第3章 交流电动机电气传动系统

3.1 交流电动机的调速方法

三相交流电动机是工厂中最主要的动力源，其中应用最多的是笼型异步电动机，其次是绕线转子异步电动机和少量的同步电动机。异步电动机的转速公式为

式中 n——电动机转子的转速（r/min）；

p_n——电动机的极对数；

f₁——供电频率；

s——转子转差率，s=（n₀-n）/n₀；

n₀——同步转速，n₀=60f₁/p_n。

从式（3-1）可以看出，改变供电频率f₁、极对数p_n、转差率s三种方式都可以改变电动机的转速n。这三种调速方式依次分别称为变频调速、变极调速和变转差调速。

变频调速和变转差调速都需要使用变频器，只不过前者将变频器装在定子绕组侧，后者是将变换器或变频器装在绕线转子异步电动机的转子绕组侧。

不调速的电气传动的最大特点是电动机直接与供电电源相连，中间没有变换器装置。对于笼型异步电动机，普通的控制功能有起动/停止、正转/反转，有时可能进入制动工况。对于绕线转子异步电动机，为了平稳起动和减小起动电流，在转子回路串入多级起动电阻，并根据起动时间逐级退出起动电阻。

用于传动的同步电动机可以调节励磁电流改变进线侧的无功功率。

早期的不调速的电气传动系统采用接触器实现控制和保护。现在利用晶闸管制成的无触点式起动器已经比较普及了。图3-1所示为笼型异步电动机采用接触器实现起动和反转的电路（图3-1a），以及晶闸管无触点开关的起动装置实现起动和反转的电路（图3-1b）。在晶闸管无触点开关加上相控功能就形成目前比较常见的软起动器。

图3-1a中的KM1是正向起动的接触器。为了改变电动机的旋转方向，必须改变定子绕组的供电相序。在需要电动机反转时，接通接触器KM2以改变相序。KM1和KM2只能有一个接通，二者之间应当有电气或机械式的互锁机构。在使用无触点开关时，电动机定子绕组的每一相都使用2只反并联的晶闸管阀组代替接触器的触头。正转时使用阀组VS11、VS12和VS13，反转时使用阀组VS21、VS12和VS23。两个电路中都使用断路器QF作为隔离和过载保护。

图3-1 笼型异步电动机起动和反转的电路

不调速的电气传动的运行特性依赖于传动电动机的额定数据，也就是说要根据工作机械的运行状况选择电动机的额定数据。根据电动机轴上的负载功率选择电动机的额定功率；此外，还要根据其他工作条件确定电动机的电源电压、频率、转速、电流和功率因数等额定数据；根据电动机的电动/发电两种工况，校核发热量是否在合理范围。