三相异步电机的起动方式及调速
综述
应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称电机。把机械能转换为电能的电机，称为发电机；把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
电动机分为交流电动和直流电动机两大类。交流电动机又分为单相的和三相的，异步的和同步的。我公司使用的大部分为三相异步电动机。所以我们这里只讨论三相异步电动机的相关问题。
一、三相异步电机概述
1、结构
三相异步电动机按转子结构不同分为笼型和绕线转子异步电机两大类。生产上主要应用为笼型异步电机。异步电动机由两个基本部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。笼型异步电机的主要部件如图1所示
图1
a、定子
三相异步电机的定子由机座和装在机座中的定子铁心及定子绕组组成。定子铁心由冲有槽的硅钢片叠成，片间涂有绝缘漆。三相绕组是用绝缘铜线或铝线绕制成三相对称的绕组按一定规则连接嵌放在定子槽中。按国标规定三相绕组始端以U1.V1.W1表示。末端以U2.V2.W2表示。这六个接线端引出至接线盒可以接成如下图2中所示的星形或三角形
图 2
b、转子
笼型转子绕组是在铁心槽内放置铜条，铜条两端焊接绕组形成如鼠笼型，故称为笼型转子，为简化工艺，小容量异步电机的笼型转子是用铝浇铸而成，称为铸铝转子
二、三相异步电机起动方式
对于容量的异步电动机，考虑到大小和性质不同的负载，及电网的容量，解决起动电流大起动转矩小的问题，采用不同的起动方式。
1.全压起动
全压起动又称直接起动。就是利用开关或接触器将电机绕组直接接到额定电压的电源上。直接起动的优点是起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。
为了能够利用这些优点，目前设计制造的笼型感应电动机都按全压起动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。所以，只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩，起动引起的压降不超过允许值，就应该选择全压起动的方式。尤其是消防泵等应急设备希望起动快，故障少，凡能采用全压起动者，均不应采用降压起动。
在工程实践中，直接起动可按下列经验公式核定 N Q
I I ≤N
H P P 443 I Q 为电机起动电流；I N
为电机额定电流；P N 为电机额定功率（KW ） P H 为电源总容量（KV ·A ）
直接起动的缺点为起动电流大，笼型感应电动机的起动电流一般为额定电流5~7倍，如果电动机的功率较大，达到可与为其供电的变压器容量相比拟时，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显著下降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其他电气设备的正
常工作。
2. 降压起动
对中、大型异步电机，可采用降压起动方法，以限制起动电流。待电机起动完毕，再恢复全压工作。但是降压起动的结果，会使起动转矩下降较多，所有降压起动只适用于在空载或轻负载情况下起动电机。下面介绍几种常见的降压起动方法。
A.定子电路串接电阻起动
在定子电路中串接电阻起动线路，如图3所示。起动时，先合上电源开关Q1，将Q2打到“起动”位置，电机即串入电阻R起动。待转速接近稳定值时，将Q2打到“运行”位置，R被切除，电机恢复正常工作情况。由于起动时，起动电流在R上产生一定电压降，使得加在定子绕组端的电压降低，因此限制了起动电流。调节电阻R 的大小可以将起动电流限制在允许范围内。
图3
采用定子串电阻降压起动时，虽然降低起动电流，但也使起动转矩大大减小。
B. 星--三角降压起动
对于正常运行时定子绕组规定是三角形联结的三相异步电动机，启动时可采用星形联结，使电机每相所承受的电压降低，因而降低起动电流，待起动完毕，再接成三角形，这种方式为星--三角形降压起动。接线原理线路如下图4
图4
注意：采用星--三角形降压起动，电网供给的电流下降为三角形联结直接起动时的1/3.
星--三角形起动转矩降低的倍数与电流降低的倍数相同，一般适用于500V以下，且正常运行时定子绕组为三角形联结低压电机。常见的额定电压为380/220V的电机其表达为当电源线电压为380V时用星形联结，线电压为220V时用三角形联结。所以，当电源线电压为380V时，这类电机就不能用此方法。
C. 自耦变压器降压起动
此起动方式是利用自耦变压器将电压降低后再加到电动机定子
绕组上，待转速接近稳定时再将电机接入电网。原理图如下 图5
起动时，将开关打到“起动”位置，自耦变一次侧接入电网，二次侧接电动机定子绕组，实现降压起动。当转速接近额定值时，将开关打到“运行”位置，则切除自耦变压器，电机接入电网全压运行。
自耦变压器的二次侧备有不同的电压抽头，例如QJ 型有三个，每个其输出电压也不同。在电机容量较大或正常运行为星形时，并带一定负载起动的，可采用自耦降压起动，可根据负载。选择合适饿抽头，获得所需起动电压和起动转矩。我公司动力站中就有用自耦变压器起动的电机。
三、异步电机的调速
在生产中，为获得最高的生产率和保证产品加工质量，常要求生产机械能在不同的转速下工作。这就需要调速。如果采用电气调速， 就可以大大简化机械变速机构。
由异步电动机的转速表达式
()()s p
f s n n -=-=1601112 可知：要调节异步电机的转速，可采用改变电源频率f 1极对数p 以
及转速差s等三种基本方法来实现。
1、改变电源频率f1
由上式可见，当改变电源频率时，异步电动机的转速可以平滑的调节。就可以实现异步电机的无级调速。由于电网的频率时50Hz，因此改变频率f1需要专门的变频设备。
变频调速：有两种调速方式：1恒转矩调速f
当定子绕组的组成和接法不同时，可改变旋转磁场的极对数。当电源频率恒定，电动机的同步转速N1与极对数成反比，所以改变电动机定子绕组的极对数，可以调节转速。
变极调速一般都是笼型转子。笼型转子的极对数能自动的随着定子极对数的改变而改变，使定子、转子磁场的极对数总是相等。
3、改变转差率调速
改变转差率调速的方法有：改变电源电压，改变转子回路电阻，电磁转差离合器等。
1）改变电压U1调速，这种方法当转子电阻较小时，能调节速度的范围不大；当转子电阻大时，可以有较大调节范围，但又增大损耗。所以这里不详细说明。
2）改变转子电阻调速，在一定的负载转矩下。电阻越大，转速越低。这种方法调整范围有限，主要应用于小型电动机调速。
3）电磁转差离合器调速，电动机和生产机械一般是用机械联轴器硬轴联接起来的。电磁转差离合器就是一种利用电磁方法来实现调速
的联轴器。电磁离合器是由电枢和感应子（励磁线圈与磁场）两基本部分所组成，这两个部分没有机械上的联接，都能自由的围绕同一轴心转动，彼此间的圆周气隙为0.5mm。
一般情况下电枢与电动机硬轴联接，由电机带动旋转，称为主动部分，其转速由异步电动机决定，是不可调的；感应子则通过联轴器与生产机械固定联接，称为从动部分。
当感应子上的励磁线圈没有电流通过时，由于主动与从动部分之间无任何联系，显然主动轴以转速N1旋转，但从动轴不动，相当于离合器脱开。当通入励磁电流时，建立了磁场，形成了磁极。使得电枢与感应子之间有了电磁联系。当二者之间有相对运动时，便在电枢铁心中产生涡流，电流方向由右手定则确定。根据载流导体在磁场中受力作用原理，电枢受力作用方向由左手定则确定。但由于电枢已由电动机拖动，根据作用与反作用力大小相等方向相反的原理，该电磁力形成的转矩使感应子连同负载沿着电枢同方向旋转，将电动机转矩传给负载。
电磁调速异步电机有结构简单，可靠性好，维护方便等优点。