V)/50HZ交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电，通过线路传输给电动机，实现电动机变频运行。

五、实际应用案例：以某单位一台40MW锅炉鼓风机、引风机变频技术应用改造为例

现场设备介绍：

40MW锅炉于1989年建成投运，鼓风机用于为锅炉燃烧送风，引风机用于排烟，两台风机未改造前风管上均装有风门调节装置，用以调节风量，以满足锅炉运行工艺要求，鼓、引风电均用自耦降压启动方式。现场设备鼓风机的电机参数如下表1所示，引风机的电机参数如下表2所示。

表1

表2

2、变频改造前后优缺点比较

原系统采用风门调节风量，电机工频运行，其能耗大、效率低、调节精度低，维护工作量很大。改造后变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围广，可实现无极调速，动态响应速度快，调速精度高，操作简便，且易于实现生产工艺的控制自动化。

3、效益分析

改造前平均鼓、引风机运行电流：70.8 A；负载率：60.3 %，改造后平均运行电流：26.2A；负载率：33.3%，通过一个运行期的性能考核分析：改造后节能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW・h；一年按运行100天计算，可节约电量：50×24×100=12万度。通过以上案例分析，由此可见，在满足生产要求的条件下，采用变频调速节能效果明显著，延长了设备使用寿命、降低了故障率。

4、变频技术在风机泵类设备中应用的主要特点

1、低频力矩大、输出平稳

2、高性能矢量控制

3、转矩动态响应快、稳速精度高

4、减速停车速度快

六：降低变频器谐波危害，提高电能质量

变频其产生的高次谐波对电网产生的危害日益严重。通常采用变频器隔离、接地或采用无源滤波器、有源滤波器、架设无功补偿器装置以及绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以抑制电网污染、提高电能质量，这些值得研究推广。

电网谐波产生的危害主要有：

1)、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率。同时大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。

2)、谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，造成设备的绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

3)、 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重事故。

4)、谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通讯质量，重者导致信息丢失，使通讯系统无法正常工作。

5)、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电器测量以表计量不准确。

目前谐波的治理方法：

1）、将变频器的隔离、屏蔽、接地；

2）、加装交流电抗器和直流电抗器；

3）、加装无源滤波器；

4）、加装有源滤波器；

5）、加装无功功率静止型无功补偿装置；

6）、线路分开；

7）、电路的多重化、多元化；

8）、变频器控制方式的完善；

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一般性能的节能调速在过去大量的所谓不变速交流传动中，风机、水泵等机械总容量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中不少场合并不是不需要调速，只是因为过去交流电机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，许多电能因而白白的被浪费掉了。如果换成交流调速系统，把消耗再挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均约可节能20%，效果是很可观的。

高性能交流调速系统许多在工艺上就需要调速的生产机械，过去多用直流传动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，如果改成交流调速，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样直接通过电流实行灵活的即时控制。70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，用来分别控制磁通和转矩，就可以获得和直流电机相媲美的高动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。

特大容量及高转速的交流调速直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极限容量与转速的乘积约为10KW·r/min，超过这个数值时，直流电机的设计与制造就非常困难了。交流电机则不受这个限制，因此，特大容量的传动，如厚板札机、矿井卷扬机等，和极高转速的传动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。

一、起重机发展趋势

物料搬运成为人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。发展趋势：大型化和专用化、轻型化和多样化、自动化和智能化、成套化和系统化、新型化和实用化。

二、电动葫芦

电动葫芦，简称电葫芦。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子电动机（本次设计既是选用此种电机）（或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机）驱动，起重量一般为0.1～80t，起升高度为3～30m。多数电动葫芦由人用按钮在地面跟随操纵，也可在司机室内操纵或采用有线（无线）远距离控制。电动葫芦除可单独使用外，还可同手动、链动或电动小车装配在一起，悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使用。

三、三相异步电动机及工作原理简介

三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间是空气隙。三相异步电动机具有结构简单、性能优良、制造成本低、维修费用省、坚固耐用等优点，在工农业生产中得到了广泛应用。正常情况下，定子旋转磁场的转速n和转子转速n不同步，这是因为如果同步，转子与旋转磁场之间不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。

三相异步电动机有一个很重要的参数：转差率——用s表示，其定义式为在很多情况下，用s表示电动机的转速比直接用转速n方便得多，使很多运算大为简化。一般异步电动机的转差率在0.02～0.05之间。大部分厂家生产的异步电动机的铭牌上标有下列数据：1．额定功率P：电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kw

2．额定电压U：电动机额定运行时定子加的线电压，单位为v或kv

3．额定电流I：定子加额定电压、轴端输出额定功率时的定子线电流，单位为A

4．额定频率f：我国工频为50Hz

5．额定转速n：电动机额定运行转子的转速，单位为r/min

四、笼形转子异步电动机的特点

笼形转子异步电动机具有转子结构坚实、效率高、价格低、控制设备简单和维护使用方便等优点，因此在各种应用领域中使用最广泛。但这种电机的启动性能较差，即启动转矩低而启动电流很大。因此在选择使用时应考虑启动问题，即：1．启动转矩Tk应大于负载静转矩Tl；2．启动电流在供电电网上造成的瞬间电压降不能超过容许值；3．在启动过程中电动机的能量损失要小。

本次设计用电机为锥形转子三相异步电动机。常用的电动葫芦用锥形转子制动三相异步电动机型号有：YEZS、YREZ、YBFZ和YBEZX等几种。该类型电机的主要特点是利用其锥形转子的特殊结构在通电时产生磁拉力，打开制动机构，使电机正常运转。

该类电动机的定额是断续周期工作制S，负载持续率不低于25%，每小时等效起动次数不低于120次。电源频率为50Hz，同步转速为1500r/min。4.5KW及以下的额定转速为1380r/min。7.5KW以上的额定转速为1400r/min。允许最大转速为3750r/min。新晨：

【参考文献】

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三相异步电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，如电动机直接起动时，往往产生4-7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套保护装置来完成。

此外，对电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。电动机主回路由晶闸管来接通和分断。有的为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路负载。这种控制有程控或非程控；近控或远控；慢速起动或快速起动等多种方式。另外，依赖电子线路，很容易做到如电子式继电器那样的各种保护功能。电动机保护装置电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。下面作些介绍。

（一）电流检测型保护装置

热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。

带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故日前仍被大量采用。特别是小容量断路器尤为显著。电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护十断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。②动作时间可选择(符合GBl4048．4-93 标准)。标准型(10级)：7.2In(In为电动机额定电流)，4-1Os动作，用于标准电动机过载保护，速动型 (10A级)：7.2In时，2-1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型(30级)：7.2In时，9-30s动作，用于如鼓风机电机等起动时间长的电动机过载保护。③电流整定范围广。其最大值与最小值之

比一般可达3-4 倍，甚至更大倍数，特别适用于电动机容量经常变动的场合。④有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。

固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。它监视、测量和保护的主要功能有：最大的起动冲击电流和时间；热记忆；大惯性负载的长时间加速；断相或不平衡相电流；相序；欠电压或过电压；过电流(过载)运行；堵转；失载；电动机绕组温度和负载的轴承温度；超速或失速。

上述每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前，将电源切断。还可用发光二极管或数字显示故障类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。

(二)温度检测型保护装置

双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。

热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。

热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。保护装置与三相交流异步异步电动机的协调配合。为了确保三相异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护，必须考虑三相异步电动机与保护装置之间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出。

a.过载保护装置与电动机的协调配合

过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转；但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。

b.过载保护装置与短路保护装置的协调配合一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置来切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。故两者的动作之间应有选择性。短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为I1，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有I2及I3两个，此时就要求I2及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，I3及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。显然，在I2-I3范围内就很难确保有选择性。因此要求该范围应尽量小。

（三）结束语

三相异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。直接检测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于需直接埋入电动机绕组里，价格较贵、维修困难等原因，仅在部分频繁操作场合使用；从经济性考虑，采用电流检测型更为有利，加热继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式；对动作性能要求较高及功能要求全或价格昂贵的大容量电动机保护，则可采用电子式或固态继电器；对一般要求，则采用带热-磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。但不管采用何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。

参考文献：

【1】单德良.三相异步电动机单相运行分析.硕士论文.2009.

【2】何炳光.能源效率标识实施指南.Ⅱ,电动洗衣机、单元式空气调节机、冷水机组.2008

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中图分类号：TM343 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0128-01

电动机作为一种被广泛使用的设备，在任何工厂或者发电厂中都必须配置电动机，特别是在工厂中，一旦自备的电动机发生了相关故障，则非常可能致使整个工厂都停电，给工程带来巨大的经济损失。在电动机进行启动时可能会整个电力系统造成巨大的启动电压压降，同时也给整个系统的电能质量造成巨大的影响。因此，为了减少电动机对整个电力系统电压的影响，必须合理选择电动机的起动方式，确保电动机的安全启动。本文对电动机的降压启动方式进行比较分析。

1 电动机突然而剧烈的启动造成的危害

通常情况下，在异步电动机中，其全压启动电流与额定电流有一个数量关系，即全压启动电流为额定电流的4～7倍，如果启动电流过大，则将对电动机的寿命进行降低，导致变压器的二次电压出现大幅度的降低，这就减少了电动机的启动转矩，甚至有可能导致电动机出现根本无法启动的局面。异步电动机还会对同一个网络中的其他供电设备造成影响，如果交流电动机突然出现了剧烈的启动现象，则其可能造成大量的损失，如下几点。

（1）进行Y-v启动会造成启动电流或电压发生瞬变，导致相关电气故障的发生，同时还可能造成电压发生剧烈的变化，造成整个电网中其他电气设备出现故障。

（2）造成运行故障。电动机突然启动将造成管路系统产生巨大的压力振动，其会对所带的货物产生严重的损坏。

（3）对经济效益造成严重的影响。电动机的一旦发生了故障，都会造成停运和维修的故障损失，致使电动机的运营成本造成严重的增加。

2 电动机的起动方式分析

2.1 全压直接起动方式分析

作为电动机最为简单的启动方式之一，电动机的全压直接启动就是将其定子绕组上直接加额定电压，然后直接进行启动。电动机的全压直接起动主要适用于负载和电网容量允许的条件下。

电动机全压启动的优点是其起动的转矩较大，且起动的时间较短，所使用的起动设备较为简单，易于操作和维护，启动设备的故障率较低。在对电动机进行全压起动时，由于起动电流很大，如对于鼠笼型电动机其起动电流一般为额定电流的6～8倍，如果此时电动机功率较大，则过大的电动机起动电流将造成配电网电压的降低，直接影响其直接连接的其他电气设备的正常工作。

2.2 Y-起动方式分析

Y-的起动方式就是将连接的电动机，在其起动时接成Y 型，当电动机完成起动后其速度将接近运行。利用这种方式对电动机进行起动时，定子绕组的电压实际上为整个电源电压的50%，而起动电流也较小，仅为直接启动方式的30%，这样就保证了其起动的转矩也较小，整个电动机的起动对电网的冲击力也较小，允许较多次数的起动。利用Y-起动方式进行起动时还无需增加其他设备即可实现对电动机的起动，因此这种起动方式适用于频繁起动的小型电机。

Y-的起动方式主要优点是结构较为简单，且投资较小。当电动机所带负载较低时，可以采用Y-的起动方式，其额定转矩可以与相关的负载进行匹配，这样就能够提高电动机的负载率。

2.3 自耦变压器起动分析

利用自藕变压器的降压起动也可以实现电动机的起动。利用自藕变压器起动能够有效实现带负载起动，这种起动方式在大容量的电动机上经常使用。利用这种起动方式能够有效实现大转矩的起动，并可利用抽头有效实现对转矩的调节。通常自藕变压器可以通过接触器有效实现自动控制，通过自藕变压器起动可实现低成本的起动，其性价比较高，在电机起动中应用较为广泛。

3 电动机的几种降压启动分析

通常在10 kW及以下的小型电机中，其都是可以进行直接启动的，而对于10 kW及以上的电动机中则通常采用降压启动的启动方式。为了对启动转矩进行减小，以防止其对相关机械设备所产生的冲击，如果电动机允许进行全压启动，则其也可采用其他启动方式，即降压启动。

在三相异步电动机中，通常所采用的降压启动方法有以下几种：利用定子串进行降压启动，进行Y-方式的降压启动，进行软启动器的降压启动。利用这些方法都可以有效实现启动电流的降低，对线路的电压降落进行减小，确保电气设备的有效运行。

3.1 串电阻降压启动方式

通常在定子电路中采用串电阻的方式来对定子的绕组上的电压进行有效的降低，在电动机降压启动的过程中，一旦电动机的转速达到额定值时，就应该采用切电阻的方式来有效的限制启动电流，确保电动机能够在全压的方式下进行有效的运行。在对定子串的降压启动的过程中，其电动机启动电流将随定子的电压成正比，而其启动转矩则与电压的平方成正相关。

串电阻降压启动的缺点是其将消耗大量的电能，且串电阻降压启动的成本较高，这种启动方式在启动不频繁的电动机中经常使用。

3.2 自耦变压器降压启动方式

通常将自耦变压器视为启动补偿器，在自耦变压器中其电源和初级是相连的，而自耦变压器的次级是与电动机直接相连的。在自耦变压器中其次级是具有3个及以上的抽头的，因此利用自藕变压器方式可以实现3个不同大小的电压。

使用自耦变压器的方式进行启动时其可以灵活选择启动转矩，并有效选择启动电流。在电动进行启动时，在定子绕组进行启动时其所得到的启动电压将是二次侧的电压，如果启动完毕，则可将自耦变压器进行切除。这样电动机就能过直接连接到相关的电源，即连接至一次侧。在变压器降压启动的过程中，其启动的转矩与电流通常都是按平方值进行降低的，即获得同样的转矩，则其所获得的电流将比降压启动的电流小的多，因此通常将自耦变压器视为启动的补偿器。

采用自耦变压器的启动方式通常在大容量的电动机中进行使用。这种方法的主要缺点是其价格较为昂贵，且结构比较复杂，相对体积较大，不能够进行频繁的操作。

4 结论

上述电动机的启动方式中分析比较中，其具有控制电路简单的共同特点。但由于电动机启动过程中的启动转矩是不可调的，因此在整个启动的过程中将产生巨大的冲击电流，这样就会导致电动机将产生堵转的现象。在对电动机进行软启动时虽然没有冲击电流，但恒流启动过程中会导致电网的继电保护特性具有选择性，因此，当电动机在直接启动不能满足要求时，首先考虑的是软启动降压启动器。

参考文献

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在市场经济条件下，高等院校要积极主动地适应社会发展的需要。对于地方性高校工科专业来说，就是要积极主动地服务地方经济建设，科研与生产和教学相结合，为地方培养应用开发型人才。长期以来，我们不断探索，并付诸具体实践，提高了人才培养质量，增强了人才的市场竞争能力。本文以电气技术、自动化专业的科研与教学为例，介绍一些具体做法。

一、以研产学结合为基础，不断深化教学内容改革

（一）科学研究联系生产实际，并以此拓展、加深教学内容

在本地，异步电动机用电量占电力负荷的60%以上，为了缓解用电矛盾，电动机的节能，就具有至关重要的作用。在讲授《电机与拖动基础》（以下简称《电拖》）课程“异步电动机的效率与损耗”时，还结合本地生产中电机节能方面存在的问题，从“减少有功损耗”与“减少无功”两方面详细论述了实现节能的方法，大大深化和丰富了教材内容。有些学生还开发性地应用到其它感性负载（如硅整流设备）中，取得了较好的节电效果。

在本地农村，由于村落分散，输电线路长，加之农忙与农闲用电负荷变化很大，且农闲轻负荷时间长等原因，使得农电变压器的损耗大。在讲授《电拖》课程“变压器的工作特性”时，还深入讲述变压器节电运行的多项措施，并介绍了实际应用中的具体做法，被学生创造性地运用在各自的家乡，收到了好的节电效果，得到了供电部门的表扬。

本地属于农业大省农业大市，农用电动机较多，而配变容量较小、供电线路长且阻抗大，因此农用电动机起动时可不考虑对高压系统的影响，加之农用电动机容量较小，起动次数少，因而对电网与电机寿命的影响都小。在讲授《电拖》课程“三相异步电动机的起动”时，还结合本地农用电动机的具体情况，对教材中允许直接起动电动机的容量公式进行了修正，扩大了允许直接起动的农用电动机容量，减少了扩大容量的电动机所用的降压起动设备，节省了开支。

在讲授《电路分析》课程“高频交流电”时，补充讲解了高频设备的电磁辐射及其防护措施，以满足本地在通讯、广播电视及医疗等方面工作人员的需要。在讲授《供电技术》课程“供电系统的保护”时，补充讲述了电力系统谐波的产生、危害与抑制方法，更好地满足电力工作人员的需要。在讲授《电拖》课程“单相异步电动机”电容时，还对单相电动机运行电容的正确选取提出了具体的计算公式与确定方法；在讲授“仪用互感器”时，还对互感器的接线方式及使用注意事项作了深入分析，以满足本地农村乡镇企业与城市工矿企业电气人员的需要。

（二）科学研究面向生产需要，并以此调整、补充教学内容

在我市有线电厂、无线电一厂等多家单位，由于生产需要，工程技术人员不仅要掌握普通可控硅方面的知识，还要掌握双向可控硅与可关断可控硅知识。根据这一实际，我们把《变流技术》教材中在本地应用很少的“斩波器”省略（学生自学），而补充讲解双向可控硅与可关断可控硅知识，并结合教师的实践经验，具体介绍了普通型、双向型、可关断三种类型可控硅的电极确定、触发性能检测、电路设计要点及使用注意事项，受到了学生与厂方的好评。

我们还把《电拖》教材中分析电拖系统过渡过程情况的繁琐推导省略掉，而采用电路过渡过程的“三要素”法求取电拖系统的过渡过程，快速、简捷明了、实用；把电机“转子串频敏变阻器起动”中的频敏变阻器的结构让同学们自学，而补充讲解频敏变阻器选用与调整的实用知识。

在讲授《电拖》课程“三相异步电动机的起动”时，还把在电源容量较小时工厂起动电动机的特殊方法介绍给同学们。因为电源容量较小，电机难以采用降压起动，更不能采用直接起动，而工厂采用小电机拖动大电机的起动方法，有效地解决了这一难题，同学们增长了实践知识。在讲授“直流电机的换向”、“电机负载率的测定”与“变压器参数的测定”时，把工厂维护直流电动机换向的方法与电机负载率和变压器线圈匝数的简单适用的测定方法介绍给学生。

在讲授《变流技术》课程“可控硅的保护”时，还把工厂实用的选择快速熔断器的具体方法和使用快速熔断器应注意的事项介绍给学生。

二、以研产学结合为契机，不断增强培养人才的适应性

（一）把课堂教学中的相关内容转入工厂讲授

本地许多工厂中生产用的电机等电气设备，因接地保护工作做得不周，常出现停机、损坏设备，有时甚至造成人身伤亡。根据这一实际，在讲授《电工学》课程“接地与接零保护”时，由于教材只简单介绍其基本原理，我们把学生带到工厂，对照实际设备全面讲述了接地装置的安全、安装与检修要求以及接地电阻的测量方法，师生还检查、修理了现场的一些接地保护装置。

电气专业的学生毕业后一走上工作岗位大都要与工厂使用得最多的电机打交道，许多已毕业的学生参加工作后还登门求教电机检修方面的知识。根据这一普遍要求，在讲授《电拖》课程“电机的结构”、“电机绕组的排列与绝缘”等内容时，把学生带到电机制造厂和使用电机较多的工厂，利用工厂的工具仪表，与技术人员、工人师傅一起，现场对学生进行教学，学生边学边用，学用结合，当场就能掌握一些电机检修方面的方法与知识。

在指导学生电工实习、带学生下厂对一般电气设备与线路进行实际操作的同时，还着重对本地应用较多且前景广阔的PLC控制系统进行学习。对于生产现场造成对PLC的干扰这一重要问题，同工厂技术人员、学生一起进行了研讨与实验，提出了一些行之有效的抗干扰措施，使学生学到了实用的知识，如从抗电源干扰、抗线间干扰、抗负载干扰、抗环境干扰四个方面采取有效手段。

（二）把生产实际中的有关问题引入课堂教学

本地一工厂的吊车在轻载运行时制动失效，我们对此进行了原因分析，提出了改进措施，收到了好的效果。在讲授“异步电动机的制动”时，结合这一实例给同学们深入挖掘了制动失效的多种原因,同学们不仅从理论上弄清了这一问题，而且还提出了另外一些实用的改进措施。

在讲授 “电动机的继电保护”时，把当时本地工厂损坏一台200KW大电机与多台小电机的事故介绍给同学们，分析事故原因在于造成电动机的缺相运行与集电环、轴承过热，电机的励磁保护与绝缘保护失效，师生还共同讨论了应该采取的继电保护措施。

国家技术人员联合研制的起重机控制设备20多年来广泛应用在全国的大中型吊车上，但由于控制线路设计中考虑不完善，对操作人员有技术上的特殊要求，人性化不够、劳动强度大，因而在厂里和码头上经常需要修理，于是我们进行了故障诊断和集体研究，发现它有几个值得改进的地方。在讲授《工厂电气控制设备》时，在课堂上进行仔细介绍，并提出一些在生产实际中可能遇到的类似问题，让学生去讨论，甚至让个别学生作为毕业设计课题，学生兴趣很浓，劲头很足,收效很大。

三、形成研产学良性互动，实现多赢互促局面

（一）在课堂教学中引入科研

在讲授《电拖》课程“绕线转子异步电动机的起动与调速”时，把当时为市电机厂进行的一项科研工作“异步电动机转子串电阻电感起动与调速”的情况进行了详细介绍，使同学们开阔了思路，增加了学习与研究的兴趣。在讲授“三相异步电动机的工作特性”时，还把教师自己研究的利用铭牌数据计算工作特性的方法告诉同学们，使学生认识到：不用仪表试验测取，只需较简单的计算就可求得工作特性，方便实用。

在《变流技术》课程中讲述双向可控硅的结构、工作原理及应用情况时，把老师和几位同学为厂矿机关大楼的路灯及室外路灯研制的“路灯节电控制器”、“简易调光电路”和农村养殖业用的“温控器”、“土壤测湿仪”介绍给同学们，使同学们认识到：用双向可控硅构成的控制器更加工作可靠、线路简单、使用方便，增强了同学们的创新开发意识。

在讲授《供电技术》课程“电力网络的基本接线方式”时，把教师研究的“变压器切换过程中不间断供电”的接线方法介绍给同学们，使学生认识到：选用恰当组别标号的变压器，先与要被切换下来的变压器并联供电，再切除原变压器，就能做到不间断供电，克服以往变压器切换时需停电的弊端，从而开发了学生的思维。

（二）在科研工作中启发教学

在为市开关厂进行“异步电动机的电容补偿与阻容起动装置”及“电动机的自起动装置”两项科研工作中，把开辟的异步电动机起动的一种新方法与自起动电路补充到《电拖》教材“三相异步电动机的起动”内容中，对学生进行启发教学,所介绍的自起动电路，具有逆向思维的观点，电路简单、功能齐全、可靠实用，使学生开阔了思路。在研究“三相变压器的联接组别标号”与“变压器的并联运行”时，把探索出的组别标号变化规律与并联运行的新规律引入教材“三相变压器”内容中，并启发他们如何把这些规律应用到实际工作中去。

由国家劳动部资助，常德市新艺劳保用品总厂承担的科研项目“机床用超声波安全生产保护装置”，由杨斌文教授主要负责研制。他把其中应用的负反馈信号放大电路引入《电工学》教材“晶体三极管的放大电路”中，启发学生如何把多种反馈电路选择性地应用到实际放大器中。还把和同学们为工厂、实验室设计制作的“变压器过热报警器”与“失电报警器”所用振荡电路引入《电工学》“晶体管振荡电路”中；把为工矿企业研究的“无功补偿后的增容问题”引入《供电技术》课程“工厂供电系统经济运行管理”教学中，启发学生灵活运用所学知识。

篇（7）

【摘要】三相笼型异步电动机由于具有结构简单，坚固耐用，适应性强，运行高效等良好性能，被广泛应用于工农业生产、国防建设、科学技术研究等各个领域。本论文从三相笼型异步电动机的减压起动控制综合分析了减压起动控制方法的控制过程中数量关系并阐述了其各自的特点及适用范围，且对电动机起动控制方法未来的发展趋势做了进一步探讨与展望，对高效利用电动机性能、延长其使用寿命及有效减弱对电网的冲击力等方面的探究具有重要的意义。

关键词 三相笼型异步电动机；减压起动控制；软起动；综述

Study on Approach of Starting Control by Pressure Reduction of Three-phase Cage-type Asynchronous Motors

YE Xin-ying

（Fujian Forestry Vocational & Technical College,Nanping Fujian 353000, China）

【Abstract】Due to desirable properties of simple structure, solidity and durability, high adaptability and efficient operation, three-phase cage-type asynchronous motor is extensively applied in the fields of industrial and agricultural production, national defense and scientific and technological research. From the perspective of starting control by pressure reduction, the author comprehensively analyzes the quantitative relation of the approaches of the control, respectively illuminates their characteristics and application range and further forecasts the future development trend of approach of motor starting control. The study in this paper is of great significance for the improvement of control circuit performance, motor service life prolongation, utilizing motor performance in energy-efficient manner and remarkable reduction of impact force imposed on power grid.

【Key words】Three-phase cage-type asynchronous motors；starting control by reducing pressure；soft start；comprehensive illumination

0　概述

近些年来，随着电力电子技术、半导体技术及计算机技术的快速发展，电动机作为生产机械的原动力，不仅广泛应用于国民经济建设、人民物质生活改善的各个领域，而且还在工农业生产、国防建设、科学技术研究等方面都得到了极为广泛的应用。在工农业生产中，各种各样的生产机械，一般都采用电动机进行驱动；在自动控制系统中，各式各样的微型电动机用作检测、放大、执行元件。即使在国防建设和科学技术研究等方面，电动机也是不可缺少的。所以三相笼型异步电动机能广泛应用于电力拖动与自动控制系统中,但其起动控制问题一直困扰着研究人员，也是业内人士广为关注的问题，因此国内外都十分重视电动机的研究和开发，且进展很快。由此可见，电动机是一种常用且必备的机电设备，加大对电动机起动控制的探讨与研究，才能更有效的为今后的智能化、机械化、自动化系统打下良好的基础。

电动机接上电源，转速由零开始运转，直至稳定运转状态的过程，称为起动过程。三相笼型异步电动机的起动方式有直接起动和减压起动两种。三相笼型异步电动机起动时，加载电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压，属于直接起动。直接起动的优点是电气设备少、电路简单、维修量较少。三相笼型异步电动机直接起动时，起动电流一般为额定电流的4～7倍，起动转矩为额定转矩的1～2倍。对于电源容量在180kVA以上，电动机功率在7kW以下的三相异步电动机可采用直接起动，这种起动方法适用于小容量三相笼形异步电动机的空载或轻载起动。但是尽管直接起动操作简单，维修方便，但这种起动方式仍有诸多不足，对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外，在电源变压器容量不够大而电动机功率较大的情况下，直接起动将导致电源变压器输出电压下降，不仅会减小电动机本身的起动转矩，而且会影响同一供电线路中其他电气设备的正常运行，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。因此，较大功率的电动机需要采用减压起动。

减压起动是指利用起动设备将电压适当降低后加到电动机定子绕组上进行起动，待电动机起动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运转。由于定子绕组中的电流和加在绕组上的电压成正比例，所以降低电压可以减小起动电流，不致在电路中产生过大的电压降，并减少对电路电压的影响。

三相笼形异步电动机减压起动的方法很多，常见的减压起动方式只有四种：定子绕组串接电阻减压起动，自耦变压器减压起动，ㄚ-减压起动，延边三角形减压起动。尽管方法不同，但其目的都是为了限制起动电流，减小供电网络因电动机起动所造成的电压降。但问题是在限制起动电流的同时，起动转矩也受到限制，因此，有必要对这个四种减压方法进行详细论述对比，针对不同的使用场合，合理选择其起动方式，这样才能改善控制电路性能、延长电动机使用寿命、高效节能的利用电动机起动特性及有效减弱对电网的冲击力影响。

1　减压起动控制过程数量关系分析

1.1　定子绕组串接电阻减压起动

定子绕组串接电阻减压起动是指电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，通过电阻分压使电动机定子绕组电压降低，起动后再将电阻短接，电动机全压运行。

由此可见：一般情况下，若起动电压是全压起动的一半，则起动转矩是全压起动的1/4。

1.2　自耦变压器减压起动

自耦变压器减压起动是指依靠自耦变压器来降低加在电动机三相定子绕组上的电压，达到限制起动电流目的的。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，起动结束后，自耦变压器被切除，电动机便在全电压选稳定运行。

由此可见：其起动电流和起动转矩为全电压直接起动电流和起动转矩的1/3。

1.4　延边三角形—三角形减压起动

延边三角形—三角形减压起动是指电动机在起动时将定子绕组的一部分接成星形（丫），另一部分接成三角形（），从图形上看构成延边三角形减压起动，当电动机起动结束后，再将定子绕组接成三角形（）进行正常运行。

由上述ㄚ-减压起动浅析可知，接成星形（Y）起动时，由于电动机每相绕组所承受的电压只有三角形（）接法的1/√3，所以起动电流和起动转矩也只有三角形（）接法时的1/3。正因为各相绕组所承受的电压降低了，才使得起动电流和起动转矩相应下降。同理，延边三角形减压起动时，之所以能降低起动电流，也是因为三相绕组接成延边三角形时，绕组所承受的相电压有所降低，而降低程度取决于电动机绕组的抽头比例。由延边三角形减压起动定义可知，电动机在起动时定子绕组的一部分接成星形（Y），另一部分接成三角形（），则接成星形（Y）部分的绕组线圈越多，电动机的相电压也就降得越低，但降低程度不会低至额定电压的1/√3，因为这种起动方式介于星形（Y）-三角形（）减压起动方式之间，即起动时，电动机定子每相绕组所承受的电压，比接成全星形接法时大，比接成全三角形接法时小；同理，起动电流和起动转矩也比接成全星形接法时大，比接成全三角形接法时小。因此，形象的说，延边三角形减压起动时，电动机的相电压在380/√3～380V之间，起动电流和起动转矩在额定值的1／3～1倍之间。

实验研究证明：在电动机起动状态下，当抽头比为1：1，即延边三角形接法下，星形（Y）部分绕组线圈匝数与三角形（）部分绕组线圈匝数比为1：1时，电动机的每相绕组所承受的电压约为251V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.44倍；当抽头比为1：2时，电动机的线电压约为274V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.52倍；当抽头比为2：1时，电动机的线电压约为237V，起动电流和起动转矩降低约为额定值的0.38倍。

由此可知，恰当选择不同的抽头比例，便可以达到适当降低起动电流，而又不至于损失较大的起动转矩的目的。

2　探讨与展望

通过对这些常见的减压起动控制方法的数量关系分析可知它们的特点各异，可根据实际需要确定相应的方法，总结如表1所列。

综上所述：四种常见的减压起动控制方法均能实现有效降低起动电压的目的，降压起动控制旨在限制起动电流，减小冲击电流对电网的影响，起动转矩的减少并不是我们所想要的。从电网角度看，要求电动机的起动电流小；从机械角度看，又要求其转矩大。在电动机的减压起动特性中，最主要的是起动转矩和起动电流，总是希望能在起动电流比较小的情况下，获得较大的起动转矩。这两者似乎总存在着某种矛盾，但是可根据这四种减压起动控制方法的起动特性，结合实际情况需要，在不同的情况下采用不同的起动方法。

近些年来，随着电力电子技术、半导体技术及微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式设备用于三相笼型异步电动机的起动控制，以取代传统的减压起动方法。把传统的电动机起动方法称为硬起动。所谓电动机软起动，就是在电动机起动过程中，在电动机主回路串联变频变压器件或分压器件，使电动机端电压从某一设定值自动无级上升至全压，电动机转速平稳上升至额定转速的一种电动机起动方法。这种电动机软起动方法在主电路一般都采用三相晶闸管交流调压电路，当变频变压器件接到起动指令后，便进行计算输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通时刻，使得变频变压器件按所设计的模式调节输出电压，以控制电动机的起动过程。当起动完成后，变频变压器件会短路掉所有的晶闸管，使电动机逐渐投入电网运行，以避免不必要的电能损耗。这种电动机软起动方法具备两个基本特点：一是在整个起动过程中电动机平稳加速，无机械冲击；二是尽可能降低起动电流，切换时没有电流冲击。由于电动机软起动方法具备很多传统减压起动方法不具备的优点及其健全保护功能，所以，它运行安全、经济、可靠，适应性强、配置灵活，实现了电动机驱动的精密控制、精密调整。尽管它有谐波含量大、起动转矩小、价格略贵等方面缺点，然而瑕不掩瑜，一些欧美国家的公司像西门子、ABB研制了基于单片机的软起动控制器，已大量投放市场。国内一些公司也看到了软起动设备市场潜力，纷纷加入到研制软起动装置的行列来。三相笼型异步电动机的软起动技术逐步成熟，普及越来越广泛，不过在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合，可以频繁起动。相信电动机软起动技术会逐步占领市场，为今后实现智能控制系统化打下良好的基础。

3　结束语

随着现代科学技术的发展及人们对智能化生活的向往，电动机由于具有结构简单、运行可靠、适应性强、价格低廉等优良特性而被各个领域广泛采用。本论文从三相笼型异步电动机的减压起动控制综合分析了减压起动控制方法的控制过程中数量关系并阐述了其各自的特点及适用范围，且对电动机起动控制方法未来的发展趋势做了进一步探讨与展望，不同的使用场合可根据电动机本身和电网的限制、设备成本及这些减压起动控制方法的起动特性，参照实际情况需要，合理的选择相应的起动方式，这样才能高效利用电动机性能、延长其使用寿命和有效减弱对电网的冲击力。

参考文献

［1］胡红明.异步电机软起动研究[D].武汉：华中科技大学，2010.

［2］饶蜀华.电工电子技术基础[M].北京：北京理工大学出版社，2011.

篇（8）

在专业课程体系中的定位 《电机应用技术》是浙江大学城市学院自动化专业的专业方向课程，该课程的学习将为后续《电气控制与PLC应用》《交直流调速技术》和毕业设计等课程环节建立必要的基础，是自动化专业承上启下的重要专业课程。

在专业能力培养中的定位 该课程定位于让学生树立以交直流电机为控制对象的完整的自动控制系统的概念，结合已学过的电路原理、数字电子技术基础、模拟电子技术基础、单片机、电力电子技术等课程，搭建以电机为控制对象的闭环控制系统，并完成对电机性能的调试和控制。

与核心课程群中其他课程在知识体系与能力培养上的整体设计 《电机应用技术》与自动化专业的其他核心课程之间的关系，如下图所示。在一个完整的闭环控制系统中，《计算机控制》《单片机》《PLC》是控制手段，《电力电子技术》《数电》《模电》提供电机的驱动电路，《电机应用技术》构成系统的控制对象，《运动控制技术》和《控制系统设计》提供系统的理论概念和分析方法，《自动控制理论》《系统建模与仿真》《智能控制》偏重原理性地介绍和理论的分析，主要定位培养学生的系统概念和理论分析能力。

基础知识要求 要求掌握直流电机的结构和基本工作原理、直流电动机的电力拖动、变压器基本工作原理和变压器组别判断、交流电机的结构和基本工作原理、三相异步电动机的电力拖动、同步电机、微特电机以及电动机的容量选择等。知识点：电力拖动系统的运动方程式;直流电机的工作原理、内部结构、用途、运行特性以及他励直流电机的起动、调速和制动;变压器的结构和工作原理、变压器空载运行和负载运行特性、变压器的接线组别判断;三相异步电动机的工作原理、内部结构、用途、工作特性、参数的测定、运行特性、三相异步电动机的起动、制动和调速问题;了解伺服电机、步进电机、测速发电机、无刷直流电动机的结构和基本工作原理。

能力培养要求 培养学生了解直流电机、变压器、交流电机的运行特性分析，同时结合已经学习过的电路原理、数字电子技术基础、模拟电子技术基础、单片机、电力电子技术等课程，搭建以电机为控制对象的闭环系统，树立闭环反馈系统的整体概念，完成对电机的性能分析和控制。技能点：能够搭建以电机为控制对象的闭环控制系统，并对电机性能进行分析，同时借助单片机等控制手段完成对电机的智能控制，能够独立完成闭环系统硬件搭建和调试，掌握PID等经典控制算法在实际系统中的应用。

实践教学要求 利用课外时间以三四人的小组为单位，搭建直流电机的闭环控制系统，要求完成硬件系统搭建、软件程序编写与调试以及报告的撰写。通过本次设计，增加学生对电机理论知识的感性认识，完成理论到实践的转换。

作业要求 随堂课后作业、课外引导性项目实践设计、网上在线测试。随堂与课堂讲授知识点匹配的作业要求跟随进度完成;课外引导性项目实践设计分6周完成，完成硬件系统搭建、软件程序编写与调试以及报告的撰写，实施分组进行。

篇（9）

【摘　要】主要介绍了异步电机的节能技术，对离心连接方式、变频调速起动方式、降压起动方式、固态起动器起动方式进行了深入的研究。对异步电动机的损耗进行了分析，并对节能控制抗干扰的技术进行了初步的描述。

关键词 异步电动机；节能；抗干扰；变频调速；变频节能；损耗

0　前言

作为一种重要的动力设备，异步电动机的用电量是非常大的。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载下运行。电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况，提高国民经济效益，具有十分重要的现实意义。

1　异步电动机节能控制的基本方法

异步电动机运行时，一般有三种方式可以达到节能的目的：一是变频节能；二是降低定子电压节能；三是优化电动机本体设计节能。本论文将重点研究电机智能软启动节能控制方式。

异步电机是以反电势来平衡外电压的，反电势随着转子转速的增加而逐渐增大，电动机在起动之初反电势为零，所以起动时冲击电流很大，约为额定电流的5~7倍。对于功率较大的异步电机起动时电流会达到几千安培，会对电网造成很大的冲击，使电源电压下降，影响同一电网上的其它设备的起动和正常工作。基于以上的原因，电动机一般不允许直接起动，必须对其起停加以控制。

可以实现异步电机软起动的方式主要有：离心连接方式、变频调速起动方式、降压起动方式。

1.1　离心连接方式

包括液力耦合器，电磁转差离合器等多种形式。其基本原理是在电机和负载之间加入中间级以起到缓冲作用，离心连接可用于调速，但调速范围不大，精度低。这种起动方式可以防止起动时对负载设备的冲击，但不能防止起动过程中冲击电流对电网的影响。

1.2　变频调速起动方式

变频调速系统除进行电机调速外，还可以实现平滑起动。在电机起动加速时，逆变器输出频率做线性增长，随频率增大电压随之增高，可使电机起动时的电流限制在1.5IN左右。对于有调速要求的电力拖动系统，宜采用变频器调速方式。但这种电机控制器的电路复杂，成本较高，当不需要精确调速时，不适合应用这种起动方式。

1.3　降压起动方式

包括常规的降压起动和固态软起动器起动两种方法。常规的降压起动方式主要有：定子电路中串入起动电抗、星—三角形起动、自耦变压器降压起动等。这类起动控制可以达到减小起动时的机械及电器冲击的基本要求，但它们仅仅是名义上的软起动控制器，因为它们将起动阶段分为两个或多个步骤，起动电流由一级向相邻一级跳变时会产生跳跃冲击，且这类控制器均以接触器为主要部件，虽然经过不断的设计改进，但还是存在不可消除的缺点，如体积大、机械磨损、触头烧熔、工作噪声、工作时的射频干扰和机械震动，为此，起动设备需要经常维修，实践表明，这类起动器的性能比电机本身还要差。

另外一种降压起动方式是用固态起动器起动。固态起动器是一种新型的无触点起动器，通过半导体元件来控制。在三相电路的每一相有两个晶闸管反并联连接，控制输出的触发脉冲即可调整晶闸管的输出电压。

2　异步电动机的损耗分析

2.1　恒定损耗

恒定损耗是指异步电动机运行时固有损耗，它与电动机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。恒定损耗包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。

2.1.1　铁心损耗

铁心损耗pFe（含空载杂散损耗）亦称铁耗，指主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗。异步电动机在正常运行时，转差率很小，转子铁心中磁通变化的频率很小，一般仅为每秒1~3周，故异步电动机铁耗主要为定子铁心损耗。

铁耗大小取决于组成电动机的铁心材料性能、频率及磁通密度，近似公式pFe≈kf1.3B2，k为系数，B为磁通密度，f为转子磁通变化的频率。

空载杂散损耗pσs是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座、端盖等金属中产生的损耗，一般空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。铁耗一般占异步电动机总损耗的20%~25%。

2.1.2　机械损耗

机械损耗PΩ通常包括通风系统损耗pV及轴承摩擦损耗pr，绕线式转子还有电刷摩擦损耗。通风系统的风摩损耗主要为产生冷却电机的气流所需的风扇总功率。，H为风扇有效压力，V为气体流量，η为风扇效率。可见，合理的选用冷却风扇所用材料及合理的风道设计等可降低通风系统损耗，具体的不在本文涉及范围。

轴承摩擦损耗主要与轴承型号，装配水平，脂有关。对于滚动轴承，轴承摩擦损耗一般形式为： pr=9.81GVsμ，G为轴承承受的负荷，Vs为轴径线速度，μ为摩擦系数。

机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中比重也增大。

2.2　负载损耗

负载损耗主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。pCu=mI2r，m为相数，I为每相电流，r为每相电阻。铜耗约占总损耗的20%~70%，电动机容量越大，铜耗占比例越小。

2.3　杂散损耗

杂散损耗主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。这些损耗约占总损耗的10%~15%。

3　异步电动机节能控制方法

3.1　异步电动机调压节能

对于变转矩负载，降低端电压不仅可以降低电动机本身的铁耗和铜耗，而且输出功率的降低进一步减小了电动机的输入功率，节能率更高。或者可以理解为降低电动机端电压同时提高了电动机本身和负载的效率。

降压节能电动机

异步电动机采用降压节能运行方式时，必须满足两个先决条件：首先，必须保证电机的稳定运行；第二，转子电流不能超过额定允许值，否则会造成转子过热，严重时会烧毁电机。

电动机转矩不仅与电压的平方成正比，与负载率成反比，而且还与电动机本身的承载能力有关。

功率因数在空载时数值很小，仅为0.1～0.15，随着负载率增加而递增。通常6、8、10极电动机递增幅度比2、4极电动机来得大，小容量电动机的增幅度比大容量递增幅度来得大。不同系列、不同类型的电动机效率、功率因数均不相同。一般说来，同容量的鼠笼型电动机的效率、功率因数要比绕线式电动机高；转速高的电动机效率、功率因数比转数低的高；同一类型电动机容量大的电动机的效率、功率因数比容量小的电动机高。对于同一台电动机，其效率曲线也不是一成不变的，使用时间过长，维护保养不良将使各种损耗增加，导致效率曲线的下降。

要使电动机经济运行，必须合理选择电动机类型、容量与负载机械特性适应，力求有最高的运行效率；对运行的电动机要提高电动机的负载率；加强维护检修，采取各种改造措施减少损耗，提高电动机的效率。

在恒定负载长期轻载运行时，不宜采用降低端电压而应更换小容量电机。需注意的是：降低定子端电压并不显著降低电机转速，即电机转差率在允许范围之内；

电动机本身的空载电流较大，或者电网电压偏高的场合也很适宜降压节电运行。

降低端电压有利于电机经济运行，提高效率，改善功率因数。轻载时，降低定子端电压，可以提高电动机效率，但必须降压合适，否则就不能达到节能效果。

3.2　异步电动机变频节能

电气传动的PWM控制技术是调速传动的关键技术之一，是电气传动自动控制领域研究的热点。PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。

在交流变频传动中，使用较早的控制技术是VVVF控制技术，该控制技术分为两种：一是把VV与VF分开完成，即先把交流电整流为直流的同时进行相控调压，而后逆变为可调频率的交流电，这种前后分开控制的VVVF控制技术称为脉冲幅值调制方式（pulseAmplitudeModulation）。二是将VV与VF集中于逆变器一起来完成，即前面为不可控整流器，中间直流电压恒定，而后由逆变器既完成变频又完成变压，这种控制技术称为脉冲宽度调制技术（PulseWidthModulation）。这种控制技术整流器无须控制，简化了电路结构，而且以全波整流代替相控整流，提高了输入端的功率因数，减小了高次谐波对电网的影响。

PWM控制技术有许多种，而且在不断发展之中，从控制思它们分为四类：（1）等脉宽PWM法，（2）正弦波PWM法，即s流跟踪型PWM法，（3）磁链追踪型PWM法（SVPWM法，也称电压法）。具体实现的技术有:自然采样法，对称规则采样法、特定谐调制技术，相位调制技术，面积等效法等10多种调制技术。

等脉宽PWM法的每一脉冲的宽度均相等，改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法可以实现电压与频率的协调变化，其缺点是输出电压除基波外，包含较多的谐波分量。

SPWM法克服了等脉宽PWM法的缺点，它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相正弦波电源，它是以一个正弦波作为基准波（称为调制波），用等幅的三角波（称为载波）与基准正弦波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式。

电流跟踪型PWM法采用电压源型逆变器，却是控制输出电流的，其基本思想是将电动机定子电流的检测信号与正弦波电流给定信号相比较，如果实际电流大于给定值，则通过逆变器的开关动作使之减小，反之使之增大，这样实际电流波形围绕给定的正弦波做锯齿状变化，而且开关器件的开关频率越高电流波动就越小，使用这种方法，电动机的电压数学模型改成电流模型，可使控制简单，动态响应加快，还可以防止逆变器过电流。

磁链追踪型PWM法，把电动机与逆变器看为一体，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形磁场为目标，它以三相对称正弦电压供电时交流电动机中的理想磁链为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的磁链有效矢量来逼近基准圆，理论分析和实验表明SVPWM调制具有脉动转矩小、噪音低，直流电压利用率高（比普通的SPWM调制约高15%）。

在进行电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望保持电机中每极磁通量为额定值，并保持不变。因为如果磁通太弱，没有充分利用电机铁心，这是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会使绕组因过热而损坏电机。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应进行适当补偿，保持磁通恒定是很容易做到的。而在异步电动机中，磁通是定子和转子磁动势合成的，故要达到磁通恒定的目的就困难得多。

4　抗干扰技术

异步电机节电控制器的工作环境比较复杂和恶劣，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。影响系统可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，以及系统结构设计、元器件选择、安装和外部环境条件等。这些因素对节电控制器造成的干扰后果主要表现在下述几个方面。

单片机系统常用的抗电磁干扰的硬件措施有滤波技术、去藕电容技术、屏蔽技术与信号隔离技术、接地技术等。常用的软件措施主要有数字滤波、软件冗余、程序运行监视及故障自动恢复技术等。现在介绍主要的硬件抗干扰措施。

4.1　滤波技术

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不同于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰藕合，或是增强设备的抗干扰能力，都是有力措施。此技术在本设计中的直流电源电路、同步信号检测、电流过零点检测等电路中都有用到。

4.2　去藕电容技术

数字电路信号电平转换过程中会产生很大的冲击电流，并在传输线和供电电源内阻上产生较大的压降，形成严重的干扰。为了抑制这种干扰，在电路中适当配置去藕电容。去藕电容一方面提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能量，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。

4.3　屏蔽技术与信号隔离技术

屏蔽技术可以抑制外部电磁干扰的作用，屏蔽是用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场藕合的部分隔离开来，割断其空间场的藕合通道。良好的屏蔽是和接地紧密相连的，因而可以大大降低噪声藕合，取得较好的抗干扰效果。在本系统中可采用铝盒将内部电路板屏蔽起来，对外只留有几个接口。此技术体现在电路板的制作上。

信号的隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，使单片机与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。常用的隔离方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离等。本控制器的同步信号检测、电流过零点检测等电路中都采用了光电隔离技术；晶闸管驱动电路中采用了变压器隔离技术。

4.4　接地技术

接地技术是抑制噪声的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声藕合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。接地目的有三个：其一是为各电路的工作提供基准电位；其二是为了安全；其三是为了抑制干扰。

4.5　电路抗干扰技术

由于可控硅开关高次谐波、外部干扰等在采用屏蔽和滤波后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合电路屏蔽，采取平衡措施等电路技术，在电路设计合理布置地线，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。此外，实际的无源元件并不是理想的，其特性与理想的特性是有差异的。元件本身可能就是一个干扰源，因此选用优质无源元件非常重要。也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

参考文献

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［4］周鹗.电机学[M].3版.北京:中国电力出版社，1995，5.

篇（10）

1电机绕组局部烧毁的原因及对策

1.1由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从而导致电机绕组局部烧坏。

相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。

1.2由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。

相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。

1.3由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。

相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。

1.4由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。

相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。

1.5电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。

相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。

2三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策

如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。