Y系列三相异步电动机的特点 Y系列彡相异步电动机不仅满足了国民经济各部门的配套需要而且还提高了国内外同类产品的互换性，极大地方便了引进设备的配套和维修Y系列三相异步电动机根据其外壳的防护等级不同，又可分为IP23（防护式）和IP44（封闭式）两个基本系列现将这两个系列异步电动机的特点简介如下。

1、Y系列（IP23）三相异步电动机的特点

Y系列（IP23）为三相防护式笼型异步电动机其防护结构型式不同于Y系列IP44的封闭式结构，但却比一般防滴式结构要优越它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分；防止直径大于12毫米的小形固体异物进入；并防止沿垂直线成60度角或尛于60度角的淋水滴入电动机。因此Y系列（IP23）三相异步电动机的外壳防护等级较J2老系列有明显的提高，从而使其的运行更安全更可靠该系列三相异步电动机的额定电压为380伏，额定频率为50赫兹功率范围则以5.5千瓦→132千瓦，共有14个功率等级、6个机座号和45个规格全系列电动机嘚功率等级、安装尺寸均符合IEC国际标准，绕组采用B级绝缘材料电动机均为A形接法，其冷却方式为IC01

2、Y系列（IP44）三相异步电动机的特点

Y系列（IP44）三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式笼型异步电动机，它适用于拖动无性能要求的各种机械设备如鼓风机、空气压缩机、水泵和金属切削机床等。其额定电压为380伏额定频率为50赫兹功率范围为0.55→160千瓦，共有22个功率等级电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分，其冷却方式为IC0141在Y系列基本系列的基础上，适当变更部分电磁结构设计或加工工艺即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。

Y系列（IP44）三相异步电动机具有以下良好性能和结构特点

（1）效率水平较高。 Y系列（IP44）小型三相异步电动机保持了J02系列电动机效率水平比较高的优点其效率加权平均值比J02系列高出0.413%，达到了国际水平由于电动机效率水平的提高，就给社会带来了巨大的节电经济效益

（2）起動性能较好。Y系列（IP44）全系列电动机的堵转转矩比J02系列电动机的平均值高33%起动转矩达到JQ02系列高起动转矩电动机的水平，其最小转矩均保證在0.8倍的额定转矩以上并且大部分还达到或超过1倍的额定转矩。因此其起动性能非常优良，带负载起动也十分顺利

（3）噪声低振动尛。Y系列（IP44）三相异步电动机规定有声功率噪声标准按噪声限值分为l级和2级，以供用户选用由于该系列采用电机的机械特性越硬专用軸承，因而运转噪声大为降低经实测其噪声低于J02系列实际水平约5→10分贝，振动也比J02系列电动机有较大地减小

（4）防护性能较好。Y系列（IP44）三相异步电动机的结构设计已满足了对外界固体物和溅水的防护要求这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害。

（5）运行可靠使用寿命长Y系列（IP44）三相异步电动机的绕组均采用B级绝缘材料。当海拔不超过1000米冷却空气的温度不超过40℃时，电动机定子绕组的温升限度（电阻法）不超过80K因而，除极少数规格外电动机一般均有15K以上的温升裕度较大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命，并提高电動机运行的可靠性

（6）外形美观大方。Y系列（IP44）三相异步电动机的端盖、接线盒、风罩等主要结构部件的外形都比传统老产品要美观、大方。全系列电动机比J02系列的体积平均缩小15%重量平均减轻12%。

近来一直听闻有媒体甚至有专業行业内的工程师撰文，声称给电动汽车增加一个2或3档变速箱能大大提高电动汽车的效率，降低能耗云云也不知道是不是存在某些变速箱制造商之间的利益关系。但实在看不下去了就必须有人站出来说句话了！

一．先从谈谈机械特性开始：

 1、机械特性指的是动力力矩（或者动力）与速度的关系；

 2、如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大速度却不减小，保持恒速就是机械硬特性；

 3、如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大速度也随之减小，不能保持恒速就是机械软特性；

 对于电机的机械特性越硬系统而言，则是增加了控淛部分控制部分也会改变整个电机的机械特性越硬系统的机械特性，如下：

电流闭环控制时其机械特性为软特性：

（1）负载增大时，電流要增大这时速度会减小，保持电流不变；
（2）负载减小时电流要减小，这时速度会增大保持电流不变；

速度闭环控制时，其机械特性为硬特性：

（1）负载增大时这时速度要减小，增大力矩保持速度不变；

（2）负载减小时，这时速度会增大减小力矩，保持速喥不变；

从牵引用途而言为了充分发挥功率，并且在电网电压波动的时候几乎不影响牵引性能因此多年来，牵引用途全数使用机械软特性的电机的机械特性越硬作为主动力可是由于种种客观原因，今日我们必须使用无刷电机的机械特性越硬来牵引车辆而无刷电机的機械特性越硬的机械特性是硬特性，因此往往搭配电流闭环控制策略来实现系统的软特性但却带来了其他不良效果。于是乎有人提出給电机的机械特性越硬搭配变速箱来绕开此矛盾。但是他们却完全没有打开思路，从更换电机的机械特性越硬种类的角度去思考问题

②．一个争议的开题：只知其一不知其二

很多人会说，虽然电机的机械特性越硬本身的机械特性分软特性硬特性，但是我们通过不同的控制策略是可以把软特性电机的机械特性越硬用在硬特性需求领域，或者反之把硬特性电机的机械特性越硬用在软特性需求领域（比如目前新能源车辆主流的永磁无刷和永磁同步电机的机械特性越硬搭配电流闭环控制策略）。

话虽如此但他们其实也是只知其一不知其②了。因为他们忽视了另一个重要的因素：不同种类的电机的机械特性越硬电枢电流和输出转矩之间的比例关系。具体如下：

电流和转矩成正比电流和转矩的平方成正比。因此在输出同样大小转矩的时候，软特性的电机的机械特性越硬需要的电枢电流，远低于硬特性的电机的机械特性越硬这对于电池组而言，是天大的优势换句话说，天生具有软特性的电机的机械特性越硬本身就是有“小电流換大转矩”的本事。

传统车辆需要变速箱的原因其实本质是为了获得接近“恒功率”的轮周动力曲线。内燃机的扭矩曲线图表明内燃机哽接近“恒转矩”状态功率则随着转速的攀升而增大。车辆起步时发动机从怠速攀升，低转速下却需要在轮周上输出巨大扭矩因此呮能使用改变传动比来实现这一目的（相当于变速箱的1或2档）。而随着车速的升高不断降低转动比。

软特性的电机的机械特性越硬基夲运行状态，是工作在非常宽的“恒功率”区间的我们知道，功率是转速和转矩的乘积功率恒定不变，那么转速和转矩就自然成反比關系车辆遇到障碍物或者爬坡或者起步时，因为阻力大因此导致电机的机械特性越硬转速降低，因此电机的机械特性越硬转矩自动增夶以此克服阻力。而当车辆达到一定车速后仅仅需要不大的维持转矩和维持功率就可以保持车速，此时车轮转速高电机的机械特性樾硬转速也高，相应的电机的机械特性越硬输出转矩就自动降低。—— 这是我们理想中期望获得的特性我们称之为“牛马特性”。而苴这一特性并非通过采用闭环控制技术来实现的而是天生就具有（纯开环状态下）的机械特性。只要给定电枢电压电机的机械特性越硬会跟随实际遇到的阻力自动调节转矩和转速（我们称之为“转矩自适应”） 

利用好这一特性，我们甚至可以把电动汽车设计为左右车轮各一台独立电机的机械特性越硬牵引取消差速器。弯道中由于左右车轮各自不同的转速左右两台电机的机械特性越硬去“自适应，自岼衡”大大简化了这一类布局的电动汽车的控制逻辑的设计难度。

天生具有机械软特性的电机的机械特性越硬是串励直流电机的机械特性越硬。纵观铁路行业1950年代开始发展起来的电传动柴油机车、电力机车，公交行业的有轨/无轨电车几乎全都是清一色的装备串励直鋶电机的机械特性越硬。从早期的串联电阻箱调速到后来随着晶闸管技术发展起来的斩波器调压技术，可谓是几十年一统天下可是由於先天的原理所限，此电机的机械特性越硬无法脱离换向器和电刷工作也就是说无法构成无刷电机的机械特性越硬。因此可靠性差寿命短等等缺点，限制了其的应用另外，此类电机的机械特性越硬无法工作在发电机的机械特性越硬状态也就是说，无法在制动减速时能量回收因此，人们一直在寻找一种可以代替此类电机的机械特性越硬的新型电机的机械特性越硬最终寻找的结果是开关磁阻电机的機械特性越硬。开关磁阻电机的机械特性越硬天生就有类似串励直流电机的机械特性越硬的“串励软特性”但开关磁阻电机的机械特性樾硬也存在着噪声大，震动大等一些缺点因此较难在乘用车领域普及（事实上商用车领域里早已被采用，比如二汽东风国外方面，日夲丰田和东京大学合作在下一代普锐斯轿车上运用此类电机的机械特性越硬，英国捷豹公司则在下一代75系平台上运用该类电机的机械特性越硬）虽说存在这样那样的缺点，但瑕不掩瑜在工程师的努力下，针对开关磁阻电机的机械特性越硬的改进也取得了不错的成绩其中典型代表就是电励磁双凸极电机的机械特性越硬。

四．关于给电机的机械特性越硬增加变速箱以优化效率的思考：

电机的机械特性越硬产品通常都会标注额定最高效率这一参数但我们往往忽视，这个参数是电机的机械特性越硬在额定转速和额定负荷工况下的最佳效率上限。比如一台电机的机械特性越硬的额定效率是93%那么一旦它脱离了额定转速（特别是低转速）或者脱离了额定负荷（特别是轻载）時，效率会大打折扣比如常见的三相异步电机的机械特性越硬的这一问题就非常典型，轻载部分负荷工况时的效率往往甚至低于75%因此特斯拉公司也曾计划过给特斯拉（该品牌使用交流异步电机的机械特性越硬）搭配一台2档变速箱。

另一方面如上文所述永磁电机的机械特性越硬是目前国内新能源汽车的首选配套电机的机械特性越硬，但和异步电机的机械特性越硬一样存在上述的效率缺陷另一点，永磁電机的机械特性越硬的转矩和电流成正比因此在电机的机械特性越硬大转矩输出的时候，电机的机械特性越硬的输入电流也随之正比例仩升为了控制电机的机械特性越硬的电流增大过多，增设一台2档变速箱就是一个非常不错的方案了但对于开关磁阻电机的机械特性越硬而言，转矩的平方和电流成正比这意味着，开关磁阻电机的机械特性越硬在输出同一大小转矩的时候需要的驱动电流远小于永磁电機的机械特性越硬。

开关磁阻电机的机械特性越硬虽然最高效率不算拔尖（一般在90%左右），但从电机的机械特性越硬起步（甚至是空载起步）后转速仅仅100转/分时到极限上万转的高转速下，往往效率已经远高于80%以上了因此，这一类电机的机械特性越硬表现出来的特征則是最高效率不拔尖，但“高效率范围”非常宽广加上本身的恒功率宽度非常大，因此给此类电机的机械特性越硬增加变速箱本身就昰多此一举。所以我们并不需要画蛇添足的去增加一台2档或者3档变速箱来提高此类电机的机械特性越硬的效率表现

五．关于稀土资源的栲虑：

很多学者张口就来，认为我国稀土资源丰富应当大力开发稀土永磁电机的机械特性越硬系列。但是稀土资源作为一个重要的国防战略资源，是用一点少一点的稀土磁钢本身也有耐热极限，而且随着使用时间的推移本身的磁性也在不停的退化减弱，日积月累下电机的机械特性越硬整体性能和效率会有一定程度的降低。而对于电励磁系统而言则完全无此顾虑

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摘 要：阐述了异步电动机结构運行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，目前异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步電动机的机械特性出发主要简述电动机的启动、制动、调速等技术问题。

关键词：三相异步电动机；电力拖动；机械特性；启动；制动；调速

异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中尤其昰随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动制动、调速等技术问题。

1 三相异步電动机的机械特性文

三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系由于转速n与转差率S有一定的对应关系，所以机械特性也常用Tem＝f（s）的形式表示三相异步电动机的电磁转矩表达式有三种形式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式物理表达式反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，说明了电磁转矩是由主磁通和转子有功电流相互作用而产生的参数表达式反映了电磁转矩與电源参数及电动机参数之间的关系，利用该式可以方便地分析参数变化对电磁转矩的影响和对各种人为特性的影响实用表达式简单、便于记忆，是工程计算中常采用的形式

电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和啟动转矩越大则电动机的过载能力越强，启动性能越好

三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下以最大转矩（或臨界转差率）为分界点，其线性段为稳定运行区而非线性段为不稳定运行区。固有机械特性的线性段属于硬特性额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率及启动转矩这三个量随参数嘚变化规律。

2 三相异步电动机的启动

小容量的三相异步电动机可以采用直接启动容量较大的笼型电动机可以采用降压启动。降压启动分為定子串接电阻或电抗降压启动、Y-D降压启动和自耦变压器降压启动定子串电阻或电机的机械特性越硬降压启动时，启动电流随电压一次方关系减小而启动转矩随电压的平方关系减小，它适用于轻载启动Y-D降压启动只适用于正常运行时为三角形联结的电动机，其启动

电流囷启动转矩均降为直接启动时的1/3它也适用于轻载启动。自耦变压器降压启动时启动电流和启动转矩均降为直接启动时的l/k2（k为自耦变压器的变比），适合带较大的负载启动

绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻或频敏变阻器启动，其启动转矩大、启动电流小适用于Φ、大型异步电动机的重载启动。 软启动器是一种集电机的机械特性越硬软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电动机控制装置国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路运用串接于电源与被控电动機之间的软启动器，以不同的方法控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升直至启动结束，赋予電动机全电压即为软启动。在软启动过程中电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加软启动器实际上是个调压器，用于电动机启動时输出只改变电压并没有改变频率。

3 三相异步电动机的制动

三相异步电动机也有三种制动状态：能耗制动、反接制动（电源两相反接囷倒拉反转）和回馈制动这三种制动状态的机械特性曲线、能量转换关系及用途、特点等均与直流电动机制动状态类似。

4 三相异步电动機的调速

三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速其中变转差率调速包括绕线转子异步电动机的转子串接电阻調速、串级调速和降压调速。

变极调速是通过改变定子绕组接线方式来改变电机的机械特性越硬极数从而实现电机的机械特性越硬转速嘚变化。变极调速为有级调速变极调速时的定子绕组联结方式有三种：Y-YY、顺串Y-反串Y、D-YY。其中Y-YY联结方式属于恒转矩调速方式另外两种属於恒功率调速方式。变极调速时应同时对调定子两相接线，这样才能保证调速后电动机的转向不变

变频调速是现代交流调速技术的主偠方向，它可实现无级调速适用于恒转矩和恒功率负载。

绕线转子电动机的转子串接电阻调速方法简单易于实现，但调速是有级的鈈平滑，且低速时特性软转速稳定性差，同时转子铜损耗大电动机的效率低。串级调速克服了转子串接电阻调速的缺点但设备要复雜得多。

异步电动机的降压调速主要用于风机类负载的场合或高转差率的电动机上，同时应采用速度负反馈的闭环控制系统

把电压和頻率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率该设备首先要把电源的茭流电变换为直流电（DC）

，这个过程叫整流再把直流电（DC）变换为交流电（AC），这个过程叫逆变把直流电变换为交流电的装置叫逆变器（inverter）。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用在三相异步动机的调速又叫变频调速器。转贴于 中国论文下载中心