電機(jī)學(xué)下cht5-4

1、2005-5第5章 異步電機(jī)5.7三相異步電動機(jī)的起動調(diào)速和制動三相異步電動機(jī)的起動調(diào)速和制動5.8單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)2005-5第5章 異步電機(jī)25.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動一、起動特點(diǎn)一、起動特點(diǎn)u 當(dāng)異步電動機(jī)直接投入電網(wǎng)起動時，其特點(diǎn)是：起當(dāng)異步電動機(jī)直接投入電網(wǎng)起動時，其特點(diǎn)是：起動電流大（動電流大（4-7倍額定電流），而起動轉(zhuǎn)矩并不大倍額定電流），而起動轉(zhuǎn)矩并不大。u 原因是：從等效電路看，起動瞬時原因是：從等效電路看，起動瞬時s=1，異步電動，異步電動機(jī)對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗，等效阻抗小，故起動電流機(jī)對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗，等效阻抗小，故起動電流大；從電磁

2、轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式看，因起動時轉(zhuǎn)子的大；從電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式看，因起動時轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因此轉(zhuǎn)子電流的有功分量并不大，功率因數(shù)很低，因此轉(zhuǎn)子電流的有功分量并不大，同時起動時的主磁通較正常工作時小，故起動轉(zhuǎn)矩同時起動時的主磁通較正常工作時小，故起動轉(zhuǎn)矩不大。不大。2005-5第5章 異步電機(jī)3二、直接起動二、直接起動直接起動適用于小容量電動機(jī)帶輕載的情況，起直接起動適用于小容量電動機(jī)帶輕載的情況，起動時，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。動時，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。在此工況下電磁轉(zhuǎn)矩、起動電流很容易同時得到在此工況下電磁轉(zhuǎn)矩、起動電流很容易同時得到滿足。對于經(jīng)常起動的電動機(jī)，

3、起動時引起的母滿足。對于經(jīng)常起動的電動機(jī)，起動時引起的母線電壓降不大于線電壓降不大于10%，對于偶爾起動的電動機(jī)，對于偶爾起動的電動機(jī)，此壓降不大于此壓降不大于15%。5.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動三、降壓起動三、降壓起動降壓起動適用于容量大于或等于降壓起動適用于容量大于或等于20kw并帶輕載的并帶輕載的工況。由于輕載，故電動機(jī)起動時電磁轉(zhuǎn)矩很容易工況。由于輕載，故電動機(jī)起動時電磁轉(zhuǎn)矩很容易滿足負(fù)載要求。主要問題是起動電流大，電網(wǎng)難以滿足負(fù)載要求。主要問題是起動電流大，電網(wǎng)難以承受過大的沖擊電流，因此必須降低起動電流。承受過大的沖擊電流，因此必須降低起動電流。2005-5第

4、5章 異步電機(jī)41.定子串電抗器起動定子串電抗器起動u 在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動電流，在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動電流，但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機(jī)中。一但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機(jī)中。一般都采用定子串電抗降壓起動。般都采用定子串電抗降壓起動。u 在采用電抗降壓起動時，若電機(jī)端電壓降為電網(wǎng)在采用電抗降壓起動時，若電機(jī)端電壓降為電網(wǎng)電壓的電壓的1/a，則起動電流降為直接起動的，則起動電流降為直接起動的1/a，起動，起動轉(zhuǎn)矩降為直接起動的轉(zhuǎn)矩降為直接起動的1/a2，比起動電流降得更厲害，比起動電流降得更厲害。u 因此在選擇因此在選擇a值使起動電流滿足要求

5、時，還必須校值使起動電流滿足要求時，還必須校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。5.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動2005-5第5章 異步電機(jī)52.自耦變壓器起動自耦變壓器起動u 采用自耦變壓器起動采用自耦變壓器起動時，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩、起動電流為全壓直接、起動電流為全壓直接起動的起動的1/a2。5.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動2005-5第5章 異步電機(jī)63.星星-三角起動器起動三角起動器起動只有正常運(yùn)行時定子繞只有正常運(yùn)行時定子繞組三角形接法且三相繞組組三角形接法且三相繞組首尾六個端子全部引出來首尾六個端子全部引出來的電動機(jī)

6、才能采用的電動機(jī)才能采用y-起起動器起動。動器起動。采用采用y起動器起動時起動器起動時，起動電流降為直接起動，起動電流降為直接起動的的1/3，起動轉(zhuǎn)矩亦降為，起動轉(zhuǎn)矩亦降為直接起動時的直接起動時的1/3。 5.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動2005-5第5章 異步電機(jī)74、繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動、繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動對于大中型電動機(jī)帶重載起動的工況，可采用對于大中型電動機(jī)帶重載起動的工況，可采用繞線式異步電動機(jī)。由于大型電動機(jī)容量大，起繞線式異步電動機(jī)。由于大型電動機(jī)容量大，起動電流對電網(wǎng)的沖擊較大；又因帶重載，負(fù)載要動電流對電網(wǎng)的沖擊較大；又因帶重載，負(fù)載要

7、求電機(jī)提供較大的起動轉(zhuǎn)矩。顯然前述電機(jī)起動求電機(jī)提供較大的起動轉(zhuǎn)矩。顯然前述電機(jī)起動方法很難同時滿足這兩個要求，而繞線式異步電方法很難同時滿足這兩個要求，而繞線式異步電動機(jī)就顯示出明顯的優(yōu)勢。動機(jī)就顯示出明顯的優(yōu)勢。只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就既可減少起動電只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就既可減少起動電流又可增加起動轉(zhuǎn)矩。因而電機(jī)容量大、重載這流又可增加起動轉(zhuǎn)矩。因而電機(jī)容量大、重載這兩個要求可同時滿足。繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回兩個要求可同時滿足。繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻起動的原理可通過路串電阻起動的原理可通過t-s曲線說明。曲線說明。5.7.1三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動2005

8、-5第5章 異步電機(jī)85.7.2異步電動機(jī)的調(diào)速方法異步電動機(jī)的調(diào)速方法異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運(yùn)行可異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但在調(diào)速性能上比不上直流靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但在調(diào)速性能上比不上直流電動機(jī)。同時，直到現(xiàn)在還沒有研制出調(diào)速性能好電動機(jī)。同時，直到現(xiàn)在還沒有研制出調(diào)速性能好、價格便宜、能完全取代直流電動機(jī)的異步電動機(jī)、價格便宜、能完全取代直流電動機(jī)的異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。但人們已研制出各種各樣的異步電動的調(diào)速系統(tǒng)。但人們已研制出各種各樣的異步電動機(jī)的調(diào)速方式，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。根據(jù)異步機(jī)的調(diào)速方式，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。根據(jù)異步電動機(jī)的

9、轉(zhuǎn)速公式電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 n=(1-s)n1=(1-s)60f1p異步電動機(jī)的調(diào)速方式有三種：異步電動機(jī)的調(diào)速方式有三種：(1)變極調(diào)速。變極調(diào)速。(2)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速。(3)改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。調(diào)速。2005-5第5章 異步電機(jī)9一、變極調(diào)速一、變極調(diào)速對于異步電動機(jī)定子而言，為了得到兩種不同極對對于異步電動機(jī)定子而言，為了得到兩種不同極對數(shù)的磁動勢，采用兩套繞組是很容易實(shí)現(xiàn)的。為了提數(shù)的磁動勢，采用兩套繞組是很容易實(shí)現(xiàn)的。為了提高材料利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一高材料利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的聯(lián)接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實(shí)套繞組的聯(lián)接方

10、式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。至于轉(zhuǎn)子，一般采用籠型繞組，它不具現(xiàn)變極調(diào)速。至于轉(zhuǎn)子，一般采用籠型繞組，它不具有固定的極對數(shù)，它的極對數(shù)自動與定子繞組一致。有固定的極對數(shù)，它的極對數(shù)自動與定子繞組一致。變極調(diào)速方法簡單、運(yùn)行可靠、機(jī)械特性較硬，但變極調(diào)速方法簡單、運(yùn)行可靠、機(jī)械特性較硬，但只能實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速。單繞組三速電機(jī)繞組接法已相當(dāng)只能實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速。單繞組三速電機(jī)繞組接法已相當(dāng)復(fù)雜，故變極調(diào)速不宜超過三種速度。復(fù)雜，故變極調(diào)速不宜超過三種速度。2005-5第5章 異步電機(jī)10二、變頻調(diào)速二、變頻調(diào)速異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=(60f1p)(1-s)，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變，當(dāng)轉(zhuǎn)差

11、率變化不大時，化不大時，n近似正比于頻率近似正比于頻率f1，可見改變電源頻率，可見改變電源頻率就能改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速時，總希就能改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速時，總希望主磁通望主磁通m保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時的主磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率的主磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率因素降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時的主磁通，則因素降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時的主磁通，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。在忽略定子漏阻抗的情況下，有電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。在忽略定子漏阻抗的情況下，有u1e1=4.44f1n1kn1m為了使變頻時為了使變頻時m維持不變，則維持

12、不變，則u1f1應(yīng)為定值。應(yīng)為定值。2005-5第5章 異步電機(jī)111.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速當(dāng)電機(jī)變頻前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩當(dāng)電機(jī)變頻前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有：電壓隨頻率成正比變化（調(diào)速時，有：電壓隨頻率成正比變化（u1f1應(yīng)為應(yīng)為定值）則主磁通定值）則主磁通m不變，電機(jī)飽和程度不變，電不變，電機(jī)飽和程度不變，電機(jī)過載能力也不變。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性機(jī)過載能力也不變。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能都能保持不變。能都能保持不變。2005-5第5章 異步電機(jī)122.恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速在電機(jī)帶有恒功率負(fù)載時，在變頻前后，它的電磁在電機(jī)帶有恒功率負(fù)載時，在變頻前后，它的電

13、磁功率相等。功率相等。(1)若要維持主磁通不變，即令電壓隨頻率作正比變化則若要維持主磁通不變，即令電壓隨頻率作正比變化則電機(jī)過載能力隨頻率成正比變化。電機(jī)過載能力隨頻率成正比變化。(2)若保持過載能力不變，則主磁通要發(fā)生變化。若保持過載能力不變，則主磁通要發(fā)生變化。變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍大，平滑性好，變頻時電變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍大，平滑性好，變頻時電壓按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，壓按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。這是異步電機(jī)最有前途的一以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。這是異步電機(jī)最有前途的一種調(diào)速方式，其缺點(diǎn)是目前控制裝置價格仍比較貴。種調(diào)速方式，

14、其缺點(diǎn)是目前控制裝置價格仍比較貴。2005-5第5章 異步電機(jī)13三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線式轉(zhuǎn)子回路串繞線式轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差電阻調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差s的調(diào)速方式。的調(diào)速方式。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，r2s保持不變，調(diào)速前保持不變，調(diào)速前后，定子各物理量保持后，定子各物理量保持不變，轉(zhuǎn)子電流不變，不變，轉(zhuǎn)子電流不變，電磁功率不變，最大電電磁功率不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，銅耗增加磁轉(zhuǎn)矩不變，銅耗增加，輸出功率下降，效率，輸出功率下降，效率下降。下降。2005-5第5章 異步電機(jī)145.7.3異步電動機(jī)的制動異步電動機(jī)的制動電動機(jī)運(yùn)行于正向電動狀態(tài)電動機(jī)運(yùn)行于正向

15、電動狀態(tài)(即第即第象限象限)時，其時，其電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩tem與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n均為正方向并對外輸出機(jī)械功均為正方向并對外輸出機(jī)械功率。若電磁轉(zhuǎn)矩率。若電磁轉(zhuǎn)矩tem、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n中有一項(xiàng)與正向電動狀中有一項(xiàng)與正向電動狀態(tài)方向相反，即態(tài)方向相反，即tem與與n方向相反，電動機(jī)就工作在方向相反，電動機(jī)就工作在電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸收機(jī)械功轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成電功率。收機(jī)械功轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成電功率。2005-5第5章 異步電機(jī)15一、反接制動一、反接制動實(shí)現(xiàn)反接制動有兩種方法：轉(zhuǎn)速反向和兩相反接。實(shí)現(xiàn)反接制動有兩種方法：轉(zhuǎn)速反向和兩相反接。1.轉(zhuǎn)速反向

16、的反接制動轉(zhuǎn)速反向的反接制動(正接反轉(zhuǎn)正接反轉(zhuǎn))異步電動機(jī)定子電源正向連接，使其定子磁動勢旋異步電動機(jī)定子電源正向連接，使其定子磁動勢旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)方向?yàn)閚1，但由于轉(zhuǎn)子回路串有較大的電阻，在，但由于轉(zhuǎn)子回路串有較大的電阻，在轉(zhuǎn)軸上帶有較大的位能性負(fù)載轉(zhuǎn)軸上帶有較大的位能性負(fù)載(下放重物下放重物)，電機(jī)起，電機(jī)起動時電磁轉(zhuǎn)矩動時電磁轉(zhuǎn)矩te m與負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩tz方向相反，且方向相反，且temtz，則在作用下，則在作用下tz，電動機(jī)反向加速。，電動機(jī)反向加速。2.兩相反接的反接制動兩相反接的反接制動(反接正轉(zhuǎn)反接正轉(zhuǎn))繞線式異步電動機(jī)本來工作在正向電動狀態(tài)，為繞線式異步電動機(jī)本來工作在正向電

17、動狀態(tài)，為了迅速讓電動機(jī)停轉(zhuǎn)或迅速反轉(zhuǎn)，將定子兩相繞組了迅速讓電動機(jī)停轉(zhuǎn)或迅速反轉(zhuǎn)，將定子兩相繞組的出線頭對調(diào)后再接到電源，這就是定子兩相反接的出線頭對調(diào)后再接到電源，這就是定子兩相反接的反接制動。的反接制動。2005-5第5章 異步電機(jī)16二、反向回饋制動二、反向回饋制動若電動機(jī)兩相反接帶有位能性負(fù)載若電動機(jī)兩相反接帶有位能性負(fù)載tz，則電機(jī)在兩，則電機(jī)在兩相反接電源的作用下，反向加速，其轉(zhuǎn)速將超過同相反接電源的作用下，反向加速，其轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速n1。電動機(jī)工作在反向回饋制動狀態(tài)，電磁。電動機(jī)工作在反向回饋制動狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩tem為正，轉(zhuǎn)速為正，轉(zhuǎn)速n為負(fù)。轉(zhuǎn)差為負(fù)。轉(zhuǎn)差s0。

18、三、能耗制動三、能耗制動將正在運(yùn)行的電動機(jī)的定子繞組從電網(wǎng)斷開，接到將正在運(yùn)行的電動機(jī)的定子繞組從電網(wǎng)斷開，接到直流電源上，由于定子中流過直流電流，故再沒有電直流電源上，由于定子中流過直流電流，故再沒有電磁功率從定子方傳遞到轉(zhuǎn)子方。定子的直流形成一恒磁功率從定子方傳遞到轉(zhuǎn)子方。定子的直流形成一恒定磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其導(dǎo)條切割定子的定磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其導(dǎo)條切割定子的恒定磁場而在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流，從而將轉(zhuǎn)恒定磁場而在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流，從而將轉(zhuǎn)子動能變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，當(dāng)子動能變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，當(dāng)轉(zhuǎn)子動能消耗完，轉(zhuǎn)子就停止轉(zhuǎn)

19、動，這一過程稱為能轉(zhuǎn)子動能消耗完，轉(zhuǎn)子就停止轉(zhuǎn)動，這一過程稱為能耗制動。耗制動。2005-5第5章 異步電機(jī)175.8單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)只需要單相交流電源供電，在家單相異步電動機(jī)只需要單相交流電源供電，在家用電器、醫(yī)療器械中得到廣泛應(yīng)用，其分析方法用電器、醫(yī)療器械中得到廣泛應(yīng)用，其分析方法與不對稱電壓下運(yùn)行時的分析方法基本相同。與不對稱電壓下運(yùn)行時的分析方法基本相同。一、工作原理一、工作原理單相異步電動機(jī)定子上一單相異步電動機(jī)定子上一般有兩個繞組：起動繞組般有兩個繞組：起動繞組、工作繞組，兩繞組在空、工作繞組，兩繞組在空間上相距間上相距90度電角度。轉(zhuǎn)度電角度。轉(zhuǎn)子是籠型結(jié)構(gòu)。起動繞組子是籠型結(jié)構(gòu)。起動繞組只在起動時接入，起動完只在起動時接入，起動完畢從電源斷開。畢從電源斷開。2005-5第5章 異步電機(jī)18在正常運(yùn)行時只有工作繞組接在電源上，單相繞在正常運(yùn)行時只有工作繞組接在電源上，單相繞組通交流電流，產(chǎn)生的磁動勢為脈振磁動勢。一個組通交流電流，產(chǎn)生的磁動勢為脈振磁動勢。一個脈振磁動勢可分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢，脈振磁動勢可分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢，因此，利用迭加原理，可得出單相異步電機(jī)的電磁因此，利用迭加原理，可得出單相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距曲線如圖所示。轉(zhuǎn)距曲線如圖所示。 u 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)