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3种起动方式： Y→∆换接起动、自耦变压器减压起动、定子回路串电抗起步；
3种调速方式：电阻调速、电压调速、变频调速；
3种制动方式：能耗制动、反接制动、变频器回馈制动。

0 电机参数与负载情况

1 起动

1.1 Y→∆换接起动

1.2 自耦变压器减压起动

1.3 定子回路串电抗起动

2 调速

2.1 电阻调速

2.2 电压调速

2.3 变频调速

3 制动

3.1 能耗制动

3.2 反接制动

3.3 变频器回馈制动

参考资料

0 电机参数与负载情况

为了方便解释起动、调速、制动过程，以某鼠笼式三相异步电机为例。

电机铭牌参数

UN=380 V、IN=30 A、PN=15 kW、nN=1460 r/min、功率因数cos∅=0.86、过载能力λT=2.3、效率 η=90.6%

折算到电机轴上的负载转矩

TL1=70.56 N∙m

1 起动

在计算起动方式时，主要考察起动转矩、起动电流是否符合要求。

1.1 Y→∆换接起动

首先验证起动转矩是否符合要求，用Y→∆ 换接减压起动时，起动电流和起动转矩都降为直接起动的1/3，则：

因为Tst'>TL1，起动转矩能满足。

接下来验证起动电流，

故：换接起动能减小起动电流，符合要求。

1.2 自耦变压器减压起动

采用自耦变压器减压起动与直接起动相比较，电压降低到1/k，起动电流和起动转矩都降低到全压起动时的1/k^2。

选择自耦变压器QJ3。QJ3型的3各抽头分别为电源电压的40%、60%、80%。分别验算转速、转矩：

选用40%抽头时：k=2.5

转速符合要求、转矩不符合要求，故：不能选用抽头电压40%的自耦变压器。

选用60%抽头时：k=1.667

转速、转矩都符合要求。可以选择抽头电压60%的自耦变压器进行减压起动。

下面使用matlab对电动机自耦变压器减压起动进行仿真：

开始时将变压器60%抽头接入，使用breaker模块，在某个时刻切除变压器，分别对应60%电压和全电压。


直接起动	变压器自耦启动

1.3 定子回路串电抗起动

直接在定子回路串联电阻会导致能量损耗较大，对于容量较大的电动机可以串电抗起动。由于在实际的电梯起动中，不希望出现过大的加速度，所以可以采用这种起动办法来降低加速度，获得一个比较好的速度曲线。

启动时将电抗器接入定子回路，当转速升高到一定数值时，再把开关闭合，切断电抗器，全压运行。从结果可以看出，用这种方法起动时，大大降低了起动加速度，起动转矩和起动电流都降低了，起动转矩能够满足正常起动需求。是一种比较合适的方法。


直接起动	定子回路串电阻起动

2 调速

2.1 电阻调速

鼠笼式三相异步电机，不能像绕线式异步电机那样在转子串电阻调速。

2.2 电压调速

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，一般不使用。

2.3 变频调速

恒电压频率比，将负载代入到实用表达式中：

解得：s=0.01876

根据三相异步电动机速度表达式：

如果此时要求电机转速为1150r/min，则 f1=39 Hz

即，给出想要的运行转速，可以计算出调频大小，一般都是在额定频率之下的范围内使用。现在采用SPWM变频调速，它的好处是调速范围很大，而且可以在调频的同时调压。方法是把前面计算出的 f1 设置为正弦调制信号的频率，与3000-5000Hz的等腰三角载波进行调制，得到调频SPWM波形，控制三相桥式逆变器中IGBT的通断，从而在逆变器输出端获得具有一定幅值和频率的交流电压。从结果来看，转速基本准确，转速有波动，这是由于整流输出后经过滤波器，滤波效果不是特别完美。

3 制动

3.1 能耗制动

制动时，KM1 断开，电机脱离电网，同时KM2 闭合，在定子绕组中通入直流励磁电流，直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，转子中感应出感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束，转子的动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上。

拖动位能性负载，必须在制动到n=0时切断电源或者制动钳抱闸，及时停车，否则将会在位能性负载的拖动下反转。

3.2 反接制动

鼠笼式异步电机可以定子两相反接制动；

绕线式异步电机可以转速反向反接制动。

3.3 变频器回馈制动

对于变频调速，电动机的降速和停车完全可以通过逐渐减小频率来实现。在频率减小的瞬间，电动机的同步转速下降，由于机械惯性，电动机的转子转速未变，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势e高于变频器直流端电压u的情况,即e>u。这时电动机就工作在发电状态；电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。

在matlab中仿真，变频器原始频率32Hz，拖动位能性负载，在0.3s时刻降为5Hz，制动到转速为0时切断抱闸，完成制动。从结果可以看出，在0.3s时刻，突然降低变频器频率，出现了一段负值的制动转矩，时电机轴制动，与理论分析相符合。但是制动的加速度很大，如果给变频器设定一个降频曲线，让频率平滑地降低，可以控制加速度。

参考资料

[1] 卢健康.电机与电力拖动简明教程[M].西北工业大学出版社:西安,2012.3

[2] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].机械工业出版社:北京,2006.1

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