三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)

1、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)第1頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng) 高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài) 本 章 小 結(jié)本章內(nèi)容第2頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)直接加額定電壓，定子回路不串任何電器元件時(shí)的起動(dòng)。三相異步電機(jī)的起動(dòng)要滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大，以保證生產(chǎn)機(jī)械的正常起動(dòng)。縮小起動(dòng)時(shí)間；起動(dòng)電流要小。以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 第3頁(yè)，共82頁(yè)，2022年

2、，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 由三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的物理表達(dá)式知道，在額定電壓下直接起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。即轉(zhuǎn)差率 S1，主磁通 額定磁通的1/2，功率因數(shù)cos 很小，造成了起動(dòng)電流相當(dāng)大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 并不大的結(jié)果。例如，對(duì)于普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流 （47）IN （ 為起動(dòng)電流倍數(shù)）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TN（0.91.3） 對(duì)于繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T STN 。第4頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 起動(dòng)電流過(guò)大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大。使電網(wǎng)電壓降低，對(duì)電機(jī)前端供電變壓器影響大。使得變壓器輸入電壓幅度下降，

3、超過(guò)了額定值的允許偏差10%或更嚴(yán)重。這樣，一方面影響了異步電機(jī)本身，由于Tst與電壓 U的平方成正比，導(dǎo)致Tst下降更多，當(dāng)重載時(shí)電機(jī)將不能起動(dòng)；另一方面，影響由同一臺(tái)供電變壓器供電的其它負(fù)載，如電燈會(huì)變暗，用電設(shè)備失常，重載的異步電機(jī)可能停轉(zhuǎn)等。 下面兩種情況不能直接啟動(dòng)。變壓器與 電機(jī)容量之比不足夠大。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。第5頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 綜上所述，三相異步電機(jī)直接起動(dòng)的情況只適應(yīng)于供電變壓器容量較大，電動(dòng)機(jī)容量小于 的小容量鼠籠式異步電機(jī)。對(duì)于大容量鼠籠式異步電機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)可采用如下方法：（1）降低定子

4、電壓；（2）加大定子端電阻或電抗；（3）對(duì)于繞線式異步電機(jī)還可以采用加大轉(zhuǎn)子端電阻或電抗的方法。對(duì)于鼠籠式異步電機(jī)，可以結(jié)構(gòu)上采取措施，如增大轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻，改進(jìn)轉(zhuǎn)子槽形。第6頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)為方便起見，列出起動(dòng)電流 和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 的表達(dá)式為 第7頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日總結(jié) 直接起動(dòng)即全壓起動(dòng)。 全壓起動(dòng)條件：1）異步電動(dòng)機(jī)功率低于7.5KW2）：直接起動(dòng)時(shí)的影響：（1）起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的47 倍，甚至達(dá)到812倍。（2）過(guò)大的起動(dòng)電流造成電機(jī)過(guò)熱，影響電動(dòng)機(jī)的壽命。（3）過(guò)大的起動(dòng)

5、電流使電動(dòng)機(jī)受到電動(dòng)力的沖擊，繞組變形可能造成短路而燒毀電動(dòng)機(jī)。（4）過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電網(wǎng)線路電壓降增大，對(duì)同一線路中的其他電器設(shè)備造成影響。第8頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)1.定子串接電抗器或電阻起動(dòng)(1)接線原理圖 三相鼠籠式異步電機(jī)在定子回路中串接電抗器（可改接電阻器，但能耗較大，適用于較小容量電機(jī)）降壓起動(dòng)的接線原理圖如圖所示。三相異步電機(jī)定子串電抗起動(dòng)。即開關(guān)2K接到“起動(dòng)”端，使起動(dòng)時(shí)電抗器接入定子回路；起動(dòng)后，切除電抗器，即開關(guān)2K接到“運(yùn)行”端。圖8. 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的串電抗器起動(dòng)第9頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，

6、5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)(2)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的分析與計(jì)算三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗器X起動(dòng)時(shí)的簡(jiǎn)化等值電路由如圖（a）的直接起動(dòng)變?yōu)閳D（b）。 （a）（b）第10頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng) 式中的短路阻抗 在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)后，電抗器 因此， .且分析中，因誤差不大，則不考慮阻抗角的作用。第11頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 設(shè)串電抗時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電壓與直接啟動(dòng)時(shí)電壓比值為 ，則第12頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 工程實(shí)際中，往往先給定線

7、路允許電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的大小 ，在計(jì)算電抗 X的大小。計(jì)算公式推導(dǎo)如下：第13頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 2. 星形三角形(Y)降壓起動(dòng) 方法：起動(dòng)時(shí)定子繞組接成Y形，運(yùn)行時(shí)定子繞組則接成形，其接線圖如圖示。對(duì)于運(yùn)行時(shí)定子繞組為Y形的籠型異步電動(dòng)機(jī)則不能用Y起動(dòng)方法。 適用于正常運(yùn)行時(shí)接成的電機(jī)，是普通機(jī)床上常用的起動(dòng)方法 起 動(dòng)：Y 正常運(yùn)行： 第14頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日(a) 直接起動(dòng)(形接法) (b) Y-起動(dòng)(Y形接法) 圖8.4 Y起動(dòng)電流分析圖 (a) 直接起動(dòng)(形接法) (b) Y-起

8、動(dòng)(Y形接法) 第15頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日起動(dòng)時(shí) 起動(dòng)時(shí)Y:第16頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) Y起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流 與直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流 的關(guān)系(注：起動(dòng)電流是指線路電流而不是指定子繞組的相電流)： 電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，定子繞組接成形，如圖8.4(a)所示，每相繞組所加電壓大小為U1=UN，即為線電壓，每相繞組的相電流為 ，則電源輸入的線電流為Is= 。第17頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) Y形起動(dòng)時(shí)每相繞組所加電壓為 ，電流 則 所以 可見

9、，Y起動(dòng)時(shí)，對(duì)供電變壓器造成沖擊的起動(dòng)電流是直接起動(dòng)時(shí)的1/3。 第18頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日即 直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ，Y起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ，則 Y起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是直接起動(dòng)時(shí)的1/3。 Y起動(dòng)比定子串電抗器起動(dòng)性能要好，可用于拖動(dòng)TL 的輕載起動(dòng)。(a) 直接起動(dòng)(形接法) (b) Y-起動(dòng)(Y形接法) 第19頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 Y起動(dòng)方法簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，因此在輕載起動(dòng)條件下，應(yīng)優(yōu)先采用。我國(guó)采用Y起動(dòng)方法的電動(dòng)機(jī)額定電壓都是380V，繞組是接法。 第20頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2

10、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 3. 自耦變壓器(起動(dòng)補(bǔ)償器)起動(dòng) 方法：自耦變壓器也稱起動(dòng)補(bǔ)償器。起動(dòng)時(shí)電源接自耦變壓器原邊，副邊接電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)結(jié)束后電源直接加到電動(dòng)機(jī)上。 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)的接線如圖8.5所示，其起動(dòng)的一相線路如圖8.6所示。 圖8.5 自耦變壓器降壓起動(dòng)接線圖 第21頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 設(shè)自耦變壓器變比為 1，則直接起動(dòng)時(shí)定子繞組的電壓UN、電流Is與降壓起動(dòng)時(shí)承受的電壓電流關(guān)系為 圖8.6 自耦變壓器降壓起動(dòng)的一相線路 第22頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8

11、.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 而起動(dòng)電流是指電網(wǎng)供給線路的電流，即自耦變壓器原邊電流 ，與副邊起動(dòng)時(shí)電流 關(guān)系為 。因此，降壓起動(dòng)電流 與直接起動(dòng)電流 關(guān)系為 (K1)第23頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 而自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩Ts與直接起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩Ts的關(guān)系為 即 (K1) 可見，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都降K2倍。自耦變壓器一般有23組抽頭，其電壓可以分別為原邊電壓U1的80%、65%或55%、64%、73%。 該種方法對(duì)定子繞組采用Y形或形接法的電機(jī)都可以使用，缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，投資較貴。 第24頁(yè)，共82頁(yè)

12、，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日主要性能指標(biāo)起動(dòng)方法起動(dòng)電壓比值起動(dòng)電流比值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值起動(dòng)設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合直接起動(dòng)111最簡(jiǎn)單電機(jī)容量小于7.5 定子串電抗起動(dòng)一般任意容量，輕載起動(dòng)起動(dòng)簡(jiǎn)單正常運(yùn)行為形，電機(jī)可頻繁起動(dòng)自耦變壓器較復(fù)雜較大容量電機(jī)，較大負(fù)載不頻繁起動(dòng)延邊三角形起動(dòng)0.660.50.5簡(jiǎn)單專門設(shè)計(jì)的電機(jī)，較大負(fù)載可頻繁起動(dòng)uuu1/31/3u2u2u2表8.1 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法的比較第25頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日軟起動(dòng)方法采用電子軟起動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)：（1）限流或恒流起動(dòng)（2）斜坡電壓軟起動(dòng)（3）轉(zhuǎn)矩控制軟起動(dòng)。（4）

13、轉(zhuǎn)矩加脈沖突變控制（5）電壓控制第26頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日例：一臺(tái)三相鼠龍異步電機(jī) ， 接， ， ， ， ，啟動(dòng)電流倍數(shù) ，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ，過(guò)載倍數(shù) 。供電變壓器要求啟動(dòng)電流=150A，負(fù)載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為73.5N.m。請(qǐng)選擇一個(gè)合適的降壓?jiǎn)?dòng)方法，寫出必要的計(jì)算數(shù)據(jù)。（若采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，抽頭有55%、64%、73%三種，需要算出用哪個(gè)抽頭；若采用定子邊串接電抗啟動(dòng)，需要算出電抗的具體數(shù)值；能用啟動(dòng)方法時(shí)，不用其他方法。）解：電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩正常啟動(dòng)要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不小于Tst1,第27頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日(1)校核是否能采用

14、 啟動(dòng)方法： 啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流為 啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ，故不能采用 啟動(dòng)。(2)校核是否能采用串電抗啟動(dòng)方法：限定的最大啟動(dòng)電流Is1=150A,則串電抗啟動(dòng)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ，故不能采用串電抗降壓?jiǎn)?dòng)。第28頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日(3)校核是否能采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方法：抽頭為55%時(shí)啟動(dòng)電流與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為故不能采用。 抽頭為64%時(shí)，啟動(dòng)電流與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為可以64%的抽頭。 抽頭為73%時(shí)，啟動(dòng)電流為 ，不能采用，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不必計(jì)算。第29頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日1. 轉(zhuǎn)子電阻值較大的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子電阻大，則直接啟

15、動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩也大，但同時(shí)額定轉(zhuǎn)差率較大，運(yùn)行段機(jī)械特性較軟。圖8.8中的機(jī)械特性。 （1）一般澆注式的采用鋁或鋁合金； （2）一般焊接式的鼠籠式采用紫銅或黃銅。8.3高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)第30頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日2. 深槽式鼠籠異步電動(dòng)機(jī) 深槽式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽型深而窄，其深度與寬度之比約為10-20.電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條有電流通過(guò)，其槽漏磁通分布如圖8.9所示，底部漏磁通比槽口的多，所以底部漏電抗大，槽口部分漏電抗小。當(dāng)頻率較高時(shí)交流電流集中到導(dǎo)條槽口容易出現(xiàn)集膚效應(yīng)或趨表效應(yīng)。第31頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15

16、分，星期日剛啟動(dòng)時(shí)，集膚效應(yīng)使導(dǎo)條內(nèi)電流比較集中在槽口，相當(dāng)于減少了導(dǎo)條的有效截面積，使轉(zhuǎn)子電阻增大。隨著轉(zhuǎn)速n的升高，集膚效應(yīng)逐漸減弱，轉(zhuǎn)子電阻逐漸減少，直到正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)變回到正常運(yùn)行值。 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子頻率也很低，轉(zhuǎn)子漏抗很小，因此在電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子電流主要有電阻決定。這樣，轉(zhuǎn)子電流在導(dǎo)條內(nèi)的分布均勻，集膚效應(yīng)不明顯。第32頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日h/d=1020利用“集膚效應(yīng)”原理 起動(dòng)時(shí)：f2=f1X2大，槽底電流?。ú鄣茁╇娍勾螅╇娏骷杏诓劭谮叡硇?yīng)導(dǎo)線面積sR2 正常運(yùn)行： nf2=sf1X2小，電流基本均勻分布趨

17、表效應(yīng) sR2 第33頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.10 雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)(a) 轉(zhuǎn)子槽與槽漏磁通；(b)機(jī)械特性3. 雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī) 雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)比普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子漏電抗大，功率因數(shù)稍低，效率差不多。 其轉(zhuǎn)子上裝有兩套并聯(lián)的鼠籠。外籠導(dǎo)條截面積小，由黃銅制成，電阻較大；內(nèi)籠條導(dǎo)條截面積大，用紫銅制成，電阻較小。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，外籠電抗小，電流大，起主要作用，外籠又稱為啟動(dòng)籠。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，導(dǎo)條內(nèi)有交流電流通過(guò)，電流的分配主要決定于電阻，內(nèi)籠電抗大、電流小，此時(shí)起主要作用，內(nèi)籠又稱為運(yùn)行籠。第34頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5

18、月20日，0點(diǎn)15分，星期日外籠：起動(dòng)籠，電阻大黃銅或 鋁青銅內(nèi)籠：運(yùn)行籠，電阻小紫銅起動(dòng)時(shí)：f2=f1，內(nèi)籠漏抗大，電流集中在上籠Ist小，Tst大運(yùn)行時(shí)：f2=13Hz，漏抗遠(yuǎn)比電阻小，電流大部分從電阻較小的下籠流過(guò)。 轉(zhuǎn)子漏抗大，cos和過(guò)載能力小，制造相對(duì)工藝復(fù)雜。用于對(duì)Tst要求高的場(chǎng)合。第35頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路中可以外串三相對(duì)稱電阻，以增大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)結(jié)束后可以切除外串電阻，電動(dòng)機(jī)的效率不受影響。它可用在重載和頻繁啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械上。8.4繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 一、轉(zhuǎn)子回路串接頻敏電阻器起動(dòng) 圖8.

19、11 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng) 對(duì)于單純限制啟動(dòng)電流、增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的繞線式異步電機(jī)，可采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)。頻敏變阻器是由三相鐵芯線圈組成，每一相的等效電路與變壓器空載運(yùn)行的等效電路一致。 接觸器觸點(diǎn)K斷開時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器啟動(dòng)。啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，接觸器觸點(diǎn)K再閉合，切除頻敏變阻器，電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。第36頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日與一般變壓器勵(lì)磁阻抗不完全相同，勵(lì)磁阻抗由勵(lì)磁電阻與勵(lì)磁電抗串聯(lián)組成，用 表示。主要表現(xiàn) 在以下兩點(diǎn)： （1）頻率為50Hz的電流通過(guò)時(shí)，阻抗 比一般變壓器勵(lì)磁阻抗小得多。這樣串在轉(zhuǎn)子回路中，即限制了啟動(dòng)電流，又不

20、至于使啟動(dòng)電流過(guò)小而減少啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 （2）頻率為50Hz的電流通過(guò)時(shí)， 。因頻敏變阻器中磁密取得較高，鐵芯處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大，因此勵(lì)磁電抗較小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高。這樣，轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)提高了。第37頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日頻敏變阻器在啟動(dòng)過(guò)程中始終保持較大電磁轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)結(jié)束后，轉(zhuǎn)子回路電流頻率很低， 很小，近似為零，頻敏變阻器自動(dòng)不起作用。這時(shí)，可閉合接觸器觸點(diǎn)K來(lái)切除頻敏變阻器。圖8.12 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的機(jī)械特性1-固有機(jī)械特性 2-人為特性第38頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日頻敏變阻器：三相鐵心線圈RadIst，Tst，希隨n

21、Rad自動(dòng)減小起動(dòng)：f2=f1pFe大 Rm大nSf2pFeRm自動(dòng)、無(wú)級(jí)地減小電阻正常運(yùn)行：Rm很小R1RmXm第39頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.4 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 2、轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng) 為使整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中盡量保持較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，繞線式異步電動(dòng)機(jī)看采用逐級(jí)切除轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻的分級(jí)啟動(dòng)。起動(dòng)接線圖和特性曲線如圖8.13所示。圖8.13 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng) (1) 接觸器觸點(diǎn)K1、K2、K3全斷開，電動(dòng)機(jī)定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相串入全部電阻 ，電動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng)。啟動(dòng)點(diǎn)為機(jī)械特性曲線3上的a點(diǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TTL (負(fù)載轉(zhuǎn)矩)電動(dòng)機(jī)加速到b

22、點(diǎn)時(shí)，T=T2TL，為了加速起動(dòng)過(guò)程，接觸器K3閉合，切除起動(dòng)電阻R3，特性變?yōu)榍€1，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時(shí)不變，工作點(diǎn)水平過(guò)渡到c點(diǎn)，使該點(diǎn)T=T1。 (3) 因Ts1TL，轉(zhuǎn)速沿曲線1繼續(xù)上升，到d點(diǎn)時(shí)K2閉合，R2被切除，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從d轉(zhuǎn)變到特性曲線1上的e點(diǎn)。依次類推，直到切除全部電阻，電動(dòng)機(jī)便沿著固有特性曲線3加速，經(jīng)h點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行于j點(diǎn)(T=TL)。 第41頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日1. 轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng) 第42頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.4 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) （2）起動(dòng)電阻的計(jì)算 起動(dòng)電阻的計(jì)算有兩種

23、方法：作圖法和解析法。下面僅對(duì)解析法進(jìn)行分析。為簡(jiǎn)化計(jì)算，機(jī)械特性采用實(shí)用表達(dá)式簡(jiǎn)化后的近似表達(dá)式為 根據(jù)轉(zhuǎn)子回路串電阻后的機(jī)械特性和近似表達(dá)式，在線性段有下列兩個(gè)結(jié)論：第43頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.4 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 1)在同一條機(jī)械特性上，若 和 為常數(shù)時(shí)，則2)轉(zhuǎn)子回路串電阻后，對(duì)不同電阻值的機(jī)械特性，若Tm 為常數(shù)，當(dāng) s為常數(shù)時(shí)，有 下面根據(jù)以上兩個(gè)比例關(guān)系推導(dǎo)啟動(dòng)電阻的計(jì)算方法。第44頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日在不同串電阻機(jī)械特性上，根據(jù)s=常數(shù)， ，則有 , , 令 ，為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比，則啟動(dòng)時(shí)各級(jí)電阻則為

24、（8-9）第45頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日當(dāng)T=T1時(shí)，如圖8.13所示，可以得到 ， 在固有機(jī)械特性上，根據(jù) ，則有 ，或 ，把上兩式代入（8-9）中的最后一式，得到 故有 （8-13）第46頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日（8-13）或者把上兩式代入（8-9）中的最后一式，得到于是得 ，即 （8-14）第47頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日起動(dòng)電阻的計(jì)算步驟有兩種情況：（1）已知起動(dòng)級(jí)數(shù) m時(shí)，計(jì)算步驟如下：1) 先按T10.85Tm,選取T1,在由式 計(jì)算值；2) 校核是否T2=T1/a=(1.1-1.2)TL

25、,不合適則需選取較大的T1，甚至增加啟動(dòng)級(jí)數(shù)m，并重新計(jì)算a，再校核T2，直至T2大小合適為止；3)先計(jì)算 ，在計(jì)算各級(jí)電阻。第48頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日（2）若起動(dòng)級(jí)數(shù) 未知時(shí)，則按下方法計(jì)算 值。1)根據(jù)T10.85 Tm和 T2 （1.11.2）TL，計(jì)算a=T1/T2和2)并對(duì)取相鄰的最大整數(shù)；然后再根據(jù)取值的m,修正，再校核T2(或T1)，直至合適為止；3)按式上面式子計(jì)算各級(jí)電阻。第49頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日例：一臺(tái)三相鼠龍異步電機(jī) ， ， ， ， ，啟動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，求轉(zhuǎn)子串電阻三級(jí)啟動(dòng)的啟動(dòng)電阻。解：額定轉(zhuǎn)差率

26、轉(zhuǎn)子每相電阻最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比校核切換轉(zhuǎn)矩T2,有第50頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日各級(jí)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路總電阻各級(jí)啟動(dòng)時(shí)外串啟動(dòng)電阻第51頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài) 交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在拖動(dòng)各種不同負(fù)載的條件下，若改變異步電動(dòng)機(jī)電源電壓的大小、相序及頻率，或者改變繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路所串電阻等參數(shù)，三相異步電動(dòng)機(jī)就會(huì)運(yùn)行在四個(gè)象限的各種不同狀態(tài)。 若電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向一致時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)；若電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。 制動(dòng)狀態(tài)中，根據(jù)T與n的不同情

27、況，又分為回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、倒拉制動(dòng)及能耗制動(dòng)等。第52頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日一. 電動(dòng)運(yùn)行 圖8.15所示為三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)在第一象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)為正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)在第三象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)為反向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。1）. 電動(dòng)運(yùn)行第53頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài) 2）、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖8

28、.14是利用控制開關(guān)SA來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)的原理線路圖。 當(dāng)SA向上合閘時(shí)，L1接U相，L2接V相，L3接W相，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 當(dāng)SA向下合閘時(shí)，L2接U相，L1接V相，L3接W相，即將電動(dòng)機(jī)任意兩相繞組與電源接線互調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，電動(dòng)機(jī)跟著反轉(zhuǎn)。 圖8.14 異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)原理線路圖 第54頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)除了上述電動(dòng)狀態(tài)外，在下述情況運(yùn)行時(shí)，則屬于電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)。 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為位能轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備中(例如起重機(jī)下放重物時(shí)，運(yùn)輸工具在下坡運(yùn)行時(shí))，使設(shè)備保持一定的運(yùn)行速度；在機(jī)械設(shè)備需要減速或停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)能

29、實(shí)現(xiàn)減速和停止的情況下，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行屬于制動(dòng)狀態(tài)。 第55頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有下列兩類：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。 機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)有好幾種形式，應(yīng)用較普遍的是電磁抱閘，它主要用于起重機(jī)械上吊重物時(shí)，使重物迅速而又準(zhǔn)確地停留在某一位置上。 電氣制動(dòng)是使異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。電氣制動(dòng)通?？煞譃槟芎闹苿?dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng) (再生制動(dòng)) 等3類。 第56頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行

30、狀態(tài) 1能耗制動(dòng)基本原理方法：將運(yùn)行著的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上，如圖8.20所示，用斷開K1，閉合K2來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖8.20 能耗制動(dòng)原理圖 二、能耗制動(dòng) 第57頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日8.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)定子繞組通入直流電源時(shí)，在電動(dòng)機(jī)中將產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子因機(jī)械慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割恒定磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，轉(zhuǎn)子電流和恒定磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)右手定則可以判電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)n=0時(shí)，T=0，制動(dòng)過(guò)程結(jié)

31、束。這種方法是將轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽脑谵D(zhuǎn)子回路的電阻上，所以稱能耗制動(dòng)。 二、能耗制動(dòng) 第58頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程中，電磁轉(zhuǎn)矩T的產(chǎn)生，僅與定子磁通勢(shì)的大小以及它與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。至于定子磁通勢(shì)相對(duì)于定子本身是旋轉(zhuǎn)的還是靜止的無(wú)關(guān)。因此，分析能耗制動(dòng)可以用三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 等效代替直流磁通勢(shì) 。 等效條件如下： （1）保持磁通勢(shì)幅值不變，即 ； （2）保持磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子之間相對(duì)轉(zhuǎn)速不變，為0-n=-n.第59頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日2定子等效電流 異步電動(dòng)機(jī)定子通入直流電流

32、產(chǎn)生磁通勢(shì) ，其幅值的大小與定子繞組的接法及通入直流電流的大小有關(guān)。合成磁通勢(shì) 的大小為把 等效為三相交流電流產(chǎn)生的，每相交流電流的有效值大小為I1,則交流磁通勢(shì)為等效原則是第60頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.16 定子通入直流時(shí)的磁通勢(shì)由此得上式結(jié)果說(shuō)明，對(duì)于8.16所示的定子星型連接方式， 產(chǎn)生的磁通勢(shì)可以用定子繞組通入大小為 的三相交流電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)等效。第61頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.17 能耗制動(dòng)時(shí)的等效電路3轉(zhuǎn)差率及等效電流磁通勢(shì) 與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為（-n), 的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為n1=60f1/p，能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)差率用

33、 表示，則為轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的等效與頻率為 把轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到定子邊后，三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的等效電路如圖8.17所示。第62頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日4能耗制動(dòng)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)時(shí)，忽略電機(jī)鐵耗。根據(jù)等效電路畫出電動(dòng)機(jī)定子電流 、勵(lì)磁電流 及轉(zhuǎn)子電流 之間的相量關(guān)系如圖8.18所示。圖8.18 能耗制動(dòng)時(shí)的電流關(guān)系忽略電機(jī)鐵耗，則有還有第63頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日4能耗制動(dòng)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩為整理得第64頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.19 能耗制動(dòng)機(jī)械特性

34、第65頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.20 能耗制動(dòng)1-固有機(jī)械特性 2-能耗制動(dòng)機(jī)械特性 三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)，采用能耗制動(dòng)停車，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)如圖8.20所示，從A-B-O，最后準(zhǔn)確停在n=0處。若拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則需要在制動(dòng)到n=0時(shí)及時(shí)切斷直流電源，才能保證準(zhǔn)確停車。 能耗制動(dòng)停車過(guò)程，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于第二象限的機(jī)械特性上。對(duì)于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動(dòng)機(jī)減速到n=0后，接著便反轉(zhuǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行于第四象限。此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩0，而轉(zhuǎn)速1的反接制動(dòng)過(guò)程中，若轉(zhuǎn)子回路總電阻折合值為 ，機(jī)械功率為 即負(fù)載向電動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入機(jī)械功率。顯然，負(fù)載提供機(jī)械功

35、率是靠轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能。從定子到轉(zhuǎn)子的電磁功率為 轉(zhuǎn)子回路銅損耗第72頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日 因此，轉(zhuǎn)子回路中消耗了從電源輸入的電磁功率及由負(fù)載送入的機(jī)械功率數(shù)值很大。為此必須在轉(zhuǎn)子回路串入較大的電阻，以減小電流 ，保護(hù)電機(jī)過(guò)熱損壞。 從轉(zhuǎn)子回路串定子反接轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械特性看出，為了使整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中都保持比較大的電磁轉(zhuǎn)矩，可采用轉(zhuǎn)子回路串入大電阻并分級(jí)切除的分級(jí)制動(dòng)方式。第73頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.22 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的機(jī)械特性1-固有機(jī)械特性 2-負(fù)序電源、轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機(jī)械特性與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)停車一

36、樣，三相異步電機(jī)反接制動(dòng)停車比能耗制動(dòng)停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，經(jīng)常采用反接制動(dòng)停車接著反向啟動(dòng)，就是為了迅速改變轉(zhuǎn)向，提高效率。第74頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日制動(dòng)電阻r 的計(jì)算公式為 式中 對(duì)應(yīng)固有機(jī)械特性曲線的臨界轉(zhuǎn)差率， ； 轉(zhuǎn)子串電阻后機(jī)械特性的臨界轉(zhuǎn)率， s制動(dòng)瞬間電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； 過(guò)載倍數(shù)， 。 第75頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日四、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行 方法：當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載時(shí)，在其轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻。其機(jī)械特性如圖8.23所示。 在其轉(zhuǎn)子回路串入的大電阻超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，電機(jī)還要反

37、轉(zhuǎn)，運(yùn)行于第四象限。它的轉(zhuǎn)差率s1，電磁功率PM0，機(jī)械功率Pm0，轉(zhuǎn)子回路總銅耗 。但是，倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)負(fù)載向電機(jī)送入機(jī)械功率是靠著負(fù)載儲(chǔ)存的位能的減少。這種運(yùn)行狀態(tài)與直流電機(jī)倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行的情況一致，也是位能性負(fù)載到過(guò)來(lái) 拉著電機(jī)反轉(zhuǎn)。 第76頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)15分，星期日?qǐng)D8.22 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行1-固有機(jī)械特性 2-轉(zhuǎn)子回路串較大電阻的人為機(jī)械特性當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，其工作點(diǎn)為曲線1上的a點(diǎn)。如果在轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻，機(jī)械特性變?yōu)樾甭屎艽蟮那€2，因機(jī)械慣性，工作點(diǎn)由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，因此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速至n=0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在位能負(fù)載的作用下，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才穩(wěn)定運(yùn)行于c點(diǎn)。因這是由于重物倒拉引起的，所以稱為倒拉反接制動(dòng)(或稱倒拉