起重機(jī)電氣控制第四章.

1、第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s之間存在一定之間存在一定關(guān)系：關(guān)系：n=(1-s)n0 ，異步電動機(jī)的機(jī)械特性用，異步電動機(jī)的機(jī)械特性用曲線曲線表表示時，習(xí)慣上縱坐標(biāo)同時表示轉(zhuǎn)速示時，習(xí)慣上縱坐標(biāo)同時表示轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)差率s ，橫，橫坐標(biāo)表示電磁轉(zhuǎn)矩坐標(biāo)表示電磁轉(zhuǎn)矩 T 。但三相異步電動機(jī)的機(jī)械特。但三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性性表達(dá)式表達(dá)式則一般不用則一般不用n=f（T）或或 s=f（T）的形式，的形式，而用而用T=f（s）表示。表示。 電動機(jī)的機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)速電動機(jī)的機(jī)械特性是指

2、轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系之間的關(guān)系n=f（T）。電動機(jī)作為一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的）。電動機(jī)作為一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的設(shè)備，最重要的就是電動機(jī)的機(jī)械特性。設(shè)備，最重要的就是電動機(jī)的機(jī)械特性。OTnnsTmaxTstTNnNTNTstTmaxTssm1O(a) T=f(s)曲線 (b) n=f(T)曲線nssm1幾個基本概念幾個基本概念異步電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速異步電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速-同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速60sfnpp異步電機(jī)的磁極對數(shù)異步電機(jī)的磁極對數(shù)f電源的頻率電源的頻率60(1)(1)sfnnssps轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率ssnnns異步電機(jī)轉(zhuǎn)速異步電機(jī)轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)速速一、機(jī)械特性

3、的物理表達(dá)式一、機(jī)械特性的物理表達(dá)式mTjcosICT22 三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式為為：式中式中：CTj轉(zhuǎn)矩系數(shù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)(常數(shù)常數(shù)) m每極磁通每極磁通(U1不變時近似為常數(shù)不變時近似為常數(shù)) 22222222XsRRcoscos 222222X)s/R(EI 均為均為 s 的函數(shù)的函數(shù)。 U1不不變時變時 近似為常近似為常數(shù)數(shù)。另。另R2、X2為常數(shù)為常數(shù)。12EE 則上式可表征為則上式可表征為 T=f(s)T=f(s) ，即，即機(jī)械特性機(jī)械特性。從分析轉(zhuǎn)子相電流及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)從分析轉(zhuǎn)子相電流及轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率 之間的關(guān)系，間接之間的關(guān)系，間接地找出電

4、磁轉(zhuǎn)矩地找出電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率 s之間變化規(guī)律。之間變化規(guī)律。 a.作曲線：作曲線：和和 分別如圖。分別如圖。 b.兩條曲線逐點(diǎn)相乘，并乘兩條曲線逐點(diǎn)相乘，并乘以常數(shù)以常數(shù) ，據(jù)此可得機(jī)，據(jù)此可得機(jī)械特性械特性 。 c.縱坐標(biāo)改為縱坐標(biāo)改為n(s=0處處n=ns；s=1處處n=0)，得，得 。)s(fcos 2)s(fI 2mTjC )s(fT )n(fT 機(jī)械特性方程為一個二次機(jī)械特性方程為一個二次方程，則轉(zhuǎn)矩方程，則轉(zhuǎn)矩T必有一最大必有一最大值值Tm ，稱為稱為最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩。對對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 sm稱為稱為臨界轉(zhuǎn)差臨界轉(zhuǎn)差率率 。令令dT/ds = 0，得：，得：2212

5、12)XX(RRsm 對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩值：對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩值： 221211211)(2XXRRUmTsm 式中，“”號適用于電動機(jī)狀態(tài)，“”號適用于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。異步電動機(jī)的機(jī)械特性具有對稱性，即發(fā)電機(jī)狀態(tài)和電動機(jī)狀態(tài)的最大轉(zhuǎn)矩絕對值及對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率可認(rèn)為近似相等。 mXXRs212 )(221211XXUmTsm 忽略忽略R1的影響，上式可簡化為：的影響，上式可簡化為： 當(dāng)電源的頻率及電機(jī)的參數(shù)不變時，當(dāng)電源的頻率及電機(jī)的參數(shù)不變時，Tm與與定子繞組相電壓定子繞組相電壓U1的平方成正比的平方成正比。sm不變，與不變，與U1無關(guān)無關(guān)。 當(dāng)電源的頻率、電壓不變時，當(dāng)電源的頻率、電壓不變時，Tm和和

6、Sm近似與近似與 成反成反比。比。(頻率越高，最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越小頻率越高，最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越小) ) Tm與與R2無關(guān)無關(guān)，而，而Sm則與則與R2成正比成正比。(R(R2 2為轉(zhuǎn)子回路總電阻為轉(zhuǎn)子回路總電阻) )機(jī)械特性的定性分析：機(jī)械特性的定性分析：XX21 異步電機(jī)異步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行問題穩(wěn)定運(yùn)行問題恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載風(fēng)機(jī)類負(fù)載風(fēng)機(jī)類負(fù)載sn0nNsNnmsm10TNTstTABCDTm機(jī)械特性可分為兩部分：機(jī)械特性可分為兩部分：a.a.T TT TN N，S SS SN N部分部分( (圖中圖中DBDB段段) ) ：近似為直線，任：近似為直線，任何負(fù)載均可穩(wěn)定

7、運(yùn)行。稱何負(fù)載均可穩(wěn)定運(yùn)行。稱為為工作部分工作部分( (穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)) )。b.b.S SS SN N部分部分( (圖中圖中ABAB段段) ) ：對風(fēng)機(jī)類負(fù)載可穩(wěn)定運(yùn)行。對風(fēng)機(jī)類負(fù)載可穩(wěn)定運(yùn)行。而對恒功率、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載而對恒功率、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能穩(wěn)定運(yùn)行。有時稱為不能穩(wěn)定運(yùn)行。有時稱為非工作部分非工作部分( (非穩(wěn)定運(yùn)行非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)區(qū)) ) 。二、異步電機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性二、異步電機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性1、固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 三相異步電動機(jī)工作在三相異步電動機(jī)工作在額定頻率、額定相數(shù)、額定電壓額定頻率、額定相數(shù)、額定電壓下，下，定子繞組定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結(jié)

8、按規(guī)定的接線方式聯(lián)結(jié)(Y或或)，定子及轉(zhuǎn)子回路，定子及轉(zhuǎn)子回路不不外接任何阻抗或電器元件外接任何阻抗或電器元件的條件下的機(jī)械特性稱為的條件下的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械固有機(jī)械特性特性。起動點(diǎn)起動點(diǎn)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)額定工作點(diǎn)額定工作點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性2、人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 人為地改變電動機(jī)的某些參數(shù)或電源參數(shù)而得到的機(jī)械特性，人為地改變電動機(jī)的某些參數(shù)或電源參數(shù)而得到的機(jī)械特性，稱為稱為人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性。 任意改變一個電動機(jī)參數(shù)：任意改變一個電動機(jī)參數(shù)：m1、P1、R1、R2、X1、X2或改或改變一個電

9、源參數(shù)：變一個電源參數(shù)：U1、f1，其機(jī)械特性都將發(fā)生改變。，其機(jī)械特性都將發(fā)生改變。 人為機(jī)械特性的目的是為了獲得所需的拖動性能。由參數(shù)表人為機(jī)械特性的目的是為了獲得所需的拖動性能。由參數(shù)表達(dá)式達(dá)式 可知：可知：2212212211)()/(/XXsRRsRUmTs (增大R2) 繞線型電機(jī)繞線型電機(jī) Tm、ns不變不變，與，與R2無關(guān)無關(guān)。 sm與與R2+R成正比增大成正比增大，Tst先隨先隨R2+R增大。當(dāng)增大。當(dāng)Tst=Tm時，時，Tst有最大值有最大值，如，如R再增大再增大，Tst隨隨R增大而減小增大而減小。 其特性直線其特性直線部分與直流電部分與直流電機(jī)電樞串電阻機(jī)電樞串電阻特性相

10、似，可特性相似，可用于電機(jī)調(diào)速、用于電機(jī)調(diào)速、起動等。起動等。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻三、三相異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)三、三相異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)1、電動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 電機(jī)有兩大運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動狀態(tài)和制動狀態(tài)。取決于電機(jī)有兩大運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動狀態(tài)和制動狀態(tài)。取決于電機(jī)運(yùn)行時電機(jī)運(yùn)行時T T、n n的關(guān)系的關(guān)系。特點(diǎn)：特點(diǎn)： T、n同向。同向。即即T、n真實(shí)方向相同，按正負(fù)判定慣例真實(shí)方向相同，按正負(fù)判定慣例，則，則T、n同號。同號。在機(jī)械特性圖中，曲線位于在機(jī)械特性圖中，曲線位于、象限象限。能量關(guān)系：電機(jī)由電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出。能量關(guān)系：電機(jī)由電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)換為機(jī)械

11、能輸出。2、制動、制動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)特點(diǎn)：特點(diǎn)： T、n反向反向。即即T、n真實(shí)方向相反，按正負(fù)判定慣例，則真實(shí)方向相反，按正負(fù)判定慣例，則T、n異號異號。在機(jī)械特性圖中，曲線位于在機(jī)械特性圖中，曲線位于、象限象限。能量關(guān)系：電機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，轉(zhuǎn)換為電能輸出能量關(guān)系：電機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，轉(zhuǎn)換為電能輸出(回饋回饋) ，或消耗于轉(zhuǎn)子回路中；也可由電網(wǎng)吸收電能，也消耗于轉(zhuǎn)子或消耗于轉(zhuǎn)子回路中；也可由電網(wǎng)吸收電能，也消耗于轉(zhuǎn)子回路中?；芈分?。 制動運(yùn)行狀態(tài)中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分制動運(yùn)行狀態(tài)中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：為：回饋制動回饋制動、反接制動反接制動及能耗制動等。

12、及能耗制動等。制動運(yùn)行制動運(yùn)行反向電動運(yùn)行反向電動運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行電動運(yùn)行電動運(yùn)行制動運(yùn)行制動運(yùn)行回饋制動運(yùn)行回饋制動運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行回饋制動運(yùn)行回饋制動運(yùn)行(1)(1)、回饋制動狀態(tài)、回饋制動狀態(tài)0 s特點(diǎn)：特點(diǎn)： ， 即為回饋制動。即為回饋制動。snn 特性曲線位于特性曲線位于、象限象限。 T、n反向，即反向，即制動制動。 nns，s0，即回饋即回饋。將一部將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并回饋電源電能并回饋電源(發(fā)電發(fā)電)。 電動機(jī)運(yùn)行在第電動機(jī)運(yùn)行在第II象限，如象限，如圖圖 中的中的A點(diǎn)，點(diǎn)， n0，T0，可稱為正向回饋制動運(yùn)行?？煞Q為正向回饋制動運(yùn)行。 當(dāng)異步電動機(jī)拖

13、動位能性恒當(dāng)異步電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動機(jī)運(yùn)行于第轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動機(jī)運(yùn)行于第IV象限，如圖象限，如圖 中的中的B點(diǎn)，點(diǎn)，T0， n0，稱為反向回饋制動運(yùn)行。，稱為反向回饋制動運(yùn)行。 對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，不論對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，不論、象限，象限，回饋制動均可穩(wěn)定運(yùn)行?；仞佒苿泳煞€(wěn)定運(yùn)行。 如在轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，轉(zhuǎn)速絕如在轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，轉(zhuǎn)速絕對值加大，如圖中的對值加大，如圖中的C點(diǎn)；串入電阻點(diǎn)；串入電阻值越大，轉(zhuǎn)速絕對值越高。值越大，轉(zhuǎn)速絕對值越高。一般回一般回饋制動不串電阻饋制動不串電阻。 回饋制動適用于起重機(jī)高速下放重回饋制動適用于起重機(jī)高速下放重物。物。 回饋制動時仍須接入電網(wǎng)?；仞佒苿?/p>

14、時仍須接入電網(wǎng)。(2)(2)、反接制動狀態(tài)、反接制動狀態(tài)1 s特點(diǎn)：特點(diǎn)：n與與ns反向反向， 。特性曲線位于特性曲線位于、象限象限。 反接制動可分為反接制動可分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動轉(zhuǎn)速反向的反接制動和和兩相反兩相反接的反接制動接的反接制動兩種。兩種。(a) 、轉(zhuǎn)速反向的反接制動轉(zhuǎn)速反向的反接制動(倒拉反轉(zhuǎn)) 拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行的三相拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行的三相繞線式異步電動機(jī)繞線式異步電動機(jī)，若在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)若在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入一定值的電阻串入一定值的電阻，電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以降低。，電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以降低。如果所串的電阻超過某一數(shù)值后，如果所串的電阻超過某一數(shù)值后，TstI U KI1KI2KV

15、KAKAKVKI1KI2SASA012012 弱磁保護(hù)一般由串入電動機(jī)勵磁回路的欠電流繼電器來弱磁保護(hù)一般由串入電動機(jī)勵磁回路的欠電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 五、弱磁和失磁保護(hù)五、弱磁和失磁保護(hù)例例(1)(1)-運(yùn)料小車的控制運(yùn)料小車的控制設(shè)計(jì)一個運(yùn)料小車控制電路，同時滿足以下要求：設(shè)計(jì)一個運(yùn)料小車控制電路，同時滿足以下要求： 1. 小車啟動后，前進(jìn)到小車啟動后，前進(jìn)到A地。然后做以下往復(fù)運(yùn)動：地。然后做以下往復(fù)運(yùn)動： 到到A地后停地后停2分鐘等待裝料，然后自動走向分鐘等待裝料，然后自動走向B。 到到B地后停地后停2分鐘等待卸料，然后自動走向分鐘等待卸料，然后自動走向A。 2. 有過載和短路

16、保護(hù)。有過載和短路保護(hù)。 3. 小車可停在任意位置。小車可停在任意位置。 正程正程逆程逆程電機(jī)電機(jī)BA運(yùn)料小車控制電路運(yùn)料小車控制電路M3A BCKM1FUQ SFRKM2SQ1 、SQ2 為為A、B 兩端的限位開關(guān)兩端的限位開關(guān) KT1 、KT2 為為 兩個時間繼電器兩個時間繼電器 主回路主回路KM1FRKM2SB2SB1KM1SQ1SQ1KT1SQ2KT2KM2KM2KM1SQ2KT1KT2SB3動作過程動作過程SB2KM2小車正向運(yùn)行小車正向運(yùn)行至至A端端撞撞SQ1 KT1 延時延時2分鐘分鐘KM2 小車小車反向運(yùn)行反向運(yùn)行至至B端端撞撞SQ2 KT2 延時延時2分鐘分鐘KM2 小車正小

17、車正向運(yùn)行向運(yùn)行如此往如此往反運(yùn)行。反運(yùn)行。KM1KM1FRKM2SB2SB1SQ1SQ1KT1SQ2KT2KM2KM2KM1SQ2KT1KT2SB3例例(2) -工作臺位置控制工作臺位置控制起動后工作臺控制要求：起動后工作臺控制要求： (1) 運(yùn)動部件運(yùn)動部件A從從1到到2 (2)運(yùn)動部件運(yùn)動部件B從從3到到4(3)運(yùn)動部件運(yùn)動部件A從從2回到回到1(4)運(yùn)動部件運(yùn)動部件B從從4回到回到3自動循環(huán)自動循環(huán)BM2AM1SQ3SQ4SQ2SQ11234工作臺位置工作臺位置控制電路控制電路(1)根據(jù)動作順序根據(jù)動作順序 設(shè)計(jì)控制電路。設(shè)計(jì)控制電路。(2)檢查有無互鎖。檢查有無互鎖。(3)檢查能否正確檢查能否正確 啟動啟動