浙江大學(xué)三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)調(diào)速和制動(dòng)

1、 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 當(dāng)定子的對(duì)稱三相繞組 按規(guī)定的接線方式； 定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率 的三相電壓； 轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗，直接短路。 這種情況下得到的nf（T）， 稱為固有機(jī)械特性。 T S 固有機(jī)械特性的特殊點(diǎn) 固有機(jī)械特性的特殊點(diǎn)： 1. 起動(dòng)點(diǎn)A：該點(diǎn)S1； 2. 臨界點(diǎn)B：該點(diǎn)SSm； 3. 額定點(diǎn)C：該點(diǎn)SSn； 4. 同步點(diǎn)D：該點(diǎn)S0， 又稱理想空載點(diǎn)； S=0 S=1 Tst Sn Tn Sm Tm 三、人為機(jī)械特性 人為地改變電動(dòng)機(jī)的任一個(gè)參數(shù)（如U1、f1、P、定子回路 電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗）的機(jī)械特性稱為人為 機(jī)械特性。 1.

2、降低定子端電壓的人為特性； 2. 改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性； 3. 改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性； 4. 改變極數(shù)后的人為特性； 5. 改變輸入頻率的人為特性； 2 21 2 21 2 2 11 1 )()( 1 XXRR RUm Tst 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 2 21 2 11 2 11 1 max 2 1 XXRR Um T 最大轉(zhuǎn)矩： 2 21 2 1 2 )( XXR R Sm 臨界轉(zhuǎn)差率： S T 改變定子電壓的人為特性 T S 改變轉(zhuǎn)子電阻的人為特性 T S 改變定子電抗的人為特性 人為特性曲線 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 起動(dòng)性能包括： 起動(dòng)電流倍數(shù)Ist/IN; 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN;

3、 起動(dòng)時(shí)間 起動(dòng)時(shí)消耗的能量 起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單和可靠； 起動(dòng)的過渡時(shí)間 異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的問題：電流大但轉(zhuǎn)矩并不大。 2 21 2 2 1 1 1 22 )()( cos XX S R R U I ICT mMem 起動(dòng)時(shí)， S1， 等效阻抗小， 起動(dòng)電流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 轉(zhuǎn)子電流有功分量小。 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)， 存在兩種矛盾： 1. 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大， 供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能力有限； 2. 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小， 負(fù)載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動(dòng)； 異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分四種情況： 1. 小容量輕載起動(dòng)； 2. 中、大容量輕載起動(dòng)； 3. 小容量電機(jī)重載起動(dòng)； 4. 中

4、、大容量重載起動(dòng)； 一、小容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)直接起動(dòng) 不僅取決于電機(jī)本身的大小， 還與供電電網(wǎng)容量和供電 線路長(zhǎng)短有關(guān)。 （要求母線降落不大于10） 電動(dòng)機(jī)容量與供電變壓器的比值； 起動(dòng)是否頻繁； 供電線路距離； 同一臺(tái)變壓器其它用戶的要求； 一般7.5KW以下電機(jī)允許直接起動(dòng)。 按電網(wǎng)容量允許直接啟動(dòng)的籠形電動(dòng)機(jī)功率按電網(wǎng)容量允許直接啟動(dòng)的籠形電動(dòng)機(jī)功率 電網(wǎng)允許直接啟動(dòng)的籠形電動(dòng)機(jī)功率 小容量發(fā)電廠每1KW發(fā)電機(jī)容量為0.10.12kW 變電所 經(jīng)常啟動(dòng)， 不大于變壓器容量的20； 不經(jīng)常啟動(dòng)， 不大于變壓器容量的30% 高壓線路不超過電動(dòng)機(jī)連接線路上的短路容量的3 變壓器電動(dòng)機(jī)組電機(jī)功率

5、不大于變壓器容量的80 二、中、大容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)降壓起動(dòng) 此時(shí)主要矛盾是電流。 降低電流的方法， 主要靠降低電壓。 2 21 2 21 1 )()( XXRR U IQ 起動(dòng)電流： 降壓起動(dòng)時(shí)， 起動(dòng)電流與定子電壓成比例降低。待轉(zhuǎn)速 升高到一定值， 恢復(fù)全電壓。 注意： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與U2成正比， 降壓起動(dòng)后，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 比起動(dòng)電流降低得更厲害。 常用的降壓起動(dòng)方法 定子串電阻或電抗降壓起動(dòng)； 用自耦變壓器降壓起動(dòng)； Y起動(dòng) 延邊三角形起動(dòng) 1 st st st N I I U U a 2 22 1 aI I U U T T st st N st st st 定子串電阻或電抗降壓起動(dòng) 用自耦變壓

6、器降壓起動(dòng) stststL I k I k I 2 11 設(shè)自耦變壓器的電壓變比為 k N U k 1 2 2 2 11 kkU U T T N st st st Y起動(dòng) 3 13 3 K N K N st st Z U Z U I I Y接法起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小到 2 1 3 三、小容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng) 主要矛盾是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足。 解決的方法： 容量大一號(hào)的電機(jī)； 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)特殊電機(jī) 特殊電機(jī)獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原因， 主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。 轉(zhuǎn)子參數(shù)自動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。 如雙鼠籠電機(jī)和深槽電機(jī)。 集膚效應(yīng) 將導(dǎo)體看成許多單元導(dǎo)體的并聯(lián)； 越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少， 即漏抗小

7、；接近 槽底的單元，漏抗大； 導(dǎo)體電流密度分布不均， 產(chǎn)生把電流向槽口排擠的“趨表 效應(yīng)”； 電機(jī)轉(zhuǎn)速越低， 轉(zhuǎn)子電流頻率越高， 趨表效應(yīng)越突出； 導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小， 轉(zhuǎn)子電阻增加； 電流 高度 深槽式：高度是寬度的1012倍， 堵轉(zhuǎn)時(shí)， 電阻達(dá)額 定運(yùn)行的3倍， 隨著轉(zhuǎn)速升高， 頻率降低， 電流分布 趨向均勻， 轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小。 雙鼠籠式： 兩套繞組， 材料不同， 截面也不同。 外籠： 起動(dòng)籠， 截面小， 材 料選用電阻系數(shù)大； 內(nèi)籠： 工作籠， 截面大， 電 阻系數(shù)小。 外籠 內(nèi)籠 四、中、大容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng) 兩種矛盾同時(shí)起作用。 采用繞線式電機(jī)， 轉(zhuǎn)子串電阻。 既增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 又

8、減小起動(dòng)電流。 常用的方法：轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。 轉(zhuǎn)子串電阻 串頻敏變阻器 頻敏變阻器特點(diǎn)：磁路較飽和，電 抗較小 ， 鐵耗隨頻率變化 隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐漸上升隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐漸上升 轉(zhuǎn)子繞組中的電流頻率逐漸降低轉(zhuǎn)子繞組中的電流頻率逐漸降低 頻敏變阻器鐵心中的損耗逐漸減小，頻敏變阻器鐵心中的損耗逐漸減小， 反映鐵耗的電阻跟著減小。反映鐵耗的電阻跟著減小。 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，頻率極低，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，頻率極低， Rm和和Xm很小，相當(dāng)于將起動(dòng)電阻全很小，相當(dāng)于將起動(dòng)電阻全 部切除。部切除。 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 要求電動(dòng)機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速； 調(diào)速的方法

9、： )1 ()1 ( 1 60 1 SnSn P f （1） 改變定子繞組的極對(duì)數(shù)P； （2）改變電源的頻率f1； （3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率； 改變定子繞組的端電壓； 改變定子繞組的外加電阻或電抗； 轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗； 轉(zhuǎn)子回路引進(jìn)fsf的外加電勢(shì) 一、變極調(diào)速 單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極對(duì)數(shù)而得到兩 個(gè)不同同步轉(zhuǎn)速； 三速或四速電機(jī)： 定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組； A1 X1 A2 X2 A1X1A2 X2 A1X1A2X2 單繞組雙速電機(jī)原理： A1X1和A2X2串聯(lián)形成四極磁場(chǎng)； A1X1和A2X2串聯(lián)， A2X2反向， 形成兩極磁場(chǎng)； 變極調(diào)速的注意點(diǎn)： （1）為獲得恒定的

10、平均轉(zhuǎn)矩， 定、轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)必 須保持一致。 因此一般只適用于鼠籠式異步機(jī)。 （2）在改變繞組接法時(shí)， 要保證變極后三相繞組的對(duì)稱 以及基波磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向不變。 （3）變極調(diào)速是一個(gè)有級(jí)調(diào)速。 極數(shù)變換后， 節(jié)距、相 帶、氣隙磁密都要變化， 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和額定容量都 要變化。 二、變頻調(diào)速 如果電源頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)， 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以連續(xù)、平 滑調(diào)節(jié)。 要求： 氣隙磁通量保持基本不變； 磁路的飽和程度不變； 激磁電流和電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以保持基本不變。 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩保持不變； 1. 由基頻向下的調(diào)速 mw kNfEU 11111 44. 4電壓方程： 降低電源頻率，降低電源頻率， 必須同

11、時(shí)減小電源電壓。必須同時(shí)減小電源電壓。 （1）保持E1/f1不變， 降頻調(diào)速 E1/f1不變，m等于常數(shù) 。恒磁通的控制方式。 2 2 2 2 21 2 1 11 1 )( )( 2 XSR RSf f EPmPem Tem 2 2 1 2 1 1 2 2 1 21 2 30 8 ; 2 LP R nSn f E L Pm T Lf R S m mm 改變頻率， 電機(jī)的Tm以及此時(shí)的轉(zhuǎn)速變化與f1無關(guān)。 用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載： 電磁轉(zhuǎn)矩不變， 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。 用于恒功率負(fù)載： 11 NNem TTP 1 1 1 1 f f E E m m 過載能力下降 T S f1 f2 f3 f1f2f3

12、保持E1/f1不變， 降頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)： 機(jī)械特性硬， 調(diào)速范圍寬； 低速運(yùn)行穩(wěn)定性好； 無級(jí)調(diào)速平滑性好； 正常負(fù)載時(shí)， 轉(zhuǎn)差率小， 轉(zhuǎn)子銅耗少， 效率高； 磁通近似等于常數(shù)， 屬于近 似的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。 在低頻運(yùn)行時(shí)， Tm下降較多， 可能帶不動(dòng)負(fù)載。 T S f1 f2 f3 f4 f1f2f3f4 （2）保持U1/f1不變， 降頻調(diào)速 )( 30 )(8 ; )(2 21 2 1 2 1 1 21 2 1 211 2 LLp R nSn f E LL pm T LLf R S m mm 2. 由基頻向上調(diào)速 U1為額定值不變， 隨著f1升高， 氣隙磁通減小。 21 1 11 1 2 1

13、; 1 ; 1 ; 1 CTP f T CnSn f S f T emem em mm mm 是恒功率的調(diào)速方法。 f1 f2 f3 f4 f1f2f30, T0 B點(diǎn)（制動(dòng)狀態(tài)） n0 足夠大的電阻 T SA B 轉(zhuǎn)差率： 1 )( 1 1 1 1 n nn n nn S 性質(zhì)： 等效電阻：0)( 1 2 RR S S 吸收機(jī)械功率；0)( 1 2 2 RR S S I 0 )( 2 2 21 S RR ImP em 電能從定子傳向轉(zhuǎn)子； PPp emcu 2 全部消耗在電阻上； 2、兩相對(duì)調(diào) 電機(jī)原運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)，兩相對(duì)調(diào)后， 氣隙磁密立即反向， 以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)； 電機(jī)機(jī)械特性從1到2；

14、S S S S T T n nn n nn S m m m 2 1 1 1 1 1 反接的過程， 從反接開始到轉(zhuǎn)子速度為零的過程。 A B T S 1 2 兩種反接制動(dòng)， 均有S1, 機(jī)械功率為輸入。 區(qū)別： 前者由負(fù)載提供機(jī)械功率 后者由整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分提供儲(chǔ)能。 二、異步機(jī)的回饋制動(dòng) 把轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械功率， 經(jīng)異步機(jī)轉(zhuǎn)化為電功率送到電網(wǎng)。 軸上外施驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)以同步方向旋轉(zhuǎn) 0 2 0 2 2 1 2 1 1 1 18090 ),(tan ,0 , R SX n -nn Snn 能量流向： ememem em PSPPSP S R ImP IUmP )1 ( 0 0cos 2 2 21

15、11111 T與n方向相反， 處于制動(dòng)狀態(tài) 回饋制動(dòng)的實(shí)現(xiàn) （1）同步轉(zhuǎn)向反向的回饋制動(dòng)（反接正轉(zhuǎn)） 定子兩相對(duì)調(diào)后， 位能性負(fù)載最后穩(wěn)定于第四象 限， 重物以高于同步速的速度下放。 （2）同步轉(zhuǎn)向不變的回饋制動(dòng) 電車下坡 ； 變極或變頻調(diào)速過程； 三、異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng) 制動(dòng)時(shí)， 三相繞組脫離三相電源， 由直流電流過定子繞組，在氣隙中 形成恒定磁場(chǎng)。 過程分析： 由于慣性， 轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn) 切割磁力線感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下， 轉(zhuǎn)子減速至n0。 能耗制動(dòng)可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機(jī)， 使位能性負(fù)載勻速下 放。 注意：恒定磁場(chǎng)獲得， 需通過定子繞組的改

16、接 n N S 風(fēng)扇電機(jī) 罩極式排氣扇電機(jī) 冰箱電機(jī) 電動(dòng)縫紉機(jī)電機(jī) 電容分相電機(jī) 單相異步電動(dòng)機(jī) 單相異步電動(dòng)機(jī)由單相電源供電，使用方便，廣泛?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)由單相電源供電，使用方便，廣泛 應(yīng)用于家電、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械中。應(yīng)用于家電、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械中。 單相異步電動(dòng)機(jī) 與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)比較，單相異步電動(dòng)機(jī)的與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)比較，單相異步電動(dòng)機(jī)的 體積大、運(yùn)行性能較差，單相電機(jī)只做成小容量的。體積大、運(yùn)行性能較差，單相電機(jī)只做成小容量的。 單相異步電動(dòng)機(jī)通常在定子上有單相異步電動(dòng)機(jī)通常在定子上有2 2相繞組，轉(zhuǎn)子是普相繞組，轉(zhuǎn)子是普 通的鼠籠轉(zhuǎn)子。通的鼠籠轉(zhuǎn)子。 單相異步電動(dòng)機(jī)類型：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)類型： (1)(1)單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)； (2)(2)單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)； (3)(3)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)；單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)； (4)(4)單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)；單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)； (5)(5)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)。單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)。 單相電機(jī)機(jī)械特性 一相定子繞組通電時(shí)的機(jī)械特性：一相定子繞組通電時(shí)的機(jī)械特性： 一相定子繞組通電時(shí)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)產(chǎn)生一相定子繞組通電時(shí)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)產(chǎn)生 的電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。的電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。 合成合成