異步電機(jī)拖動(dòng)——制動(dòng)和四象限運(yùn)行 反接、能耗、回饋制動(dòng)和四象限運(yùn)行

1、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)nTs=0s=0電動(dòng)電動(dòng)n0TLs=0s=0s1反向電動(dòng)反向電動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)下n電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，即Tem與n同向n正向電動(dòng)運(yùn)行 I象限n反向電動(dòng)運(yùn)行III象限制動(dòng)狀態(tài)下n電磁轉(zhuǎn)矩為阻力矩，即Tem與n反向n有無(wú)正、反向制動(dòng)運(yùn)行呢？1、反接制動(dòng)2、回饋制動(dòng)3、能耗制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)的方法1、反接制動(dòng) 1)條件： 轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向與定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相反：n與n0方向相反。 轉(zhuǎn)差率：1nnns00 3 M 33 M 3Rb制制動(dòng)動(dòng)前前的的電電路路制制動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的電電路路 2)功率平衡關(guān)系： 電動(dòng)機(jī)輸入功率為： 反接制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)既從軸上吸入機(jī)械功率，也從電網(wǎng)輸入電功率，并

2、全部消耗在轉(zhuǎn)子繞組電阻中。 因此轉(zhuǎn)子回路必須串入大電阻，減小I2。0sRI3P222em 0Rss1I3PP222M2 222em2RI3PP 3）機(jī)械特性 電源反接制動(dòng)nTs=0反接制動(dòng)電動(dòng)n0TLn0快速停車s=0s1 倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反向反接制動(dòng)） 繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻（位能轉(zhuǎn)矩）nTs01電動(dòng)n0反接TLTLT重載低速下放反接制動(dòng)（繞線轉(zhuǎn)子）TNSNSL1s1 反接制動(dòng)的產(chǎn)生兩個(gè)條件：電源反接適用于反抗性負(fù)載快速停機(jī)倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反接或繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻） 適用于位能負(fù)載的勻低速下放 TLTL制動(dòng)前：正向電動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)前：正向電動(dòng)狀態(tài)。 制動(dòng)時(shí)：定子相序改變，制動(dòng)時(shí)：定子相序改變， n

3、 n0 0 變向。變向。OnT1 n02n0 b s = n0 n n0= n0n n0即即：s 1 (第第II象限象限)。 同時(shí)同時(shí)：E2s、I2 反向，反向，Tem 反向。反向。ac a 點(diǎn)點(diǎn) b 點(diǎn)點(diǎn)(T0，制動(dòng)開始，制動(dòng)開始)慣性慣性 n c 點(diǎn)點(diǎn)(n = 0，T 0)， 制動(dòng)結(jié)束。制動(dòng)結(jié)束。 d 4）電源反接制動(dòng)過(guò)程快速停車制動(dòng)過(guò)程制動(dòng)過(guò)程若到若到 c 點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源：點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源：（a）若為反抗性負(fù)載）若為反抗性負(fù)載TLTLOnT1 n02n0 b ac d 若若|Tc|TL|，則反向起動(dòng)，則反向起動(dòng)進(jìn)入進(jìn)入III象限，穩(wěn)定運(yùn)行象限，穩(wěn)定運(yùn)行在在d點(diǎn)，此時(shí)為反向電動(dòng)點(diǎn)，此

4、時(shí)為反向電動(dòng)狀態(tài)狀態(tài)若到若到 c 點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源：點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源：（b）若為位能性負(fù)載）若為位能性負(fù)載TLTLOnT1 n02n0 b ac d 進(jìn)入進(jìn)入III象限，象限，Tem和和TL均為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，均為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)反向起動(dòng)，使電機(jī)反向起動(dòng)，直到進(jìn)入直到進(jìn)入IV象限，象限，穩(wěn)定運(yùn)行在穩(wěn)定運(yùn)行在e點(diǎn)，點(diǎn)，此時(shí)此時(shí)Tem0，ne|-n0|,電機(jī)發(fā)電運(yùn)行電機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，為回饋制動(dòng)狀態(tài)狀態(tài)，為回饋制動(dòng)狀態(tài)e 取決于取決于 Rb 的大小。的大小。 制動(dòng)效果制動(dòng)效果aOnT1n02n0b c 制動(dòng)時(shí)的功率制動(dòng)時(shí)的功率 Pem = 3I22 R2Rb s0 PCu2 = 3(R2Rb ) I2

5、2 = PemPM = Pe|PM|0 PM = (1s ) Pem 三相電能三相電能 電磁功率電磁功率Pem轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機(jī)械功率機(jī)械功率PM定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電阻電阻消耗消耗掉掉On T 1n02b c TLad 制動(dòng)過(guò)程制動(dòng)過(guò)程 定子相序不變，轉(zhuǎn)子定子相序不變，轉(zhuǎn)子 電路串聯(lián)對(duì)稱電阻電路串聯(lián)對(duì)稱電阻 Rb。a 點(diǎn)點(diǎn) b 點(diǎn)點(diǎn)(TbTL)， 慣性慣性 n c 點(diǎn)點(diǎn) ( n = 0，TcTL ) 在在TL 作用下作用下 電機(jī)電機(jī) 反向起動(dòng)反向起動(dòng)d 點(diǎn)點(diǎn)( nd0，Td = TL ) 制動(dòng)運(yùn)制動(dòng)運(yùn) 行狀態(tài)行狀態(tài) 制動(dòng)效果制動(dòng)效果 改變改變 Rb 的大小，的大小， 改變特性改變特性 2 的斜率，的斜率

6、， 改變改變 nd 。3e 低速提低速提 升重物升重物 5）倒拉反轉(zhuǎn)過(guò)程LT 制動(dòng)時(shí)的功率制動(dòng)時(shí)的功率s =n0n n0第第IV象限：象限： 1 (n0)Pem = 3I22R2Rb s0 PCu2 = 3(R2Rb ) I22 = PemPM = Pem|PM|0 PM = (1s ) Pem 定子輸入電功率定子輸入電功率 軸上輸入機(jī)械功率軸上輸入機(jī)械功率 （位能負(fù)載的位能）（位能負(fù)載的位能） 電功率與機(jī)械功率均電功率與機(jī)械功率均 消耗在轉(zhuǎn)子電路中。消耗在轉(zhuǎn)子電路中。倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行與反接制動(dòng)運(yùn)行的異同n功率關(guān)系相同nn與n0反向，s1q倒拉反轉(zhuǎn) n00，n1q電源反接 n00，s1n倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)

7、行時(shí)的負(fù)載向電動(dòng)機(jī)送入機(jī)械功率是靠負(fù)載貯存的位能的減?。欢唇又苿?dòng)是靠電機(jī)慣性。2、回饋制動(dòng) 1）條件： 0nnnsnn000 ,2）功率平衡關(guān)系：（電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行）PemP1PMP0P2轉(zhuǎn)差功率輸入有功功率電磁功率機(jī)械功率軸上輸出功率=風(fēng)摩損耗雜散損耗（含各諧波損耗）回饋IsIm2cufemppsPFep1Cup12EE2I2(1) s Rs2R0fvppp 3）機(jī)械特性：22122211232emRpUsTRfRXXsnTs01回饋制動(dòng)電動(dòng)n0S0T n O f1 f1f1 f11. 調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)（轉(zhuǎn)向不變）調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)（轉(zhuǎn)向不變）TL a b c d T n O Y YY

8、 TL a b c d 4）回饋制動(dòng)的產(chǎn)生2. 位能性負(fù)載拖動(dòng)電機(jī)高于同步轉(zhuǎn)速回饋制動(dòng)位能性負(fù)載拖動(dòng)電機(jī)高于同步轉(zhuǎn)速回饋制動(dòng)（轉(zhuǎn)向不變）（轉(zhuǎn)向不變）如：電車下坡如：電車下坡nTs01回饋制動(dòng)電動(dòng)n0S n0)M 33S1 制動(dòng)前制動(dòng)前 S1 合上，合上，S2 斷開，斷開， 電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)。電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)。 n U S2 Rb3、能耗制動(dòng) 1)條件： 將需制動(dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)斷開交流電源后，立即在定子繞組中通入直流，建立一恒定磁場(chǎng)。 M 33S1 制動(dòng)前制動(dòng)前 S1 合上，合上，S2 斷開，斷開， 電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)。電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)。 制動(dòng)時(shí)制動(dòng)時(shí) S1 斷開，斷開，S2 合上。合上。 定子定子:

9、U IZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: n E2 I2 電機(jī)為制動(dòng)狀態(tài)。電機(jī)為制動(dòng)狀態(tài)。n U S2 RbIZFFT T 3、能耗制動(dòng) 1)條件： 將需制動(dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)斷開交流電源后，立即在定子繞組中通入直流，建立一恒定磁場(chǎng)。 T與與n反向反向2) 能耗制動(dòng)過(guò)程 迅速停車TLOnT12 制動(dòng)過(guò)程制動(dòng)過(guò)程 制動(dòng)前：特性制動(dòng)前：特性 1。 制動(dòng)時(shí)：特性制動(dòng)時(shí)：特性 2。原點(diǎn)原點(diǎn) O (n = 0，T = 0)，a 點(diǎn)點(diǎn) b 點(diǎn)點(diǎn)慣性慣性 ab (T0，制動(dòng)開始，制動(dòng)開始)n制動(dòng)過(guò)程結(jié)束制動(dòng)過(guò)程結(jié)束 制動(dòng)效果制動(dòng)效果 Rb IZ T 制動(dòng)快。制動(dòng)快。 制動(dòng)時(shí)的功率制動(dòng)時(shí)的功率 定子輸入：定子輸入：P1 = 0，軸

10、上輸出：軸上輸出：P2 = T0 。 動(dòng)能動(dòng)能 P2 轉(zhuǎn)子電路的電能轉(zhuǎn)子電路的電能 PCu2消耗掉消耗掉 3)定子等效電流電磁轉(zhuǎn)矩Tem的產(chǎn)生，僅與定子磁動(dòng)勢(shì)的大小以及它與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)?？梢杂萌嘟涣麟娏鳟a(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F等效代替直流磁動(dòng)勢(shì)FZ。等效原則：a）保持磁動(dòng)勢(shì)幅值不變b）保持磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子之間相對(duì)轉(zhuǎn)速不變，為0-n=-n。0nn能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)差率Y接，輸入直流電流IZ，則A相和B相繞組分別產(chǎn)生,ABFF1ABZFFN I合成磁動(dòng)勢(shì)133ZAZFFN I三相繞組中通過(guò)三相交流電流，合成磁動(dòng)勢(shì)F1111322FI NIN定子相電流的有效值定子每相繞組匝數(shù)133ZAZFFN I由F=F

11、Z得11133322ZAZFFN II NF123ZII即定子Y接方式，IZ產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)可以由定子繞組通入大小為 的三相交流電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)等效。123ZII2221222222222cos(90)2sinmmmmIIII IIII I122222222mmmmmEEI ZIXXXIRXX222222sinXRX從相量圖中，由余弦定理得忽略鐵損 4)電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性mI222122222()mmI XIRXX2222221200220233() mememmRRII XPTRXX由前式得到電磁轉(zhuǎn)矩2222221200220233() mememmRRII XPTRXX由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)能

12、耗制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩決定于等效電流I1，并且還是轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子回路電阻R2的函數(shù)。令0emdTd可求得能耗制動(dòng)時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩Tm及對(duì)應(yīng)的臨界相對(duì)轉(zhuǎn)速m22mmRXX2210232()mmmI XTXX機(jī)械特性圖：nTs01能耗制動(dòng)電動(dòng)n0TL0Tmax機(jī)械特性圖：nTs01能耗制動(dòng)電動(dòng)n0TL0Tmax變電阻變勵(lì)磁能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性特點(diǎn)： OnT 因因T 與與 n 方向相反，方向相反， nT 曲線在第二、曲線在第二、 四象限。四象限。 因因 n = 0 時(shí)，時(shí)， T = 0， nT 曲線過(guò)原點(diǎn)。曲線過(guò)原點(diǎn)。 制動(dòng)電流增大時(shí)，制動(dòng)電流增大時(shí)， 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大；制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大； 產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不

13、變。產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。I1 I1 n采用能耗制動(dòng)停車，既要有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又不要使定、轉(zhuǎn)子回路電流過(guò)大而使繞組過(guò)熱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)：0(4 5)ZII0(2 3)ZII222(0.2 0.4)3NsNERRI222NNEIR轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)兩集電環(huán)間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子額定電流轉(zhuǎn)子每相繞組回路電阻2223NNNs ERI01(0.2 0.5)NII5) 能耗制動(dòng)運(yùn)行 下放重物TLOnT12a a 點(diǎn)點(diǎn) b 點(diǎn)點(diǎn) 慣性慣性 (T0，制動(dòng)開始，制動(dòng)開始)b n 原點(diǎn)原點(diǎn) O (n = 0，T = 0)在在TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 c c 點(diǎn)點(diǎn)(T =

14、TL), 制動(dòng)運(yùn)制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)行狀態(tài)以速度以速度 nc 穩(wěn)定下放重物。穩(wěn)定下放重物。 a）若為反抗性負(fù)載）若為反抗性負(fù)載電動(dòng)機(jī)停車電動(dòng)機(jī)停車b）若為位能性負(fù)載）若為位能性負(fù)載三相異步電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行nTs=0s=0反接制動(dòng)反接制動(dòng)電動(dòng)電動(dòng)n0TL快速停車快速停車s=0s=0s1能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)反向電動(dòng)反向電動(dòng)反接制動(dòng)反接制動(dòng)| |倒拉反轉(zhuǎn)倒拉反轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)n例：某起重機(jī)吊鉤由一臺(tái)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，例：某起重機(jī)吊鉤由一臺(tái)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為：電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為：PN=40kW，nN=1464r/min，T=2.2，R2=0.06。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

15、電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的情況是，的情況是，提升重物提升重物TL1=261Nm，下放重物，下放重物TL2=208Nm。n（1）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時(shí)）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時(shí)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nA為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時(shí)轉(zhuǎn)速為為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時(shí)轉(zhuǎn)速為nB=0.25nA，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。n（2）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時(shí)）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時(shí)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nC為工作在負(fù)序電源的固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速，為工作在負(fù)序

16、電源的固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速，低速時(shí)轉(zhuǎn)速低速時(shí)轉(zhuǎn)速nD=-nB，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的特，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說(shuō)明電動(dòng)性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說(shuō)明電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在哪種狀態(tài)。機(jī)運(yùn)行在哪種狀態(tài)。解：首先首先根據(jù)題意畫出該電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性0nTABDC-n0n0TL2TL1A、B為提升重物時(shí)的兩個(gè)工作點(diǎn)C、D為下放重物時(shí)的兩個(gè)工作點(diǎn)其次其次計(jì)算固有機(jī)械特性相關(guān)數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)差率00150014640.0241500NNnnsn固有特性臨界轉(zhuǎn)差率22(1)0.024(2.22.21)0.1mNTTss額定轉(zhuǎn)矩6040()9550261Nm21

17、464NNNPTn（1）提升重物時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩1261LNTT即高速點(diǎn)A點(diǎn)為額定工作點(diǎn)1464 / minANnnr低速點(diǎn)B點(diǎn)0.25366 / minBAnnrB點(diǎn)轉(zhuǎn)差率0015003660.7561500BBnnsn過(guò)B點(diǎn)機(jī)械特性臨界轉(zhuǎn)差率22(1)0.756(2.22.21)3.145mBBTTss低速時(shí)每相串入電阻RsB22mmBsBsRsRR23.145(1)(1)0.061.8270.1mBsBmsRRs（2）下放重物時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩22080.8LNTT負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.8TN，在固有機(jī)械特性上運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率s，20.8TNNmmTTssss得01500281528 / minCnnnr 相應(yīng)轉(zhuǎn)速降落為0.0188()