時間：2023-02-27 11:07:58
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇三相異步電動機論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關鍵詞：三相異步電機轉動原理，重載起動，調速，過電流保護
三相異步電動機具有結構簡單,運行可靠,堅固耐用,價格便宜,維修方便等一系列優點。與同容量的直流電動機相比,異步電動機還具有體積小,重量輕,轉動慣量小的特點。，調速。因此,在工礦企業的電機拖動系統中異步電動機得到了更為廣泛的應用。
一、三相異步電動機基本的轉動原理
三相異步電動機是利用旋轉磁場工作的，其工作原理可通過以下演示實驗來直觀地了解。一個裝有手柄的蹄性磁鐵以軸座01為支撐自由轉動；在蹄性磁鐵兩磁極之間有一個鼠籠轉子，鼠籠轉子以軸座02為支撐自由轉動；軸座01和軸座02在同一條軸線上。蹄性磁鐵和鼠籠轉子之間沒有摩擦力和機械連動關系，兩者均可獨立自由轉動或保持靜止。當搖動手柄使蹄性磁鐵順時針方向旋轉時，磁場的磁力線就切割鼠籠轉子上的銅條，相當于轉子銅條逆時針方向切割磁感線，閉合的銅條中就會產生感生電流，其方向可用右手定則判斷。由于感生電流處在蹄性磁鐵的磁場中，因此銅條要受到磁場力的作用而使轉子轉動，磁場力的方向可根據左手定則判斷，從判定的結果可知轉子轉動方向與蹄性磁鐵旋轉方向一致。，調速。
二、三相異步電動機的重載起動
1、小功率三相異步電動機的重載起動
這種情況的主要問題是起動轉矩不足,而小功率三相異步電動機一般為鼠籠型,解決的辦法是用特殊電機獲得高起動轉矩,主要有高轉差率電機、深槽式電機和雙籠型電機.從起動電流公式和起動轉矩公式可以看出,增大轉子電阻既可限制起動電流又可提高起動轉矩。
高轉差率異步電動機的轉子導條不是普通的鋁條,而是采用電阻率較高的鋁合金.這種電機過載能力強,但功率因數低,正常運行時損耗較大,效率較低.所以只適用于頻繁起動的場合,主要是起重運輸機械.深槽式異步電動機是利用起動過程中轉子導條內的集膚效應使起動時的轉子電阻增大,改善起動性能又不降低正常運行效率,但功率因數和過載能力有所降低,適用于需要重載起動而對過載能力要求不高的場合.雙籠型異步電動機利用集膚效應改善了起動性能,又保證了基本的運行性能,但電機價格較高,一般用于要求起動轉矩較高的場合.
2、大功率三相異步電動機的重載起動
此種情況下既要有較高的起動轉矩又要限制起動電流,若高起動轉矩的籠型異步電動機不能滿足要求,可以采用繞線型異步電動機,在轉子電路中串聯合適的電阻,既可提高起動轉矩又能降低起動電流.因而,要求起動轉矩大或起動頻繁的生產機械常采用繞線型異步電動機拖動.大功率電動機一般為繞線型。，調速。
三相繞線型異步電動機常用的起動方法有轉子串固體電阻、頻敏電阻或液體電阻.大功率繞線型異步電動機轉子串固體電阻起動,不能無級調節,起動不夠平滑。，調速。為了減小沖擊,應在轉子回路中串入多級對稱電阻,并隨著轉速的升高逐漸切除起動電阻,因此設備投資大,操作、維修不便.串頻敏電阻器起動,結構簡單、維護方便,可以無級調節,但起動電流較大、功率因數低,使起動轉矩受到限制,且不同容量的電動機要配不同規格的頻敏變阻器.轉子回路串液體電阻,能連續無級調節使電機平滑起動,具有起動轉矩大、起動電流小、起動時間短、功率因數高、噪聲小、溫升低、結構簡單的特點,并且可以通過調節液體濃度來改變阻值,使一臺起動器適應不同功率的電動機,因此是大功率電動機重載起動的首選方案.
三、三相異步電動機的主要調速方法
三相異步電動機的調速方法包括：變極對數、定子調壓、定子變頻、串級調速、雙饋調速、液力耦合、電磁轉差離合器等，從調速時的能耗觀點來看，有高效調速方法與低效調速方法兩種：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法（如串級調速等）。有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在轉子回路中；電磁離合器的調速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力耦合器調速，能量損耗在液力耦合器的油中。一般來說轉差損耗隨調速范圍擴大而增加，如果調速范圍不大，能量損耗是很小的。下面就對改變轉差率進行調速的幾種方法進行闡述：
1、改變定子電壓調速
異步電動機的轉矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓就可以改變電動機的機械特性和轉矩，這種方法不適用于普通籠式電機，因為它的轉子電阻很小，轉速低時電流會急劇上升。，調速。可用于繞線式異步電動機，其轉子回路可串電阻或頻繁變阻器，大部分轉差能量損耗被引到外接電阻或頻繁變阻器上，減輕電動機的發熱。
2、改變轉子電阻調速
這種調速方法只適用于繞線式電動機，在異步電動機的轉子電路內串入調速電阻，當負載一定時，轉子回路中串接的電阻越大電動機的轉速越低，越小轉速越高。此方法設備簡單，控制方便，初期投資少，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上，屬有級調速，機械特性較軟。
3、串級調速
目前，較先進的串級調速應用了可控硅逆變器控制的串級調速線路，其優點是能夠獲得較硬的機械特性，整流元件壓降小，設備占地面積小，無旋轉部分，噪聲小，維護較簡單，是繞線式電動機很有發展前途的調速方法之一，其缺點是，轉子回路裝有濾波用的電抗器，故功率因數較低。
四、使用過程中有必要加強三相異步電動機的過電流保護
為達到安全可靠的全面保護，只靠設計一種保護方法是不行的，必須全面分析各種故障引起的電流異常情況，采用智能保護器或多功能保護器來保護三相步電動機的安全運行，保護器的設計應具有下面的功能：
1、設置電流速斷保護
用于電動機內部定子繞組以及進線所發生的相間短路故障或相間接地短路故障，短路電流很大時，迅速切斷電源。，調速。
常見的電流速斷保護是熔斷器和低壓斷路器。熔斷器的熔體串聯在被保護的電路中，當電路正常工作時，熔斷器不起作用，相當于一根導線，其上面的壓降很小，可忽略不計。當電路短路時，很大的短路電流流過熔體，使熔體立即熔斷，切斷電動機電源，電動機停轉，起到保護作用。同樣，若電路中接入低壓斷路器，當再現短路時，低壓斷路器會立即動作，切斷電源，使電動機停轉。
2、設置定時限過流保護
作為電動機運行過程中短路保護的后備保護，以提高保護整定的靈活性。
3、設置反時的過負荷保護
防止電動機長時間過負荷運行而引起的電流過大，防止由于電流熱效應的累積作用，使定子部分過熱而引起的損壞。
4、設置負序電流保護
防止電動機的各類非接地性不對稱故障。
5、設置起動時間過長保護防止由于各種原因使得電動機不能成功起動時，大起動電流對繞組的損壞以及起動轉矩對軸承的損壞。
結語：為了保證三相異步電動機的安全、經濟和穩定運行，就必須要掌握有關異步電動機的安全運行的基本原理，對三相異步電機應用中可能出現的問題進行深入的探討與分析，做到盡可能合理地使用電動機，避免事故隱患的產生，確保電動機高效運行。
參考文獻：
1、湯天浩《電機與拖動基礎》[M]北京:機械工業出版社2004；
2、李興艷《淺談三相異步電動機的幾種常用調速方法》[J]甘肅科技縱橫2010（2）；
3、馬江鵬《淺析三相異步電動機的組成和工作原理》[J]現代經濟信息2010（3）；
4、羅恩華《三相異步電動機起動方法的比較與選擇》[J]廣東水利電力職業技術學院學報2010（2）。
關鍵詞：變頻技術變頻器三相異步電機電動機工作原理
電機控制系統 諧波
中圖分類號： TN773 文獻標識碼： A 文章編號：
變頻器最初用途是速度控制。隨著技術發展和社會對能源運用效率要求的日益提高，逐漸被用于節能領域。該技術尤其在風機、水泵的節能方面得到了廣泛應用。以前，在工業生產的流程中，風機、水泵的調速通常使用的是用滑差調速電動機、耦合器等進行調速，以滿足工藝生產的需要。根據各單位的實際需要，通常使用的是用耦合器對風機、泵進行20%-80%調速，或加裝風門、閥門對風量、流量進行調節。但電機在工頻狀態下運行，多余的動能通過耦合器轉化成熱能讓冷卻水帶走或損失在風門和閥門上。這樣從能源使用上和生產維護上都不經濟，結合現在變頻器的技術在風機泵類設備中的應用，為節能降耗工作提供了很好的解決辦法。采用變頻調節控制技術，取消原來的耦合器及相應的冷卻水泵、冷卻水和風門、閥門等裝置，降低生產中的能源及資源消耗。做好清潔生產、節能降耗。在變頻節能技術應用的同時，要降低變頻器產生諧波對電網產生的危害。
一、變頻技術和變頻器
變頻技術以其顯著的節能效果廣泛的應用于工業設備和家用電器。變頻技術是改變電源頻率的技術，在實際應用中通過變頻器來實現改變電源頻率。變頻器的應用，須結合三相異步電動機的特性，因為變頻器與三相異步電動機有著密切的聯系。
二、三相異步電動機的作用和特性：
1. 三相異步電動機的作用： 通過三相異步電動機運轉（正轉或反轉）來帶動其它設備做各種各樣的機械運動。
2. 三相異步電動機的特性：
1) 運轉方式：靠旋轉磁場來帶動電動機轉子額定電流為約等于其功率的二倍額定電流為約等于其功率的二倍V/F控制變頻器力矩力電機力力轉。
2) 接線方式：有星形（Y形）和三角形（形）兩種，Y形接線時，電動機的電流小，但力矩也小，三角形（形）接線時電動機的電流大，但力矩大；
3) 變 速：n=60f (1-K)/p
n―電動機轉速 60―常數 p―極對數
f ―電源頻率 k―滑差系數
公式說明：只要改變電源頻率“f”或極對數“p”，就可以改變電動機轉速。
三相異步電動機有2極、4極、6極、8極……,工業用的三相異步電動機一般極數不會超過8極，極數越多，轉速越慢，但力矩就越大，極數越少，轉速就越快，但力矩就越小；每種極數所對應的轉速如下：
a) 2極──2950轉/分（理想3000轉/分，即同步轉速）
b) 4極──1450轉/分（理想1500轉/分，即同步轉速）
c) 6極──950轉/分（理想1000轉/分，即同步轉速）
d) 8極──700轉/分（理想750轉/分，即同步轉速）
三、 變頻器的作用：
變頻器具有：調速的作用：三相異步電動機，變頻控制后可以實現調速功能，由輸出頻率控制電機轉速，三相異步電動機由靜態至最高速線性加速。通常變頻器的頻率調節范圍是：0-650HZ。啟動時電機由0轉速線性加速，對機械設備運轉沒有危害。
四、 變頻器的工作原理
變頻器將三相380V(220V)/50HZ交流電通過整流橋整流變成脈動直流電，通過電解電容濾波后變成平滑的直流電，控制板對IPM、IGBT或模塊的控制后將平滑的直流電變成三相頻率可變的交流電，通過線路傳輸給電動機，實現電動機變頻運行。
五、實際應用案例：以某單位一臺40MW鍋爐鼓風機、引風機變頻技術應用改造為例
現場設備介紹：
40MW鍋爐于1989年建成投運，鼓風機用于為鍋爐燃燒送風，引風機用于排煙，兩臺風機未改造前風管上均裝有風門調節裝置，用以調節風量，以滿足鍋爐運行工藝要求，鼓、引風電均用自耦降壓啟動方式。現場設備鼓風機的電機參數如下表1所示，引風機的電機參數如下表2所示。
表1
表2
2、變頻改造前后優缺點比較
原系統采用風門調節風量，電機工頻運行，其能耗大、效率低、調節精度低，維護工作量很大。改造后變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉磁場同步轉速進行調速的，是無附加轉差損耗的高效調速方式。優點是調速效率高，啟動能耗低，調速范圍廣，可實現無極調速，動態響應速度快，調速精度高，操作簡便，且易于實現生產工藝的控制自動化。
3、效益分析
改造前平均鼓、引風機運行電流：70.8 A；負載率：60.3 %，改造后平均運行電流：26.2A；負載率：33.3%，通過一個運行期的性能考核分析：改造后節能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW?h；一年按運行100天計算，可節約電量：50×24×100=12萬度。通過以上案例分析，由此可見，在滿足生產要求的條件下，采用變頻調速節能效果明顯著，延長了設備使用壽命、降低了故障率。
4、變頻技術在風機泵類設備中應用的主要特點
1、低頻力矩大、輸出平穩
2、高性能矢量控制
3、轉矩動態響應快、穩速精度高
4、減速停車速度快
六：降低變頻器諧波危害，提高電能質量
變頻其產生的高次諧波對電網產生的危害日益嚴重。通常采用變頻器隔離、接地或采用無源濾波器、有源濾波器、架設無功補償器裝置以及綠色變頻器等方法，將變頻器產生的諧波控制在最小范圍之內以抑制電網污染、提高電能質量，這些值得研究推廣。
電網諧波產生的危害主要有：
1)、諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的效率。同時大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發生火災。
2)、諧波影響各種電器設備的正常工作，使電機發生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，造成設備的絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
3)、 諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，引起嚴重事故。
4)、諧波會對鄰近的通訊系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通訊質量，重者導致信息丟失，使通訊系統無法正常工作。
5)、諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電器測量以表計量不準確。
目前諧波的治理方法：
1）、將變頻器的隔離、屏蔽、接地；
2）、加裝交流電抗器和直流電抗器；
3）、加裝無源濾波器；
4）、加裝有源濾波器；
5）、加裝無功功率靜止型無功補償裝置；
6）、線路分開；
7）、電路的多重化、多元化；
8）、變頻器控制方式的完善；
9）、使用理想化的無諧波污染的綠色變頻器。
[關鍵詞]軟啟動控制器；電動機；節能啟動運行
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0089-01
三相異步電動機由于其具有結構簡單、運行可靠、檢修維護方便、以及價格便宜等優點被廣泛應用到各工程領域，作為電能轉換為其它能量的主要動力載體。眾所周知，電動機處于直接啟動運行工況時，其啟動電流一般可以達到額定電流的8倍以上，有的甚至可以達到15倍，強大的啟動沖擊電機會對電機供配電網、負載機械、以及電動機自身等造成巨大沖擊破壞，不僅會影響到電機系統以及其拖動的機械設備的綜合使用壽命，同時還會造成電機供電配電網電壓發生突降，直接影響到同一配電網中其它用電設備的高效穩定運行。電動機在額定負載率附近工況范圍內運行時，其效率較高，通常在80%左右；然而，當電動機拖動負載出現下降現象時，電機系統的運行效率也會隨之發生顯著下降。在電動機拖動系統選型設計時，通常都是按照系統最大負載和最壞運行條件情況來選定電機功率。在實際運行過程中，電機系統由于負載波動等原因，通常處于輕載（空載）或不均勻時變負載運行工況，導致電機運行在低效工況區，勢必會造成大量的電能損失和浪費，因此，提高電機啟動運行工況，保障整個電機系統具有較高的運行效率就顯得很有必要[1]。
1 電動機軟啟動及節能方法簡介
傳統的串聯電阻（電抗器）、并聯自藕變壓器、以及星型一三角形（Y-）等減壓啟動方式，不僅造價較高，而且電機在啟動過程中均會經歷一個由輔助供電系統到工頻供電系統的跳躍過程，使得電機系統中的某些特征電參量發生特變，不能穩定連續平滑調節啟動運行，容易導致電機系統發生機械或電氣故障，加上電機控制系統變得越來越復雜，這類控制方式經濟性能普遍較低，因此，其逐步被軟啟動控制系統所取代。
由于供電距離、電機功率等造成電動機直接啟動方式，不能滿足電機系統配電網電壓降要求時，為了確保電機高效穩定的啟動運行，應采取相應技術手段，通過降低電機定子電壓的啟動模式，達到限制啟動電流保障電機高效可靠啟動運行目的[2]。
基于電機控制系統中電動機啟動的主要特性和節能基本理論方法的基礎上，本文將對電機節能軟啟動器的邏輯結構和運行效果進行詳細探討。
2 節能軟啟動控制器在電機控制系統中的應用
2.1 系統功能單元組成
節能軟啟動器控制系統是綜合三相異步電動機啟動和運行保護為一體的節能保護啟動控制裝置，主要包括電動機軟啟動自動控制、系統輸出輸入能量平衡、以及電機故障保護等三大功能模塊，其具體邏輯工作原理框圖如圖1所示：
從圖1可知，當三相異步電動機處于起動過程時，控制系統各功能單元就會將電機機端的電壓、電流、以及轉速等信號經相應A/D模數轉換電路，轉換成相應的數據信號后送至控制系統中，與系統原始設定值進行動態比較分析后，計算獲得對應的電參量偏差和偏差化率值，然后形成對應的控制決策，通過控制系統觸發脈沖的寬度來動態調節晶閘管的觸發角大小，完成對電機啟動的實時控制。通過控制晶閘管觸發角的大小，達到改變晶閘管輸出電壓實現電機降壓軟啟動控制目的。從電動機啟動特性來看，電機起動過程中，晶閘管的觸發角會隨電機啟動過程的進行而不斷開打，從而實現電機從零轉速開始逐步加速無級平滑啟動控制運行。當三相異步電動機出現故障時，系統就會檢測到已成的工作電壓和電流值，控制系統就會通過保護電路完成電機保護跳閘操作，防止電機故障進一步擴大給電機系統帶來更加嚴重的危害，并能通過對應的可視化顯示界面，提醒運行人員對相關異常單元進行檢查，大大提高電機控制系統的人性化服務水平[3]。
2.2 軟啟動器PID控制
由于異步電動機控制系統是一個多參量、動態時變、非線性、強耦合的多階復雜大系統，很難利用一種簡潔的控制模型進行描述表達。PID控制系統可以通過內部電路自動分析獲得對應準確的控制信號，是現代控制系統中常采用的控制方式，其典型控制原理如圖2所示[4-5]：
2.3 應用效果分析
為了分析節能軟啟動控制器在三相交流異步電動機控制系統中節能降耗作用，在結合前面的理論分析的基礎上，通過相應的功能單元組合，形成對應的軟啟動控制系統，整個系統基本參數為：三相異步電動機額定功率為22KW，額定電流為44A，額定電壓380V，采用市電直接供電方式。按照圖1所示的結構將異步電動機軟啟動控制系統進行有效連接，通過電機控制系統中有無裝該節能軟啟動控制器進行比較試驗，獲得對應的試驗數據如表1所示：
從表1可以看出，在加上節能軟啟動控制器后，電機啟動工況特性得到有效改變，不僅降低電機的啟動電流（使其比額定電壓條件下的38.5A還低，僅為34.7A），有效避免了電機啟動時強大啟動電流對電網和電機的影響，同時還提高了電機系統的功率（從0.608提高到0.852），保障電機具有較高的工作效率，達到節能降耗的目的。
3 結束語
將以晶閘管為核心的節能軟啟動控制器應用到三相異步電動機控制系統中，可以有效解決了傳統異步電動機啟動運行性能水平較低的問題，達到了降低電機啟動電流、提高運行效率的節能降耗穩定經濟啟動運行目的。
參考文獻
[1] 徐甫榮，崔立.交流異步電動機啟動及優化節能控制技術研究[J].電氣傳動自動化.2003.25（l）：1-7.
[2] 高淑萍.智能型交流異步電機軟起動器的研究[碩士學位論文][D]，西安：西安理工大學，2004.
[3] 胡崇岳.交流調速技術[M].北京：機械工業出版社，2004.
關鍵詞：可編程控制 PLC 電動機
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0026-02
1 電動機工作原理
三相異步電動機是由固定不動的定子和利用電磁感應轉動的轉子組成的，他們之前由空隙分開，當電動機接通電源，定子和轉子利用電磁感應，進行相對轉動，從而實現電動機由電升動的過程。
具體來說，定子的組成有3個部分，有鐵心，鐵心上面會纏繞著線圈，即繞組，還有支撐整個結構的機座。三項異步電動機中還有成對的磁極，目的是用來讓定子和轉子進行轉動，在有不同方向的電流通過的時候，定子和轉子的轉動角度不同，從而控制電動機的正反轉。具體實現電動機的正轉反轉原理是當定子中有三相交流電流過，就會產生定子和轉子的相對轉動，具體轉動的方向是通過定子和轉子切割磁感應方向決定的。如果產生的三項交流電的方向和產生順時針轉動的方向一致，三相異步電動機的轉動方向就為順時針方向，如果三相交流異步電動機的轉動方向和通入電流逆時針的方向相同，那么三項交流異步電動機的轉動方向為逆時針方向。在不通電的時候，定子和轉子都是靜止的，當通入三相交流電，定子和轉子就會按照所通入交流電的方向產生相應的轉動，即同向性。電磁感應的原理是在通電的導體周圍會產生磁場，反過來磁場的變化也會使導體運動，這個電磁感應的原理就是電動機的基礎。定子上纏繞的線圈即繞組中通過三相交流電，如果是對稱的，就會產生一個順時針旋轉的磁場，轉子接通后，由靜止變成切割磁感應線運動，如果不是對稱的，產生的電流也使轉子切割磁感應線運動，但是是以逆時針的方向運動。這個使轉子和定子產生相對運動的力稱為電磁力，當力與方向相互結合后，產生了電磁轉矩，這個電磁轉矩就作為驅動電機旋轉的真正動力。
只要控制好電機的真正點動力電磁轉矩，就能控制電動機正反轉。電動機的正反轉是整個工業控制中最基礎最常用的控制，小到一個散熱風扇的旋轉，如控制正轉向室內送風，控制反轉向室外排風，大到蒸氣機中汽輪機的旋轉工作，都是通過電動機的正反轉為基礎，可見，控制好電動機的正反轉就是控制了整個工業的核心。
2 PLC對三相異步電機的正反轉控制
如前面所述，這個近代工業的開端是以蒸汽機為代表的用機器代替人力，蒸汽機中汽輪片的轉動可以通過電動機控制，同樣，在產品的生產中，機床的控制也需要用到電動機。比如機床的工作需要使用主軸需要轉動，也涉及到正轉和反轉，控制主軸的正轉和反轉正式電動機。機床的工作平臺需要前進和后退，使工件能夠在合適的位置進行加工，機床的工作平臺的運動也是通過電動機來控制。起重機吊鉤的上升與下降，機床工作臺的前進與后退等等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路。
以前的電動機的正轉反轉控制電路需要用繼電器系統，改進的系統用PLC代替繼電器，同樣實現正轉反轉的功能。主要分為3個步驟：第一步，更改輸入輸出接線口，并畫出接線圖；第二步，部編寫梯形圖嗎，即控制正反轉的程序；第三步，接線，實現正反轉的控制。
KM1是控制電動機正轉的線圈，KM2是控制電動機反轉的線圈。在輸入端，輸入有電源，不需要接電源，但是在輸出端沒有電源，需要接220 V的交流電。
梯形圖中，X1、X2和X3分別代表3個按鈕，Y1、Y2分別代表繼電器的KM1和KM2。
3 結語
電動機在工業上有著廣泛的應用。基于PLC控制的步進電動機具有設計簡單、實現方便、參數設計置靈活等優點。該文闡述了用PLC控制步進電機系統的原理，及硬件和軟件設計方法。其內容主要包括I/O地址分配、梯形圖。該文設計過程中使用了16位移位寄存器，大大簡化了程序的設計，使程序更間湊，方便了設計，在實際應用中表明此設計是合理有效的。
參考文獻
關鍵詞：電動機 降壓啟動 比較分析
中圖分類號：TM343 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0128-01
電動機作為一種被廣泛使用的設備，在任何工廠或者發電廠中都必須配置電動機，特別是在工廠中，一旦自備的電動機發生了相關故障，則非常可能致使整個工廠都停電，給工程帶來巨大的經濟損失。在電動機進行啟動時可能會整個電力系統造成巨大的啟動電壓壓降，同時也給整個系統的電能質量造成巨大的影響。因此，為了減少電動機對整個電力系統電壓的影響，必須合理選擇電動機的起動方式，確保電動機的安全啟動。本文對電動機的降壓啟動方式進行比較分析。
1 電動機突然而劇烈的啟動造成的危害
通常情況下，在異步電動機中，其全壓啟動電流與額定電流有一個數量關系，即全壓啟動電流為額定電流的4～7倍，如果啟動電流過大，則將對電動機的壽命進行降低，導致變壓器的二次電壓出現大幅度的降低，這就減少了電動機的啟動轉矩，甚至有可能導致電動機出現根本無法啟動的局面。異步電動機還會對同一個網絡中的其他供電設備造成影響，如果交流電動機突然出現了劇烈的啟動現象，則其可能造成大量的損失，如下幾點。
（1）進行Y-v啟動會造成啟動電流或電壓發生瞬變，導致相關電氣故障的發生，同時還可能造成電壓發生劇烈的變化，造成整個電網中其他電氣設備出現故障。
（2）造成運行故障。電動機突然啟動將造成管路系統產生巨大的壓力振動，其會對所帶的貨物產生嚴重的損壞。
（3）對經濟效益造成嚴重的影響。電動機的一旦發生了故障，都會造成停運和維修的故障損失，致使電動機的運營成本造成嚴重的增加。
2 電動機的起動方式分析
2.1 全壓直接起動方式分析
作為電動機最為簡單的啟動方式之一，電動機的全壓直接啟動就是將其定子繞組上直接加額定電壓，然后直接進行啟動。電動機的全壓直接起動主要適用于負載和電網容量允許的條件下。
電動機全壓啟動的優點是其起動的轉矩較大，且起動的時間較短，所使用的起動設備較為簡單，易于操作和維護，啟動設備的故障率較低。在對電動機進行全壓起動時，由于起動電流很大，如對于鼠籠型電動機其起動電流一般為額定電流的6～8倍，如果此時電動機功率較大，則過大的電動機起動電流將造成配電網電壓的降低，直接影響其直接連接的其他電氣設備的正常工作。
2.2 Y-起動方式分析
Y-的起動方式就是將連接的電動機，在其起動時接成Y 型，當電動機完成起動后其速度將接近運行。利用這種方式對電動機進行起動時，定子繞組的電壓實際上為整個電源電壓的50%，而起動電流也較小，僅為直接啟動方式的30%，這樣就保證了其起動的轉矩也較小，整個電動機的起動對電網的沖擊力也較小，允許較多次數的起動。利用Y-起動方式進行起動時還無需增加其他設備即可實現對電動機的起動，因此這種起動方式適用于頻繁起動的小型電機。
Y-的起動方式主要優點是結構較為簡單，且投資較小。當電動機所帶負載較低時，可以采用Y-的起動方式，其額定轉矩可以與相關的負載進行匹配，這樣就能夠提高電動機的負載率。
2.3 自耦變壓器起動分析
利用自藕變壓器的降壓起動也可以實現電動機的起動。利用自藕變壓器起動能夠有效實現帶負載起動，這種起動方式在大容量的電動機上經常使用。利用這種起動方式能夠有效實現大轉矩的起動，并可利用抽頭有效實現對轉矩的調節。通常自藕變壓器可以通過接觸器有效實現自動控制，通過自藕變壓器起動可實現低成本的起動，其性價比較高，在電機起動中應用較為廣泛。
3 電動機的幾種降壓啟動分析
通常在10 kW及以下的小型電機中，其都是可以進行直接啟動的，而對于10 kW及以上的電動機中則通常采用降壓啟動的啟動方式。為了對啟動轉矩進行減小，以防止其對相關機械設備所產生的沖擊，如果電動機允許進行全壓啟動，則其也可采用其他啟動方式，即降壓啟動。
在三相異步電動機中，通常所采用的降壓啟動方法有以下幾種：利用定子串進行降壓啟動，進行Y-方式的降壓啟動，進行軟啟動器的降壓啟動。利用這些方法都可以有效實現啟動電流的降低，對線路的電壓降落進行減小，確保電氣設備的有效運行。
3.1 串電阻降壓啟動方式
通常在定子電路中采用串電阻的方式來對定子的繞組上的電壓進行有效的降低，在電動機降壓啟動的過程中，一旦電動機的轉速達到額定值時，就應該采用切電阻的方式來有效的限制啟動電流，確保電動機能夠在全壓的方式下進行有效的運行。在對定子串的降壓啟動的過程中，其電動機啟動電流將隨定子的電壓成正比，而其啟動轉矩則與電壓的平方成正相關。
串電阻降壓啟動的缺點是其將消耗大量的電能，且串電阻降壓啟動的成本較高，這種啟動方式在啟動不頻繁的電動機中經常使用。
3.2 自耦變壓器降壓啟動方式
通常將自耦變壓器視為啟動補償器，在自耦變壓器中其電源和初級是相連的，而自耦變壓器的次級是與電動機直接相連的。在自耦變壓器中其次級是具有3個及以上的抽頭的，因此利用自藕變壓器方式可以實現3個不同大小的電壓。
使用自耦變壓器的方式進行啟動時其可以靈活選擇啟動轉矩，并有效選擇啟動電流。在電動進行啟動時，在定子繞組進行啟動時其所得到的啟動電壓將是二次側的電壓，如果啟動完畢，則可將自耦變壓器進行切除。這樣電動機就能過直接連接到相關的電源，即連接至一次側。在變壓器降壓啟動的過程中，其啟動的轉矩與電流通常都是按平方值進行降低的，即獲得同樣的轉矩，則其所獲得的電流將比降壓啟動的電流小的多，因此通常將自耦變壓器視為啟動的補償器。
采用自耦變壓器的啟動方式通常在大容量的電動機中進行使用。這種方法的主要缺點是其價格較為昂貴，且結構比較復雜，相對體積較大，不能夠進行頻繁的操作。
4 結論
上述電動機的啟動方式中分析比較中，其具有控制電路簡單的共同特點。但由于電動機啟動過程中的啟動轉矩是不可調的，因此在整個啟動的過程中將產生巨大的沖擊電流，這樣就會導致電動機將產生堵轉的現象。在對電動機進行軟啟動時雖然沒有沖擊電流，但恒流啟動過程中會導致電網的繼電保護特性具有選擇性，因此，當電動機在直接啟動不能滿足要求時，首先考慮的是軟啟動降壓啟動器。
參考文獻
[1] 趙建文，翟文利.三相異步電動機起動方式的分析與選擇[J].安陽鋼鐵公司，2006，3：46-48.
關鍵詞：FPGA SA4828波形發生器 三相交流異步電動機 變頻調速 SPWM
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0127-02
所謂變頻就是利用電力電子器件（如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT）將50 Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻（又稱交-交變頻）和間接變頻（又稱交-直-交變頻），后者又分為諧振變頻和方波變頻。方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。常用的方法有正弦波（調制波）與三角波（載波）比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等[3]。
本設計所設計的題目屬于間接變頻調速技術。它主要包括整流部分、逆變部分、控制部分及保護部分等。逆變環節為三相SPWM逆變方式。
1 系統簡介
1.1 交流異步電動機
三相異步電動機主要由定子和轉子兩大部分構成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙，以保證轉子的自由轉動。異步電動機結構如圖1所示。
1.2 SPWM技術
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技術，即在PWM的基礎之上，改變調制脈沖的方式。脈沖寬度和時間占空比按正弦規率變化，這樣輸出波形經過適當的濾波就可以做到輸出正弦波。
產生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波（稱為載波）與一個正弦波（稱為調制波）進行比較，如圖2所示，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時刻。當調制波的幅值大于載波的幅值時，開關器件導通，當調制波的幅值小于載波的幅值時，開關器件關斷。
2 系統的硬件實現
基于FPGA的交流異步電動機的變頻調速系統，以FPGA為核心控制芯片，利用SA4828芯片產生SPWM波，再通過驅動電路驅動逆變開關。再加上電路，保護電路等，構成整個完整系統。
本設計為交流異步電動機的變頻調速，主要涉及主電路和控制電路兩大部分（如圖3）。
系統各組成部分簡介。
供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220 V，中大功率的采用三相380 V電源。
整流電路：整流部分將交流電變為脈動的直流電，必須加以濾波。此處采用三相不可控整流，用不可控的二極管組成三相橋式整流電路。它可以使電網的功率因數接近1。
濾波電路：此處采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。
逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設計中采用三相橋式逆變，開關器件選用全控型開關管IGBT。
以上四個部分組成主電路，其余部分為控制電路。
電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。
控制電路：采用FPGA和SPWM波生成芯片SA4828，FPGA芯片選ALTER公司Cyclone Ⅱ系列芯片。控制電路的主要功能是接受各種設定信息和指令，根據這些指令和設定信息形成驅動逆變器工作的信號。這些信號經過光電隔離后去驅動開關管的關斷。從而得到與信號電路對稱的SPWM波。
此處選用電動機原始參數如下：
額定功率PN：7.5 kW；
額定電壓UN：380 V；
額定電流IN：15.6 A；
效率：86%；
功率因數：0.85；
過載系數：=2.2；
極對數：p=2。
3 系統軟件實現的實驗結果
電壓頻率曲線可以分為兩段，在額定電壓一下，電壓頻率成正比。當電壓上升到額定頻率后，不在上升。
對于恒負載時，由前面章節分析可知，電動機的轉速會與其電源頻率成正比。轉速與頻率的關系曲線如圖4所示。
4 結論
本文采用FPGA控制三相PWM波專用芯片SA4828。具有電源頻率可調，刪除窄脈沖，響應速度快，可現場編程等特點。最終驗證了系統的可行性和有效性。系統中還有過流保護和過壓保護等。還可以通過FPGA監視系統的其他故障，SA4828芯片還提供在緊急情況下急停的功能。在這種內部控制保護與電路保護相結合的方式，保證了電機的安全運行。
但系統也存在許多不足之處，如控制方案的實現不夠精確，FPGA芯片選擇上不夠經濟，檢測保護電路不夠完善，這些問題有待進一步研究解決。
參考文獻
[1]何超.交流變頻調速技術[M].北京：北京航空航天出版社，2006（9）：1-65.
[2]董飛燕.變頻技術的應用及發展[D].河南：平頂山工學院，2005.
[3]張建軍.淺談我國變頻器發展技術[J].科學情報發展與經濟，2005（1）：134-135.
[4]梁昊.最新變頻器標準實施和設計[M].北京：電力出版社，2005（8）：125-136.
[5]楊小豹.基于FPGA的變頻調速控制[D].華僑大學碩士論文，2006.
論文關鍵詞：電機及拖動；項目教學法；應用實踐；教學體會
“電機及拖動”是湖北水利水電職業技術學院電氣類專業重要的職業基礎課程，該課程不僅是后續職業技術課程的基礎，而且與學生從事職業崗位的聯系非常密切。基于高職教育的技能應用型人才培養目標，筆者在教授“電機及拖動”課程時嘗試采用項目教學法。教學實踐證明，項目教學法在“電機及拖動”課程中應用后，學生更容易了解掌握相關職業工作情況，培養了職業意識，更好地做好就業準備，更快地進入職業角色。
從效果來看，近幾屆的畢業生中有數量較多的學生直接進入電機、變壓器生產企業工作，如湖北電機廠、江西特種電機廠等，或在大型企業中從事電機、變壓器的進場試驗工作，并且這些學生表現優秀，受到企業的重用。
一、項目教學法在“電機及拖動”課程中的應用方法
項目教學法，是指將傳統的學科體系中的知識內容轉化為若干個教學項目，圍繞著項目組織和展開教學，使學生直接參與項目全過程的一種教學方法。在“電機及拖動”課程中采用項目教學法，利用項目任務將電機理論知識和電機應用實際結合起來，且與企業實際生產過程直接聯系；學生在完成項目的過程中發現問題，并通過實踐解決問題，這樣既可以培養學生的學習能力，又可使學生更快地掌握理論知識與操作技能，同時實現與將來從事相關職業崗位工作的零距離對接。
“電機及拖動”課程是一門實踐性較強的課程，與工程實際密切聯系。各類電機的空載、短路、運行及電動機的起動、調速等實驗也是實際的檢修、維護和試運行及出廠實驗項目。由此在“電機及拖動”課程教學中，直流發電機的運行分析，直流電動機起動、調速、制動，變壓器空載短路試驗、運行分析，交流繞組，異步電動機起動、調速、制動，同步電動機起動、運行分析等主要內容都可采用項目教學法。
二、項目教學法在“電機及拖動”課程中的應用實例
1.明確項目任務：三相異步電動機的維修
交流繞組是交流電機最重要的部分，又是最容易發生故障的部分，而電動機修理的大部分工作是對繞組的修理。例如三相異步電動機一相斷線，如果保護設備不完善，只需十幾分鐘的單相運行，繞組就會燒壞。另外，電機長期過熱，使絕緣老化，或者繞組局部修理無法挽救，都需要全部拆換繞組。通過三相異步電動機的維修實習，讓每個學生更深入、全面地掌握交流電機的結構和電樞繞組在鐵芯中的分布規律及連接方式；學習定子繞組的重嵌工藝，學會對維修后的電機進行測試、實驗、試運行；使學生能將所學的電磁理論與實際電機相結合，為將來從事相關專業技術工作打下一定的基礎。
項目要求：掌握定子繞組常用術語及展開圖。24槽四極單層鏈式繞組下線。掌握電機的結構和電樞繞組在鐵芯中的分布規律及連接方式。掌握電機的拆裝、檢修、試驗的基本知識，培養初步操作技能。培養學生良好的職業道德和嚴謹的工作作風。項目重點：定子繞組的空間分布與連接規律。項目難點：快速準確的嵌放線圈。項目教學準備：舊三相異步電動機15臺；繞線機及線模三套；萬用表；絕緣電阻表；漆包線、絕緣紙、竹片若干；包扎帶4捆；電烙鐵10把；劃線板30個、壓線腳15把、橡皮錘15把、鐵錘15把、起子15把等。
2.制訂項目計劃
由于高職學生文化基礎不好，學習自覺性差或不會學習，學習較被動，普遍缺乏邏輯思維能力，導致學生自主進行項目設計有一定難度。因此教師要加以詳細指導，明確告知學生應該準備的相關學習內容，并將制訂的項目計劃發給學生。
（1）定子繞組常用術語及繞組分布與連接方式（1節）。
（2）24槽單層鏈式繞組展開圖（1節）。
（3）異步電動機的工作原理與結構（1節）。
（4）電機拆卸（1節）。
（5）電機繞組拆除（2節）。
（6）絕緣結構及工具、材料（1節）。
（7）24槽4極單層鏈式繞組繞線（2節）。
（8）24槽4極單層鏈式繞組下線（8節）。
（9）24槽4極單層鏈式繞組出線焊接（2節）。
（10）24槽4極單層鏈式繞組端部整形包扎（2節）。
（11）電機試驗（2節）。
（12）電機故障及處理（2節）。
（13）電機裝配（2節）。
（14）總結與評價（1節）。
（15）教師項目測評：觀察電機通電運轉情況（2節）。
總計項目計劃用時30節。
3.項目實施
（1）合理進行學生分組：項目小組大概2～4人為宜。先由學生自由組合成項目小組，教師再適當調整，力求各個小組的實力較為均衡，小組內部能做到優勢互補，各成員能發揮各自的特長和優勢。確認每組組長即項目負責人，負責協調小組內部的各種問題及向教師匯報小組的進展情況和所遇到的問題。
（2）按照已確定的工作步驟開展工作：在項目教學開展的初期，由于學生缺乏解決問題的能力和自信，項目進展相對比較緩慢。這時教師要根據知識的難易程度，將項目涉及到的理論知識和操作技能進行必要的講授或演示。比如教師要演示定子繞組繞線、下線步驟等，講解注意事項及工藝要求。教師還要隨時協助解決學生提出的問題，并予以引導、表揚和鼓勵。
（3）各組進行總結寫出項目總結報告及項目體會。
4.項目評價
（1）提交成果、評價總結。根據每個學生在該項活動中的參與程度、所起的作用、合作能力及成果等進行評價。項目結束后，學生應提交一份報告書。先由學生對自己維修的電機質量進行自我評價，總結自己的收獲，分析自己的不足之處，確立以后應努力的方向；并給出自我評定等級。然后由教師進行檢查評分。通過對比師生評價結果，找出造成評價結果差異的原因。
（2）教師對本項目進行評價總結。主要包括本項目的重要知識點，解釋重要概念，學生在項目實施過程中出現的共性問題及解決方法，總結內容要求學生整理成文字資料以備今后復習鞏固。
（3）成績評定。1）組內評定：由各小組成員根據各組員對本項目貢獻的情況進行互評，占成績的40﹪，包括：工作量、努力程度、知識運用、合作互助四方面，各占25分。2）組間互評：學生們互相交流學習，取長補短，并推薦優秀電機，占成績的20﹪。包括：實用、創新、工作態度、質量、知識運用五方面，各占20分。3）教師評定：由教師對各小組完成項目情況進行評定，占成績的40﹪。如果只檢查成果的話，小組內每個學生的成績相同，這顯然是不公平的，因此應對項目的全過程進行評價。觀察小組工作中哪些學生是主角，做的工作多而且重要，哪些學生處于次要地位，是在別人的指導下工作的；和不同的學生談話并提出一些問題來了解學生的知識技能掌握情況。包括實用、創新、工作態度、質量、知識運用五方面，各占20分。
（4）綜合三個評定情況，確定每一名學生的學習成績。
三、采用項目教學法的教學體會
（1）采用項目教學法組織教學，學生的熱情高，往往能給教師意外的驚喜，發現了不少實踐能力很強的學生，再以他們為各小組的組長，調動了他們的學習積極性。在整個項目實施過程中，學生不懂的問題能積極主動的向教師尋求幫助，學生的學習自覺性和主動性都有明顯提高。
（2）項目教學法又稱為“跨學科的課程”，它可以讓不同的課程內容在教學中反映出來，事實上是相關課程整合的一種方式。因此采用項目教學法組織教學，對教材的要求也很高，項目教學中往往一本教材不能滿足教學的需求，需要多本教材甚至多門學科結合使用。因此需要教師自編項目教材。
（3）采用項目教學法組織教學，在學生合作學習過程中極易出現成績較好學生包辦代替成績相對落后的學生的工作，給一些喜歡偷懶的學生鉆空子的現象，個別自學能力和自控能力都比較差的學生容易產生依賴思想。如果這部分學生的學習積極性沒有充分調動起來，項目教學法也就沒有創新和發展，很難取得好的教學效果。因此教師應該抽出大量的時間幫助程度比較差的學生，進行“因材施教”。
教學目標 以往的教材都注重對電機的理論分析。而本課程教學則會從學校實際出發，以培養應用型人才為宗旨，著重從應用角度出發，分析直流電機、變壓器、異步電機和微特電機等的基本結構、工作原理、電磁關系和運行特性，重點掌握各種電機的外特性，為掌握本專業和學習后續課程打下基礎。
在專業課程體系中的定位 《電機應用技術》是浙江大學城市學院自動化專業的專業方向課程，該課程的學習將為后續《電氣控制與PLC應用》《交直流調速技術》和畢業設計等課程環節建立必要的基礎，是自動化專業承上啟下的重要專業課程。
在專業能力培養中的定位 該課程定位于讓學生樹立以交直流電機為控制對象的完整的自動控制系統的概念，結合已學過的電路原理、數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環控制系統，并完成對電機性能的調試和控制。
與核心課程群中其他課程在知識體系與能力培養上的整體設計 《電機應用技術》與自動化專業的其他核心課程之間的關系，如下圖所示。在一個完整的閉環控制系統中，《計算機控制》《單片機》《PLC》是控制手段，《電力電子技術》《數電》《模電》提供電機的驅動電路，《電機應用技術》構成系統的控制對象，《運動控制技術》和《控制系統設計》提供系統的理論概念和分析方法，《自動控制理論》《系統建模與仿真》《智能控制》偏重原理性地介紹和理論的分析，主要定位培養學生的系統概念和理論分析能力。
基礎知識要求 要求掌握直流電機的結構和基本工作原理、直流電動機的電力拖動、變壓器基本工作原理和變壓器組別判斷、交流電機的結構和基本工作原理、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、微特電機以及電動機的容量選擇等。知識點：電力拖動系統的運動方程式;直流電機的工作原理、內部結構、用途、運行特性以及他勵直流電機的起動、調速和制動;變壓器的結構和工作原理、變壓器空載運行和負載運行特性、變壓器的接線組別判斷;三相異步電動機的工作原理、內部結構、用途、工作特性、參數的測定、運行特性、三相異步電動機的起動、制動和調速問題;了解伺服電機、步進電機、測速發電機、無刷直流電動機的結構和基本工作原理。
能力培養要求 培養學生了解直流電機、變壓器、交流電機的運行特性分析，同時結合已經學習過的電路原理、數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環系統，樹立閉環反饋系統的整體概念，完成對電機的性能分析和控制。技能點：能夠搭建以電機為控制對象的閉環控制系統，并對電機性能進行分析，同時借助單片機等控制手段完成對電機的智能控制，能夠獨立完成閉環系統硬件搭建和調試，掌握PID等經典控制算法在實際系統中的應用。
實踐教學要求 利用課外時間以三四人的小組為單位，搭建直流電機的閉環控制系統，要求完成硬件系統搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫。通過本次設計，增加學生對電機理論知識的感性認識，完成理論到實踐的轉換。
作業要求 隨堂課后作業、課外引導性項目實踐設計、網上在線測試。隨堂與課堂講授知識點匹配的作業要求跟隨進度完成;課外引導性項目實踐設計分6周完成，完成硬件系統搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫，實施分組進行。
考核要求 在理論考試中，加強基礎、強調應用、注重引導、形式多樣。充分利用試題的設計與收集，合理設計試題，著重考查學生對基本概念的理解掌握及應用所學知識的能力，淡化理論的推導和復雜的數學計算，著重考察學生綜合應用電機及拖動知識的能力。調動學生積極性，結合教學互動，讓學生參與到理論教學中來。開學初讓學生組成學習小組，人數限定在2人或3人，指定組長，上一節課會將下節重要內容布置下去，每節課都預留部分時間，讓學生對本節重點內容進行講解。評價比例為：期末考試成績占40%，平時成績占60%，其中平時作業加到課率15%、課堂情況10%、平時測試15%、綜合性設計（注重學生的個性化發展）20%。