電機學(xué)三相異步電動機起動調(diào)速與制動

1、當(dāng)定子的對稱三相繞組按規(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）58 感應(yīng)電動機的起動感應(yīng)電動機的起動一、感應(yīng)電動機的機械特性 固有特性：TSS=0S=1T0SNTNSkTm人為機械特性人為地改變電動機的任一個參數(shù)（如U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗）的機械特性稱為人為機械特性。 降低定子端電壓的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率的人為特性；211222112121()()stmU rTrrxx起動轉(zhuǎn)矩：211max22

2、1111212mUTrrxx最大轉(zhuǎn)矩：222112()krSrxx 臨界轉(zhuǎn)差率：TS改變轉(zhuǎn)子電阻的人為特性ST改變定子電壓的人為特性TS改變定子電抗的人為特性二、三相感應(yīng)電動機的起動起動性能包括： 起動電流倍數(shù)Ist/IN; 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN; 起動時間 起動時消耗的能量 起動設(shè)備的簡單和可靠； 起動的過渡時間異步電動機直接起動時的問題：電流大但轉(zhuǎn)矩并不大。2211222112cos()()TmTCIUIrrxxS 起動時， S1， 等效阻抗小， 起動電流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 轉(zhuǎn)子電流有功分量小。 異步電動機的起動， 存在兩種缺點：1. 電動機起動電流大

3、， 供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能量有限；2. 電動機起動轉(zhuǎn)矩小， 負(fù)載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動；異步電動機起動分四種情況：異步電動機起動分四種情況：小容量輕載起動；小容量輕載起動；中、大容量輕載起動；中、大容量輕載起動；小容量電機重載起動；小容量電機重載起動；1. 中、大容量重載起動；中、大容量重載起動；一、小容量電動機輕載起動直接起動不僅取決于電機本身的大小， 還與供電電網(wǎng)容量和供電線路長短有關(guān)。 （要求母線電壓降落不大于10） 電動機容量與供電變壓器的比值；電動機容量與供電變壓器的比值； 起動是否頻繁；起動是否頻繁； 供電線路距離；供電線路距離； 同一臺變壓器其它用戶的要求；同一臺變壓器其它用戶的

4、要求；一般7.5KW以下電機允許直接起動。二、中、大容量電動機輕載起動降壓起動此時主要矛盾是電流。 降低電流的方法， 主要靠降低電壓。1221212()()stUIrrxx起動電流：降壓起動時， 起動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： 起動轉(zhuǎn)矩與U2成正比， 降壓起動后，起動轉(zhuǎn)矩 比起動電流降低得更厲害。常用的降壓起動方法 定子串電阻或電抗降壓起動； 用自耦變壓器降壓起動； Y起動 延邊三角形起動三、小容量電動機重載起動主要矛盾是起動轉(zhuǎn)矩不足。解決的方法： 容量大一號的電機； 高起動轉(zhuǎn)矩的電動機特殊電機特殊電機獲得高起動轉(zhuǎn)矩的原因， 主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。轉(zhuǎn)子

5、參數(shù)自動隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。 如雙鼠籠電機和深槽電機。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；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， 電阻達(dá)額定運行的3倍， 隨著轉(zhuǎn)速升高， 頻率降低， 電流分布趨向均勻， 轉(zhuǎn)子電阻自動減小。 雙鼠籠式： 兩套繞組， 材料不同， 截面也不同。 外籠： 起動籠， 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

6、數(shù)小。 外籠內(nèi)籠四、中、大容量電動機重載起動兩種矛盾同時起作用。 采用繞線式電機， 轉(zhuǎn)子串電阻。 既增大起動轉(zhuǎn)矩， 又減小起動電流。 常用的方法：轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。 5-9 三相感應(yīng)電動機的調(diào)速 要求電動機具有幾種轉(zhuǎn)速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；調(diào)速的方法：1160(1)(1)fnSnSp（1） 改變定子繞組的極對數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1；（3）改變電動機的轉(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的外加電勢一、變極調(diào)速單繞組雙速電機：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機： 定子

7、內(nèi)放兩套獨立的繞組；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2單繞組雙速電機原理： A1X1和A2X2串聯(lián)形成四極磁場； A1X1和A2X2串聯(lián)， A2X2反向， 形成兩極磁場；變極調(diào)速的注意點：（1）為獲得恒定的平均轉(zhuǎn)矩， 定、轉(zhuǎn)子繞組的極對數(shù)必須保持一致。 因此一般只適用于鼠籠式異步機。 （2）在改變繞組接法時， 要保證變極后三相繞組的對稱以及基波磁勢的轉(zhuǎn)向不變。（3）變極調(diào)速是一個有級調(diào)速。 極數(shù)變換后， 節(jié)距、相帶、氣隙磁密都要變化， 電機的額定轉(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)， 則電動機轉(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

8、的飽和程度不變； 激磁電流和電動機的功率因數(shù)可以保持基本不變。 電動機的最大轉(zhuǎn)矩保持不變；1. 由基頻向下的調(diào)速111114.44NmUEf N k電壓方程：降低電源頻率，降低電源頻率， 必須同時減小電源電壓。必須同時減小電源電壓。（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。2111 22 21122()2MPm pESf rTfrx221121121212112; 2()8()30()kmkrm pESTf LLLLfrnS np LL 改變頻率， 電機的Tm以及此時的轉(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

9、負(fù)載：11MNNPTT 過載能力下降TSf1f2f3f1f2f3保持E1/f1不變， 降頻調(diào)速優(yōu)點： 機械特性硬， 調(diào)速范圍寬； 低速運行穩(wěn)定性好； 無級調(diào)速平滑性好； 正常負(fù)載時， 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。 在低頻運行時， Tm下降較多， 可能帶不動負(fù)載。TSf1f2f3f4f1f2f3f4（2）保持U1/f1不變， 降頻調(diào)速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。2111111211; ; 1;mkkkMTSffnS nCTfPTC 是恒功率的調(diào)速方法。f1f2f3f4f1f2f30, T0B點（制動狀態(tài)

10、）n0足夠大的電阻TSAB 轉(zhuǎn)差率：1)(1111nnnnnnS性質(zhì)： 等效電阻：21()0SrrS吸收機械功率； 2221()0SIrrS221 2()0MrrPm IS電能從定子傳向轉(zhuǎn)子；2cuMipPP全部消耗在電阻上；2、兩相對調(diào)電機原運行于電動狀態(tài)，兩相對調(diào)后， 氣隙磁密立即反向， 以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)； 電機機械特性從1到2； 111112mkknnnnSnnTTSSSS 反接的過程， 從反接開始到轉(zhuǎn)子速度為零的過程。ABTS12兩種反接制動， 均有S1, 機械功率為輸入。區(qū)別： 前者由負(fù)載提供機械功率 后者由整個轉(zhuǎn)動部分提供儲能。二、異步機的回饋制動把轉(zhuǎn)軸上輸入的機械功率， 經(jīng)異步機轉(zhuǎn)

11、化為電功率送到電網(wǎng)。軸上外施驅(qū)動轉(zhuǎn)矩， 電機以同步方向旋轉(zhuǎn)1111002222, 0, tan(), 90180n - nnnSnSxr能量流向：111 112212cos00(1)MiMMMPmU IrPm ISPSPPS PT與n方向相反， 處于制動狀態(tài)回饋制動的實現(xiàn)（1）同步轉(zhuǎn)向反向的回饋制動（反接正轉(zhuǎn)）定子兩相對調(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 電車下坡 ； 變極或變頻調(diào)速過程；三、異步電動機的能耗制動制動時， 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。 過程分析：由于慣性， 轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn)切

12、割磁力線感應(yīng)電勢感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動轉(zhuǎn)矩在制動轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下， 轉(zhuǎn)子減速至n0。能耗制動可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機， 使位能性負(fù)載勻速下放。 注意：恒定磁場獲得， 需通過定子繞組的改接nNS風(fēng)扇電機罩極式排氣扇電機冰箱電機電動縫紉機電機電容分相電機5-11 單相異步電動機單相異步電動機單相異步電動機由單相電源供電，使用方便，廣泛單相異步電動機由單相電源供電，使用方便，廣泛應(yīng)用于家電、電動工具、醫(yī)療器械中。應(yīng)用于家電、電動工具、醫(yī)療器械中。 一、單相異步電動機特點一、單相異步電動機特點與同容量的三相異步電動機比較，單相異步電動機的與同容量的三相異步電動機比較，單相異步電動機的體積大、運行

13、性能較差，單相電機只做成小容量的。體積大、運行性能較差，單相電機只做成小容量的。 單相異步電動機通常在定子上有單相異步電動機通常在定子上有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。單相異步電動機類型：單相異步電動機類型： (1)(1)單相電阻分相起動異步電動機；單相電阻分相起動異步電動機； (2)(2)單相電容分相起動異步電動機；單相電容分相起動異步電動機； (3)(3)單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機；單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機； (4)(4)單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機；單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機； (5)(5)單相罩極式異步電動機。單相罩極式異步電動機。二、單相繞組通電時的機

14、械特性二、單相繞組通電時的機械特性一相定子繞組通電時電機中的電磁轉(zhuǎn)矩為兩個旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生一相定子繞組通電時電機中的電磁轉(zhuǎn)矩為兩個旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。的電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。 T+=f(s)T-=f(s)T=f(s)nTn1-n101起動轉(zhuǎn)矩等于零當(dāng)sl時，T+T-，T0，單相電機僅一個繞組工作不能自行起動。2轉(zhuǎn)動后單相電機可以在一個繞組情況下運行由于有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，所以其過載能力和效率均有所降低。3理想空載狀態(tài)也達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速 因有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，即使轉(zhuǎn)軸上不帶任何負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流也不可能為零，單相電機達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速。 (1)定子具有空間不同位置的兩套繞組；定子具有空間不同位置的兩套繞組； (2

15、)兩相繞組通入不同相位的交流電流。兩相繞組通入不同相位的交流電流。三、起動的必要條件三、起動的必要條件橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場時的機械特性橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場時的機械特性在在n=0時，時，T0,電動機具有正電動機具有正向起動轉(zhuǎn)矩，向起動轉(zhuǎn)矩，起動后，起動后，n0,T0，電動機可，電動機可以繼續(xù)運行。以繼續(xù)運行。 T+=f(s)T-=f(s)T=f(s)nTn1-n101、單相電阻起動、單相電阻起動四、單相異步電動機的起動四、單相異步電動機的起動 只要兩個回路的阻抗角不同，Im、Ia便不同相位，從而建立旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩； 結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩低2、電容電動機、電容電動機單相電容起動單相電容起動 合理選擇電容

16、器和主輔繞組匝數(shù)，使起動時氣隙磁場接近圓 形旋轉(zhuǎn)磁場。可以有較高的起動轉(zhuǎn)矩。 電動機起動后，在離心力作用下斷開常閉觸點，自動切斷輔 助電路單相運行 單相電容運行單相電容運行 額定負(fù)載時有接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場，性能性能較好 起動時橢圓度差，起動轉(zhuǎn)矩小 空載有負(fù)序磁勢，空載電流大，損耗大單相電容起動及運行單相電容起動及運行 在輔助繞組回路中串接兩個并聯(lián)的電容器 運行電容C固定接入輔助繞組電路 起動電容Cs在起動時接入，起動后靠離心開關(guān)S斷開 電機有較好的起動和運行性能3、罩極式單相電動機、罩極式單相電動機 罩極繞組 短路環(huán) 穿過短路環(huán)與不穿過短路環(huán)的兩部分磁場有時間相位差 兩個磁場在空間和時間上不同相 合成磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場 ，旋轉(zhuǎn)方向從未罩極部分轉(zhuǎn)向罩 極部分 發(fā)電機運行發(fā)電機運行：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的同步速011 nnns轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率5-12 異步發(fā)電機異步發(fā)電機異步發(fā)電機相量圖輸入有功功率小于0，表明輸出有功功率 1111 cosImUP 12EE 22jx I2I22rIsmmI2I1I1E1 1jx I1U1 1rI12異步發(fā)電機運行方式與電網(wǎng)并聯(lián)與電網(wǎng)并聯(lián)電壓和頻率完全取決于電網(wǎng)的電壓和頻率，與電壓和