三相異步電動機(jī)的電力拖動

1、三相異步電動機(jī)的電力拖動第1頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日5.1三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性一、物理表達(dá)式5.1.1 三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式二、參數(shù)表達(dá)式 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率之間存在一定的關(guān)系，所以異步電動機(jī)的機(jī)械特性通常用 表示。表明：三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通 與轉(zhuǎn)子電流的有功分量 相互作用產(chǎn)生的。 說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（1、f1）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（R、X、m、p）和運(yùn)行參數(shù)（s）有關(guān)。第2頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性 曲線第3頁，

2、共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日在特性曲線上有兩個最大轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，可令 求得: 最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為過載能力:2、 越大， 越大； 與 無關(guān)。1、 與 成正比； 與 無關(guān)。3、 和 都近似與漏抗成反比第4頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日在特性曲線上還有一個起動轉(zhuǎn)矩，即 時的轉(zhuǎn)矩: 結(jié)論：當(dāng)其它參數(shù)一定時1、起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越??；漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越?。?、繞線式電動機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩先增后減。4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)第5頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日

3、三、實用表達(dá)式 工程上常根據(jù)電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力來求出實用表達(dá)式。方法是：將Tm和sm代入即可得到機(jī)械特性方程式。利用電磁轉(zhuǎn)矩除以最大電磁轉(zhuǎn)矩可得電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達(dá)式：第6頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是指電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉(zhuǎn)子電路不外接阻抗時的機(jī)械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem幾個特殊點：ABCD1.起動點A:2.最大轉(zhuǎn)矩點B:3.額定運(yùn)行點C4.同步運(yùn)行點D第7頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日二、人為機(jī)械

4、特性人為機(jī)械特性是指人為改變電源參數(shù)或電動機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。1. 降壓時的人為機(jī)械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后, 和 均下降, 但 不變, 和 減少。 如果電機(jī)在定額負(fù)載下運(yùn)行, 下降后, 下降, 增大, 轉(zhuǎn)子電流因 增大而增大,導(dǎo)致電機(jī)過載。長期欠壓過載運(yùn)行將使電機(jī)過熱，減少使用壽命。第8頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日2. 轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻時的人為機(jī)械特性串電阻后, 、 不變， 增大。在一定范圍內(nèi)增加電阻，可以增加 。當(dāng) 時 ，若再增加電阻， 減小。 串電阻后，機(jī)械特性線性段斜率變大，特性變軟。

5、除了上述特性外，還有改變電源頻率、極對數(shù)等人為機(jī)械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs第9頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日5.2三相異步電動機(jī)的起動 起動指電動機(jī)接通電源后由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程.對電動機(jī)的起動性能要求二：起動電流小,起動轉(zhuǎn)矩不大。1.起動電流大的原因 起動時, ,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢大,使轉(zhuǎn)子電流大,根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系,定子電流必然增大.2.起動轉(zhuǎn)矩不大的原因從下述公式分析 起動時, ,遠(yuǎn)大于運(yùn)行時的 ,轉(zhuǎn)子漏抗 很大, 很低,盡管 很大,但 并不大. 由于起動電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應(yīng)電動勢減小,對應(yīng)的

6、氣隙磁通減小.由上述兩個原因使得起動轉(zhuǎn)矩不大.第10頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 三相籠型異步電動機(jī)的起動一、直接起動可以直接起動的條件：起動電流倍數(shù)二、降壓起動適用于正常運(yùn)行時定子繞組為三角形接線的電動機(jī)。起動時 Y接；運(yùn)行時接。起動電流關(guān)系:Y- 降壓起動多用于空載或輕載起動1.Y- 降壓起動起動轉(zhuǎn)矩關(guān)系:第11頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日2.自耦變壓器降壓起動直接起動時的起動電流：降壓后二次側(cè)起動電流：變壓器一次側(cè)電流：電網(wǎng)提供的起動電流減小倍數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩減小的倍數(shù)：自耦變壓器一般有三個分接頭可供選用。第12頁，共34頁，2022年

7、，5月20日，0點16分，星期日 三相繞線型異步電動機(jī)的起動一、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動 在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮?既能限制起動電流，又能增大起動轉(zhuǎn)矩。 為了有較大的起動轉(zhuǎn)矩、使起動過程平滑，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級對稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸切除起動電阻。第13頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 電動機(jī)由a點開始起動，經(jīng)bcdef gh，完成起動過程。起動過程第14頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。 起動時，S2斷開，轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機(jī)通電開始起動。起動時, ,頻敏變阻器鐵損

8、大,反映鐵損耗的等效電阻 大,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入一個較大電阻。隨著 上升, 減小,鐵損減少,等效電阻 減小,相當(dāng)于逐漸切除 ,起動結(jié)束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉(zhuǎn)子電路直接短路。 第15頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日5.3三相異步電動機(jī)的制動 能耗制動實現(xiàn)：制動時，S1斷開,電機(jī)脫離電網(wǎng)，同時S2閉合,在定子繞組中通入直流勵磁電流。 直流勵磁電流產(chǎn)生一個恒定的磁場，因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割恒定磁場，導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢和電流。感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)，轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時，感應(yīng)電動勢和電流為零，制動過程結(jié)束。 制動過程中，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟?/p>

9、在轉(zhuǎn)子回路電阻上能耗制動。第16頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日nTemA0n1C1B23 對籠型異步電動機(jī),可以增大直流勵磁電流來增大初始制動轉(zhuǎn)矩 。 對繞線型異步電動機(jī),可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來增大初始制動轉(zhuǎn)矩 。制動電阻大?。旱?7頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日一、電源兩相反接的反接制動 反接制動實現(xiàn)：將電動機(jī)電源兩相反接可實現(xiàn)反接制動。機(jī)械特性由曲線1變?yōu)榍€2，工作點由AB C，n=0,制動過程結(jié)束。繞線式電動機(jī)在定子兩反接同時,可在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)制動電阻來限制制動電流和增大制動轉(zhuǎn)矩 ,曲線3。第18頁，共34頁，2022年，5月20日，

10、0點16分，星期日二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動條件: 適用于繞線式異步電動機(jī)帶位能性負(fù)載情況。實現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當(dāng)大電阻RB。電機(jī)工作點由AB C，n=0，制動過程開始，電機(jī)反轉(zhuǎn)子，直到D點。在第四象限才是制動狀態(tài)。由于電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，n1。第19頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日反接制動時，s1，所以有機(jī)械功率為電磁功率為機(jī)械功率為負(fù)，說明電機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率；電磁功率為正說明電機(jī)從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。而表明，軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，所反接制動的能量損耗較大。第20頁，共34頁，2022年

11、，5月20日，0點16分，星期日 回饋制動實現(xiàn)：電動機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使nn1. 回饋制動狀態(tài)實際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。一、下放重物時的回饋制動 首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點由A到B。經(jīng)過反接制動過程（由B到C）、反向加速過程（C到-n1變化），最后在位能負(fù)載作用下反向加速并超過同步速，直到C點保持穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點。第21頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日二、變極或變頻調(diào)速過程中的回饋制動電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點。電機(jī)工作點由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)， ，電機(jī)處

12、于回饋制動狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進(jìn)行調(diào)速時，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。第22頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日5.4三相異步電動機(jī)的調(diào)速由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電動機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對數(shù) 調(diào)速。（2）改變電源頻率 調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率 調(diào)速。第23頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 變極調(diào)速一、變極原理變極調(diào)速只用于籠型電動機(jī)。以4極變2極為例：U相兩個線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場：反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場：第24頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分

13、，星期日二、三種常用變極接線方式Y(jié)反并YY，2p-pY反串Y，2p-pYY，2p-p注意：當(dāng)改變定子繞組接線時，必須同時改變定子繞組的相序第25頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日三、變極調(diào)速時容許輸出 容許輸出時是指保持電流為額定值條件下，調(diào)速前、后電動機(jī)軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。1. Y-YY聯(lián)結(jié)方式Y(jié)-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即 ，保持每一繞組電流為 ,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為 可見，Y-YY聯(lián)結(jié)方式時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。第26頁，共34頁，2022年，5月20日，

14、0點16分，星期日2. -YY聯(lián)結(jié)方式-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即 ，保持每一繞組電流為 ,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為 可見，-YY聯(lián)結(jié)方式時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉(zhuǎn)矩近似減少一半，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。 同理可以分析，正串Y-反串Y聯(lián)結(jié)方式的變極調(diào)速屬恒功率調(diào)速。第27頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日四、變極調(diào)速時的機(jī)械特性1. Y-YY聯(lián)結(jié)方式2. -YY聯(lián)結(jié)方式 變極調(diào)速時,轉(zhuǎn)速幾乎是成倍變化的,調(diào)速的平滑性較差,但具有較硬的機(jī)械特性,穩(wěn)定性好, 可用于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.第28頁，共34頁，20

15、22年，5月20日，0點16分，星期日 變頻調(diào)速一、電壓隨頻率調(diào)節(jié)的規(guī)律 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f1正比，連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，可以平滑地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是， 頻率改變將影響磁路的飽和程度、勵磁電流、功率因數(shù)、鐵損及過載能力的大小。為了保持變頻率前、后過載能力不變，要求下式成立：第29頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日1、恒轉(zhuǎn)矩變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的主磁通和過載能力不變。對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2、恒功率變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的過載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。對恒功率負(fù)載得第30頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日

16、二、頻率調(diào)速時電動機(jī)的機(jī)械特性變頻調(diào)速時電動機(jī)的機(jī)械特性可用下列各式表示最大轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩臨界點轉(zhuǎn)速降在基頻以下調(diào)速時,保持 ,即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 在基頻以上調(diào)速時,電壓只能 ，迫使主磁通與頻率成反比降低，近似為恒功率調(diào)速。第31頁，共34頁，2022年，5月20日，0點16分，星期日 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一、繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接對稱電阻時的機(jī)械特性為 從機(jī)械特性看，轉(zhuǎn)子串電阻時，同步速和最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大。當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而減小。設(shè) 、 、 是轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻 前的量， 、 、 是串聯(lián)電阻后的量， 則轉(zhuǎn)子串接的電阻為：第32頁，共3