电力拖动（Electric&Drive）
&&&&&&&&&即以作为拖动运动的一种拖动方式。又称：。
& &的发展简史：
&&&&&&&&&各类的运动都要依靠动力。古代的机械是用人力、蓄力和水力来驱动的。
&&&&&&&&&1769年，瓦特改进了蒸汽机。动力的变革极大地推动了机器的广泛使用，引发第一工业革命。
&&&&&&&&&1832年，法拉第发明了电动机，引发了第二次工业革命，世界从此进入了电气化时代。
&&&&&&&&&在问世以前，人类的生产多以人力、畜力、风力(如:船运)、水力()、(蒸气机车)、（柴油机或汽油机）、（）作为动力。
&&&&&&&&&19世纪30年代出现了，俄国物理学家首次以蓄电池供电给，作为快艇的动力装置，以推动快艇航行。此后，以作为原动机的拖动方式开始被人们所瞩目。
&&&&&&&&&到19世纪80年代，由于三相交流电传输的方便性以及结构简单的三相的发明，使得到了发展。
&&&&&&&&&20世纪，随着社会的进步，为提高生产率和改善产品质量，工业部门对机械设备不断提出新的、高的技术要求。如要求有宽的速度调节范围、有高的调速精度、能快速地进行可逆运行以及对位置、加速度、张力、转矩等物理量的可控性能的要求等。以蒸汽机、柴油机等作为原动机的拖动装置很难甚至不可能予以完成，而应用则能很好地满足上述技术要求。因此，被广泛用于冶金、石油、交通、纺织、机械、煤炭、轻工、国防和农业生产等部门，在国民经济中占有重要地位，是社会生产不可缺少的一种拖动方式。
&&电力拖动系统及其动力学
&&（System）泛指由一群有关连的个体组成，根据预先编排好的规则工作，能完成个别元件不能单独完成的工作的群体。分为与人为系统两大类。
凡是由电动机作原动机，拖动生产机械运转，能完成生产任务的系统，都称为电力拖动系统。
&&电力拖动系统按电动机的供电种类区分为两类：
& &1、交流拖动系统：交流拖动系统有交流双速电动机、交流调压调速系统及变频变压调速系统。
&2、直流拖动系统：直流拖动系统又分为可控硅励磁系统和可控硅直接供电系统。　
&&两者的优点和缺点：
直流电动机具有调速机械特性好、调速范围大…等优点，但直流电动机也有换向器日常维护量大、耗能高的缺点。不过，由于电子元器件的高速发展，大功率高反压的问世，使得变频变压调速系统更加成熟。其在拖动系统被采用已成为现实。变频变压调速系统用在电梯上有体积小、节能…等优点，在调速性能方面可以与直流拖动系统相媲美，目前采用变频变压调速的电梯其速度可达
&&电力拖动系统一般可再分为三个子系统：
& & &①
&电力（电气）控制系统；
& & &②
&电磁转换系统（电动机）；
&③&&机械系统（＝联轴器、离合器、减速器传动机构＋生产机械/工作机构）。
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&一般地，生产机械的典型负载可分为三类：
& & &恒转矩负载：
&其特点是负载转矩与转速无关，任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。应用的场合如：传送带、搅拌机、挤压机…等摩擦类负载（也叫“反抗性负载”），以及：吊车、提升机…等位能性负载。
& &恒功率负载：
&其特点是转矩大体与转速成反比，即转矩与转速的乘积恒定不变。应用的场合如：机床主轴、轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、绕线机、开卷机…等要求线张力和线速度恒定的场合就是恒功率负载。
&风机与泵类负载：
&其特点是转矩与转速的平方成正比。转速的小变动会引起转矩的大变动。应用于所有的以为工作对象（即：工作介质）的。
& &冲击负荷：具有周期性或非周期性，突然变化很大的负荷。如：电弧炼钢炉、轧钢机…等。一般出现最大负荷的时间很短，但其峰值可能是其平均负荷的数倍或数十倍。这类负荷对电力系统影响较大，当其变化幅值相对于系统容量较大时，很有可能引起系统频率的连续振荡，电压摆动。通常对带有冲击负荷的电力拖动系统需要做专门的研究，并提出相应的对策，以满足电力系统安全稳定和电能质量的要求。
& &减速或传动机构可吸收部分的冲击负荷。
& &实际中的生产机械大都是上述典型负载的组合。如：实际的通风机负载是恒转矩负载和风机与泵类负载的组合；机床的刀架平移机构为反抗性恒转矩负载和恒功率负载（低速时负载转矩加大）的组合。
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对于电力拖动系统，其动力学模型可以简化为两种基本的运动形式：
& & 其中：FL为包括摩擦力和风阻力等在内的静负载力；TL为包括摩擦转矩和风阻力矩等在内的静负载转矩。
& & 一般电动机轴输出的是回转运动：
&实际上，对大多数的电动机拖动系统而言，在电动机和生产机械之间存在着诸如联轴器、减速器…等传动机构，构成了所谓的“多轴拖动系统”。此时，在使用牛顿第二定律时需要进行多轴系统到单轴系统的折算：
&折算的两项原则：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能不变。
&折算的方向：一般是从生产机械轴向电动机轴折算。根据传送功率不变的原则，电动机转轴因速度高而负载转矩的数值小。
& &折算方法：
& & &①工作机械（单轴）的转矩折算:
& &②&直线负载力的折算:
&③&（旋转多轴系统）转动惯量J到等效飞轮矩GD2的折算:
&&&④
（直线运动）惯性质量G到等效飞轮矩GD2的折算:
&电力拖动系统的稳态运行：
&若将电动机的转矩特性与负载的转矩特性绘制在同一坐标平面上，则两条曲线的交点必为电力拖动系统的稳态运行点。
&对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部的扰动（如：电网电压的波动，负载转矩的变化…等）后，系统会偏离原来的稳态运行点。若外部的干扰一旦被消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称该系统是稳定的；否则，系统是不稳定的。
&电力拖动系统从一种稳态向另一种稳态转换的过程（如：起动、调速与制动），称为动态过程。
&必须保证电力拖动系统从动态过程能可靠地过渡到稳态过程。
& &电力拖动系统稳定运行的条件： &△T/△n
＜ △TL /△n&&
&当在某点处于稳定运行的系统受到外部扰动使得其转速增加时，负载转矩的增加应大于电磁转矩的增加，系统才能够减速以回到原来的运行点。此时，系统在该点处是稳定运行的。
&&电力拖动系统的制动：
制动的目的——产生与转向相反的转矩：①.迅速停车；②.减速；③.限制电动机转速的升高（下坡）。
制动的方式：
电气制动：制动转矩为电磁转矩，包括：反接、能耗、回馈…等三种制动方式。
机械（抱闸）制动：如：电磁铁制动、摩擦盘制动、皮带制动、气压制动…等。
& &&优缺点比较：
&&电气制动的优点：方法科学，可减小设备损伤；缺点：产生惯性滑动，因此不适合大功率电机。&
&机械制动的优点：定位准确，制动效果较好；缺点：产生机械撞击，对设备、结构等损伤较大。
& &&很多情况下采用机械制动结合电磁制动的方法来进行制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个比较低的速度（接近零速），然后再机械抱闸制动，这样既避免了机械冲击又有比较好的制动效果。
&常用电动机的机械特性（转矩-转速特性）
&为了衡量电动机机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，记作β，其定义为：
&即：转矩变化dT与所引起的转速变化dn的比值，称为机械特性的硬度，根据β值的不同，可将电动机机械特性分为三类：
&&(1)绝对硬特性(β→∞)：如交流同步电动机的机械特性。
&&(2)硬特性(β&10)：如直流他励电动机的机械特性，交流异步电动机机械特性的上半部。&
&&(3)软特性(β&10)：如直流串励电动机和直流积复励电动机的机械特性。&
&在生产实际中，应根据生产机械和工艺过程的具体要求来决定选用何种特性的电动机。例如，一般金属切削机床、连续式冷轧机、造纸机等需选用硬特性的电动机；而对起重机、电车…等则需选用软特性的电动机。&
& &一、直流电动机的机械特性：
&固有（自然）机械特性：在额定电压，额定磁通，电枢电路内不外接电阻时的机械特性即为固有（自然）机械特性。直流他励电动机的固有特性可以根据电动机的铭牌数据来绘制。
&人工机械特性：在电枢回路中串附加电阻、降低电枢电压、减弱励磁磁通。
&复励电动机具有他励和串励两个励磁绕组。工业上常用的是积复励电动机，即他励绕组和串励绕组所产生的磁通方向一致，复励电动机同时具有他励电动机和串励电动机的性质，故复励电动机的机械特性介于它们两者之间。
&复励电动机的机械特性曲线的形状依串励磁通所占的比重不同而不同，串励磁通所占比重大时机械特性较软，一般串励磁通在额定负载时约占全部磁通的30％左右。
&复励电动机的机械特性有确定的理想空载转速n0.
& &二、异步电动机的机械特性：
&固有（自然）机械特性：在额定电压和额定频率下，定子和转子电路中不接任何电阻或电抗时，电动机所具有的机械特性。
&人工机械特性：可通过人为地实现近似恒力矩或恒功率的机械特性。
&的转速差与同步转速之比定义为的：S=(no-n)/no &&
&S&是分析运行情况的主要参数。 & &
& &&三、同步电动机的机械特性：
&&因转子与旋转磁场同步（如“失步”则电动机就不能正常运转了），其机械特性为一水平线。
&&由于可以通过调节励磁电流使它在超前功率因数下运行，有利于改善电网的，因此，大型设备，如：大型鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机…等常用同步电动机驱动。在低速的大型设备中采用同步电动机时，这一优点尤为突出。
&&同步电动机的转速完全决定于电源频率。频率一定时，电动机的转速也就一定，它不随负载而变。这一特点在某些传动系统，特别是多机同步传动系统和精密调速稳速系统中具有重要意义。
&&同步电动机的运行稳定性也比较高。同步电动机一般是在过励状态下运行，其过载能力比相应的大。异步电动机的转矩与电压平方成正比，而同步电动机的转矩决定于和电机励磁电流所产生的内电动势的乘积，即仅与电压的一次方成比例。当电网电压突然下降到额定值的80%左右时，异步电动机转矩往往下降为64%左右，并因带不动负载而停止运转；而同步电动机的转矩却下降不多——它还可以通过强行励磁来保证电动机的稳定运行。
&电动机的选型
& &㈠、一般电动机选用的四项基本原则：
& &①&动力匹配原则：电动机的额定功率、及其机械特性应满足机械系统负载特性的要求。
& &② 系统稳定原则：电动机转子的转动惯量与负载的总惯量相匹配，考虑速度波动和调速的要求。
& &③ 环境适宜原则：电源的匹配、EMC、防护等级(粉尘)、绝缘等级(湿度)、温度和温升(海拔)…等。
& &④&经济高效原则：确保电动机的采购和使用成本最低。防止“大马拉小车”，避免空载运行。
& &电动机过载时会出现：发热、振动、转速下降、声音异常…等现象，严重过载时则会烧毁电动机。
& &电力拖动系统在传递功率时存在着功率损耗（总传递功率与损耗功率之差相对总传递功率的比值即机械的传动效率）。但工程上一般假定传递静负载功率才引起传递损耗，而传递动负载功率不引起传递损耗。
& &当给处于停止状态下的异步电动机加上电压时的瞬间，异步电动机产生的转矩称为。
通常为额定转矩的125%以上。与之对应的电流称为，通常该电流为额定电流的6倍左右。&
& &对于带负载起动的笼型转子异步电动机必须考虑其“”（类似“短时过载转矩”，大于额定转矩但不超过最大转矩）是否够用！笼型或绕线型异步电动机的最大转矩与电网(最低)电压的平方成正比。
& &直流电动机的“最大转矩”为不导致电枢电流超过换向条件所许可的最大电流（过载电流）时的转矩。
& &特别地，电动机用于海拔超过 1000
米（如：新疆、甘肃、宁夏、云南、贵州的部分地区）或环境温度超过40℃、相对湿度超过95%
时，需要计算电动机实际输出功率的降低程度，以满足现场的使用要求。
& &1) 环境温度的影响：
& &电动机实际提供的功率 N
按下式修正：N＝Kt&Ne
& &式中：N——考虑温度影响后的电动机功率，kW；
& &Ne——电动机的额定功率，kW；
& &Kt——温度校正系数，见下表：
&2）海拔高度的影响
&海拔高度在
1000m 以上时，每升高100m 所需的环境温度降低补偿值规定按温升极限的1%折算。
&若最高适宜环境温度的降低值不足以补偿由于海拔高度提高所造成的冷却效果的降低，应对电动机的额定输出功率进行修正。&
&电动机额定输出功率不变时，需满足：（）△≤&
&电动机的冷却效果补偿额定输出功率的降低，其关系式如下：（）△＞&
& &式中： ——海拔高度，；
&△——海拔高度在
之间，每提高 所需要的最高环境温度补偿值取
&△0.01&电机温升极限/100&，
℃/m。
——使用地点的最高环境温度，℃。
额定输出功率降低的百分数可按每补偿1℃，则功率降低1%的方法计算（或与电机厂协商确定）。&
功率降低值的关系式如下（已包括环境温度的影响）：
△＝&(－)
&△ －(－)
& &&㈡、伺服电动机（控制电动机）的选用：
&&伺服电动机除有基本的功率要求(防止过载)或和最大转矩限制外，重点的还有电机惯量的选择！
负载/ 电机(转子)惯量比：　　
伺服电机需要惯量匹配，日系列最大10倍与电机惯量左右(不同品牌有差异)，欧系的最大20左右。 一般来说欧系的惯量都小，因为他们的电机是细长的。
伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量，电机的动作会很不平稳可靠。因为：&
　　&一般情况下，控制电机使用于伺服系统都有位置精度和速度精度要求。&
一般来说，小惯量电机的制动性能好，启动、加速、停止的反应很快，高速往复性也好，适合于一些轻负载、高速定位的场合，如：一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机则适用于大负载、平稳要求比较高的场合，如：一些圆周运动机构和一些机床行业。
如果你的负载比较大或是加速特性比较大，但选择了小惯量的电机，则可能对电机轴损伤太大。选择应该根据负载的大小、加速度的大小…等因素来选择，一般的选型手册上有相关的能量计算公式，比较复杂，这里就不详列了。
&&一般的伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，理想值为负载惯量与电机转子惯量之比为，最大不可超过倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。
　　使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。
　　实际的负载/
电机(转子)惯量比越小越好(如：３:１就比５:１更好)。惯量比越小越易控制速度和精度。但有的电机（如：安川控制电机）能匹配30倍的负载惯量，有的电机（力矩电机）甚至可匹配1000倍——详细可参考电机样本。
　　正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提，此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出。伺服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系，若负载电机惯量比过大，伺服参数调整越趋边缘化，也越难调整，振动抑制能力也越差，所以控制易变得不稳定；在没有自适应调整的情况下，伺服系统的默认参数一般在1～3
倍负载/电机惯量比之下，系统会达到最佳工作状态，这样，就有了负载/电机惯量比的问题，也就是我们一般所说的惯量匹配。
&&如果电机惯量和负载惯量不匹配，就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的冲击！
转动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量越小，系统的动态特性反应越好，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，也越难控制，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
机械系统的惯量需和电机惯量相匹配才行，负载电机惯量比是一个系统稳定性的问题，与电机输出转矩无关，是电机转子和负载之间冲击、松动的问题。不同负载与电机惯量比的电机可控性和系统动态特性如下：
&（1）一般情况下，当JL&≤ JM 时,
电机的可控性好，系统的动态特性好；
&（2）当&JM&&&JL&≤
3JM&时，电机的可控性会些稍降低，系统的动态特性较好；
&（3）当&JL&& 3JM&时，电机的可控性会明显下降，系统的动态特性一般。
&&不同的机械系统，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现，但大多要求负载惯量与电机惯量的比值小于10，总之，惯量匹配的确定需要根据具体机械系统的需求来确定的。
&&需要注意的是，不同系列型号的伺服电机给出的允许负载电机惯量比是不同的，可能是3倍、15倍、30倍…等，需要根据厂家给定的伺服电机样本来确定。&&
&&电动机的起动方式
&&&单相电机的启动方式主要有：电容启动，电阻启动；
三相电机的启动方式主要有：自藕变压器降压启动，星—三角降压启动，延边三角形降压启动，变频器启动，可控硅启动，绕线转子电动机频敏变阻器启动…等。
&启动方法的选择和比较：
1、直接启动
& & 直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。直接启动的电流是正常运行的5倍左右，经常启动的，提供电源的线路或容量应大于容量的5倍以上；不经常启动的电动机，向电动机提供电源的线路或容量应大于电动机容量的3倍以上。这一要求对于小容量的电动机容易实现，所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的，不需要。对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网稳定运行不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用。
直接启动可以用开关、铁壳开关、（）等实现电动机的近距离操作、，速度控制、正反转控制等，也可以用、、等实现电动机的远距离操作、、速度控制、正反转控制、等。
直接启动就是在全电压条件下直接启动电机&。如果电网条件允许&,可以采用直接启动&。但在实际生产过程中往往由于电网容量有限&,很少采用直接启动&。由于采用直接启动时&,启动电流大&,使电压下降幅度较大&,对于供电系统有较大的冲击&,如果压降超过一定值&,有可能导致上级变电所跳闸&。故在实际运行中很少采用这种直接启动方法&。
2、用自偶变压器
采用，电动机的及与其端电压的平方成比例降低，相同的的情况下能获得较大的启动转。如启动电至的65％，其启动电流为全压启动电流的42％，为全压的42%。
的优点是可以操作控制，也可以用，经久耐用，维护成本低，适合所有的空载、轻载启动使用，在生产实践中得到广泛应用。缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压器箱（自偶箱），要配置自偶变压器、等启动设备和元件。
3、Y－△降压启动
为△连接的电动机，启动时接成Y，速度接近时转为△运行，采用这种方式启动时，每相降低到电源电压的58％，启动电流为直接启动时的33％，启动为直接启动时的33％。启动电流小，启动小。
Y－△降压启动的优点是不需要添置启动设备，有启动开关或交流等控制设备就可以实现，缺点是只能用于△连接的电动机，大型不能重载启动。
4、串电阻启动
绕线式，通过与电阻连接。外部串接电阻相当于的内阻增加了，减小了的。从某个角度讲，电动机又像是一个变压器，二次电流小，相当于变压器一次的电动机电流就相应减小。根据电动机的特性，串接电阻会降低电动机的转速，提高转动，有更好的启动性能。
在这种启动方式中，由于电阻是常数，将分为几级，在启动过程中逐级切除，可以获取较平滑的启动过程。
根据上述分析知：要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。采用了在上串的启动方法，可以使启动更加平稳。
启动原理是：电动机接通电源电动机开始启动时，由于串接了，电动机转子转速很低，启动电流很小，故转子频率较高，f2≈f1，频敏的很大，随着转速的提升，逐渐降低，的随之减小。这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，短接，启动过程结束。
转子串电阻或频敏虽然启动性能好，可以重载启动，由于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式，所以只是在启动控制、速度控制要求高的各种、、行车等行业使用。
是一种集、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流。运用不同的方法，改变的触发角，就可调节调压电路的输出电压。在整个起动过程中，的输出是一个平滑的升压过程，直到全导通，电机在下工作。
的优点是，启动电流小，适合所有的空载、轻载使用。缺点是启动小，不适用于重载启动的大型电机。
通常，把电压和频率固定不变的变换为电压或频率可变的的装置称作“”。该设备首先要把三相或变换为（DC）。然后再把（DC）变换为三相或（AC）。同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。
变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。
&&至于具体使用哪种启动方式，就要看电网与电机的大小关系和船东的习惯问题了，一般一台电机直接启动的电流为其额定电流的5--8倍，当该瞬时电流达到电网的70%-80%时，就要考虑采取降压启动了，欧洲和中国，普通电机一般选用星三角的比较多，日本一般使用自偶变压器，变频启动一般用与特大电机！
电动机起动方式的选择和应用
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&山东黄河勘测设计研究院&&&&张金凤
& & 起动方式与选择原则
全压起动是最好的起动方式之一，它是将电动机的定子绕组直接接入额定电压起动，因此也称为直接起动。全压起动具有起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省和设备故障率低等优点。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。全压起动的缺点是起动电流大，鼠笼式异步电动机的起动电流一般为额定电流的5~8倍，如果电动机的功率较大，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显著下降，影响接在同一条供电线路上的其他电气设备的正常工作，或者在某种情况下规范不允许采用全压起动时，可采用降压起动。降压起动的方法较多，传统的降压起动方式有：电阻降压起动、Y—△形降压起动、延边△降压起动、电抗器降压起动及自耦降压起动等。高压电动机的降压起动传统设计首先考虑用电抗器降压起动，如不满足要求时考虑自耦降压起动。低压鼠笼式异步电动机降压起动，一般选Y—△降压起动，在达不到要求时，再选择延边△降压起动、电抗器降压起动及自耦降压起动。如果降压起动不满足转矩的要求时，再选用绕线式异步电动机的起动方式。现在设计中多采用软起动器降压起动。
&&起动方式的比较
&&高压电动机的降压起动现在较为先进的有液态电阻软起动。下面着重讨论一下低压鼠笼式异步电动机的降压起动。
&&Y—△形降压起动在切换瞬间会出现很高的电流尖峰，产生破坏性的动态转矩，其引起的机械振动对电动机转子、轴联接器，中间齿轮以及负载等都是非常有害的。过去，在水利工程设计中多采用这种方法。延边△起动的电动机具有9个出线。自耦变压器降压起动体积大，维修率高，而且还存在与负载匹配的电动机转矩难以控制的缺点。这两种起动只能起到在电动机起动时降低起动电流对电网的冲击作用，能保证电动机的可靠起动，但电动机仍不能平滑起动和停车，没有从根本上解决问题。
&&目前软起动有磁控软起动器和电子软动器。磁控降压软起动采用控磁限幅调压方式对电动机起动过程的电压进行减压调控，实质就是电抗器降压起动。电子软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电动机控制装置。软起动器的工作原理是由串接于电源和被控电动机之间的三相反并联晶闸管进行调压，可通过调节晶闸管的导通角使电动机的端子电压从预先设定的值升到额定电压。其特点是电动机转矩近似与定子电压
的平方成正比。用电子软起动器起动电机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直至晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上。它不仅实现了在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。电子软起动与其他传统起动方式相比，具有良好的软起动能力，又能降低对电网的冲击；与磁控式软起动相比较，从它们的起动电流特性曲线及其他特性上可以看出数字式软起动装置的起动特性优于磁控式软起动装置。同时，电子软起动器一般采用16位单片机智能化控制，能实现直接计算机通信控制，具有起动电流小、对电网无冲击、保护功能齐全等优点，可以对电动机起动进行自动控制，适合各种大功率电动机起动控制使用，是较为理想的降压起动方式。电子软起动器与其他传统起动方式性能比较见附表。
星-三角起动
自耦降压起动
磁控降压软起动
电子软起动
& & 起动电压
由零逐渐升至全压
& & 起动电流
(1.8~2.5)Iqd
(0.3~3)Iqd
& & 起动转矩
(1.8~2.5)Mqd
(0.3~1)Mqd
& & 起动机理
区域恒流软起动
限流或电压斜坡软起
& & 控制方式
继电器控制
继电器控制
继电器控制
16位单片机模糊控制
& & 电流冲击
& & 起动时间
较短(可调)
& & 重量/体积
& & & 初投资
--&本节内容转自相关网文&--&&
&电动机发热原因及其解决方法
1、室温过高
2、散热不良
4、过压欠压或电压不平衡
5、频繁起停或频繁正反转
7、风扇坏或进出风口堵
8、轴承缺油
9、机械卡住堵转
10、负载转动惯量过大启动时间过长
11、匝间短路
12、新电机内部接线有误
13、星三角接线有误
14、星三角或自偶降压启动负载重启动时间长或因故障未正常转换
15、电机受潮
16、鼠笼式异步电机转子断条
17、绕线式异步电机转子绕组断线或电阻不平衡
18、转子扫膛
19、电源谐波过大,例如附近有大型整流设备,高频设备等
20、多次维修的电机铁心磁通减小
21、有些电机绕线工艺差
三相异步电动机应用广泛，通常用得最多的是鼠笼式异步电动机（以下简称“电机”）。该电机具有结构简单、容易制造、价格低廉、起步方便、工作可靠、坚固耐用、运行效率较高、便于维护检修的特点。在泵、风机及传动机构的驱动都离不开电机，电机出现任何故障都会对生产造成影响。因此，电气工作人员必须掌握有关异步电动机安全运行的基本知识和常见故障的处理方法，做到及时发现和消除电机事故隐患，保障安全运行。
&&选择电机的功率时，应考虑电机的发热、允许过载和启动能力三方面因素。一般情况下以发热问题最为重要。电机发热的原因是运转中的能量损耗在电机内部转变成了热量。电机中耐热最差的是绕组的绝缘材料，当电机温度不超过所用绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料的寿命较长，可达20年以上；反之，如果温度超过上述最高温度，则绝缘材料老化、变脆，并缩短电机寿命，严重情况下，绝缘材料将碳化、变质、失去绝缘性能，从而使电机烧毁。可见，电机的故障大都因为温升不正常所致。而不同的电机绝缘等级则对应不同的电机允许温升，如下表。
&&绝缘等级 &
&&允许温度 105&#&#&#℃
180&#℃以上&
&&允许温升
&60℃ & &75℃
& 80&#&#℃
125℃以上&
&&必须指出，在研究电机发热时，常把电机温度与周围环境温度之差称为“温升”。我国规定的环境温度为：40℃。&
&&由温升曲线可知，发热开始时，由于温升较小、散发热量较少，大部分热量被电机吸收，因而温升τ增长较快。随温度升高，散发热量不断增长，电机散发热量由于负载不变而维持不变，电机吸收热量不断减少，温升曲线趋于平缓。最后电机温度不再升高，温升达到稳定值tw。总结电机发热过程与输出功率如下式：
PN= tw AhN/（1-hN）&
&&对同样规格的电机欲提高额定功率PN，有3种方法：
可以提高额定效率hN，即采取措降低电机损耗；
提高散热系数，即加大流通和散热面积；
提高绝缘材料温升。
& & &电机一旦选定，以上3项均成定数，所以生产中必须时刻监视电机各部分的温升。在实际生产中，由于电气或机械方面的原因，常会使电机出现过热或烧毁等故障。所以通过检查电机在运行中的温度来和判断其故障尤为重要。
&电机发热大致有以下原因及解决办法：
& & &1. 电机定、转子之间气隙很小，容易导致定、转子之间相碰
&&在中、小型电机中，气隙一般为0.2mm～1.5mm。气隙大时，要求励磁电流大，从而影响电机的功率因数；气隙太小，转子有可能发生摩擦或碰撞。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损变形，使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛，很容易使电机发热甚至烧毁。如发现轴承磨损应及时更换，对端盖进行更换或刷镀处理，比较简单的处理方法是给端盖镶套。
& 2. 电机的不正常振动或噪音容易引起电机的发热
&&这种情况属于电机本身引起的振动，多数是由于转子动平衡不好，以及轴承不良、转轴弯曲，端盖、机座、转子不同轴心，紧固件松动或电机安装地基不平、安装不到位造成的，也可能是机械端传递过来的，应针对具体情况排除。
振动不仅会产生噪声，还会产生额外负荷。
& 3. 轴承工作不正常，必定造成电机发热
轴承工作是否正常可凭听觉及温度经验来判断。可用手或温度计检测轴承端判断其温度是否在正常范围内；也可用听棒（铜棒）接触轴承盒，若听到冲击声，就表示可能有一只或几只滚珠轧碎，如果听到有咝咝声，那就是表示轴承的润滑油不足，电机应在运行3,000小时～5,000小时左右换一次润滑脂。
电源电压偏高，励磁电流增大，电机会过度发热&
&&过高的电压会危及电机的绝缘，使其有被击穿的危险。电源电压过低时，电磁转矩就会大大降低，如果负载转距没有减小，转子转数过低，这时转差率增大会造成电机过载而发热，长时间过载会影响电机的寿命。当三相电压不对称时，即一相电压偏高或偏低时，会导致某相电流过大，电机发热，同时转距减小会发出“嗡嗡”声，时间长了会损坏绕组。&
&&总之，无论电压过高、过低或三相电压不对称都会使电流增加，电机发热而损坏电机。因此按照国家标准，电机电源电压的变化应不超出额定值的±5%，电机输出功率可保持额定值。电机电源电压不允许超过额定值的±10%，三相电源电压之间的差值不应超出额定值的±5%。
& 5. 绕组短路，匝间短路，相间短路和绕组断路
&&绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后，使两导体相碰，称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路。发生在两相绕组之间的绕组短路称为相间短路。不论是那一种，都会使某一相或两相电流增加，引起局部发热，使绝缘老化损坏电机。绕组断路是指电机的定子或转子绕组碰断或烧断造成的故障。不论是绕组短路或断路都可能引起电机发热甚至烧毁。因此，发生这种情况后必须立即停机处理。
& 6. 物料泄露进入电机内部，使电机的绝缘降低，从而使电机的允许温升降低
&&固体物料或粉尘从接线盒处进入电机内部，则会到达电机定子、转子的气隙之间，造成电机扫膛，直到磨坏电机绕组绝缘，使电机损坏或报废。如果液体和气体介质泄漏进入电机内部，将会直接造成电机绝缘下降而跳闸。
一般液体和气体泄漏有以下几种表现形式：
&&（1）各种容器和输送管道泄漏、泵体密封泄漏、冲洗设备和地面等。如我公司洗瓶机碱液泵曾经由于机械密封磨损，水进入电机内部而烧毁电机。
&&（2）机械油泄漏后从前端轴承盒缝隙中进入电机。
&&（3）与电机相连的减速机等油封磨损，机械润滑油顺着电机轴进入，在电机内部积聚后，溶解电机绝缘漆，使电机绝缘性能逐步降低。如果发现电机有漏油情况就立即更换处理。一般是用灯泡或碘钨灯泡进行烘烤，用500V兆欧表测量电机三相绕组对机壳的绝缘电阻值。要求电阻值高于0.5
MΩ才可使用。
& 7. 几乎有一半以上电机烧毁都是由于电机缺相运行引起的
&&缺相常常造成电机不能运行或启动后转速缓慢，或转动无力电流增大有“嗡嗡”的响声现象。如果轴上负载没有改变，则电机处于严重过载状态，定子电流将达到额定值的2倍甚至更高。短时间内电机就会发热甚至烧毁。造成缺相运行的主要原因如下：
&&（1）电源线路上因其它设备故障引起一相断电，接在该线路上的其它三相设备就会缺相运行。
&( 2）断路器或接触器一相由于偏电压烧毁或接触不良造成缺相。
&&（3）电机接进线由于老化、磨损等原因造成的缺相。
&&（4）电机一相绕组断路，或接线盒内一相接头松脱。
&&为了预防电机出现缺相运行，除了正确选用和安装低压电器和保护装置外，还应严格执行有关规范，敷设馈电线路，同时加强定期检查和维护。
& 8. 其它非机械电气故障原因&
&&其它非机械电气故障原因造成的电机温度升高，严重时也可能导致电机故障。如环境温度高，电机缺少风扇、风扇不完整或缺少风扇罩。这种情况下必须强制冷却保证通风或更换风叶等，否则无法保证电机的正常运行。&
&&综上所述，为了能采用正确的方法进行电机故障处理，就必须熟悉电机常见故障的特点及原因，抓住关键因素，定期检查和维护。这样才能少走弯路，节省时间，尽快地排除故障，使电机处于正常的运转状态。从而保证车间正常生产。
&&电机的启动电流、启动时间、过载能力与重载启动&
电机的各项技术指标必须达标或优于标准！ &
电机的启动电流峰值为额定电流的&6～8&倍，启动时间 0.3 s .
& &&2. 设备电机启动时间超过0.3s，被视为重载启动。
& &&3.电机的瞬间过载能力与时间（条件：在一个大气压下，温度摄氏25℃室内）：
输出功率为额定功率的8～9倍时，时间小于或等于0.5s.
输出功率为额定功率的7～8倍时，时间小于或等于2s.
输出功率为额定功率的6～7倍时，时间小于或等于3s.
输出功率为额定功率的5～6倍时，时间小于或等于4s.& &
注：电机的最高过载能力可达到额定功率的12倍（JO系列）
& &&4.对于电机在重载情况下启动可参照以上情况配备电器元件（空气开关、磁力接触器、热热继电器）待到启动完毕，利用热继电器切换到正常工作线路。
&&对于两个、两个以上的重载电机启动，可利用中间时间继电器、中间磁力接触器，实现负荷借用启动。
&&对于启动负载较大，而运转负载较小的。如机车、转盘、大型带料斗提机、飞机类…等设备，可采用双启动单运转。
&电机的启动时间与电机的起动方式、绝缘等级、工作环境温湿度、起动载荷…
&一般电机的启动时间也就4～6秒，最长也就8～10秒，再长了，电动机和线路就不行了。
& &对于10kw以下的电机：
轻载启动，正常电压下一般为6～10秒.
2. 重载启动，正常电压下一般为9～15秒。
& && 一般普通电机的起动时间小于一秒（空载），带负载在五秒内。
& && 小功率电动机（≤ 2.2 kw）频繁启动是没有问题的。但不建议频繁起动，因电机发热严重，需强制风冷。
--&本节内容转自相关网文&-- &
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