模塊三異步電機(jī)

1、模塊三異步電機(jī)第1頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 三相異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動(dòng)和調(diào)速性能差。交流異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第2頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第一單元三相異步電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)第3頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第4頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四下面是它主要部件的拆分圖。 右圖是一臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的外形圖。第5頁(yè)，

2、共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、定子部分定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成導(dǎo)磁部分。定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)導(dǎo)電部分。機(jī)座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。二、轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組： 1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個(gè)多相對(duì)稱短路繞組。2）繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對(duì)稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。三、氣隙定、轉(zhuǎn)子之間的空氣隙轉(zhuǎn)軸及軸承：支撐轉(zhuǎn)子第6頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第7頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，

3、星期四第8頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四定子三相繞組的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，一般有6個(gè)出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于機(jī)座外部的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（Y）或三角形（），如圖所示。也可將6個(gè)出線端接入控制電路中實(shí)現(xiàn)星形與三角形的換接。第9頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第10頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖第11頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第12頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線型異步電

4、動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)第13頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四如使磁極以n1的速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就會(huì)切割磁力線而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，導(dǎo)體中就有電流流通。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以n的速度旋轉(zhuǎn)起來。（nn1.1.下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)Tem+Tem第47頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)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)。 在下放開始時(shí)，|n|n1|，電磁轉(zhuǎn)矩改變方向成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而限制了轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，直到D點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行，勻速下放重物

5、。在這個(gè)過程中，電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能變?yōu)殡娔芑仞佀徒o電網(wǎng)回饋制動(dòng)。為了限制下放速度，轉(zhuǎn)子回路串入的電阻值不應(yīng)太大，或不串電阻第48頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2.變極或變頻調(diào)速過程中的回饋制動(dòng)電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。電機(jī)工作點(diǎn)由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)， ，電機(jī)處于回饋制動(dòng)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(shí)，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。 回饋制動(dòng)經(jīng)濟(jì)性能好，但只有特定狀態(tài)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，且只能限制轉(zhuǎn)速，不能制停。第49頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電

6、動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對(duì)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50頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四一、 變極調(diào)速1. 變極原理變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。以4極變2極為例：U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場(chǎng)（2p=4）第51頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場(chǎng)（2p=2） 可見，變極原理就是： 使定子每相的一半繞組中的電流改變方向，就可改變極對(duì)數(shù)第52頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2. 三種常用變極接線方式Y(jié)反并YY，2p-p

7、Y反串Y，2p-pYY，2p-p注意：當(dāng)改變定子繞組接線時(shí)，必須同時(shí)改變定子繞組的相序，以保證電機(jī)轉(zhuǎn)向不變第53頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四3. 變極調(diào)速時(shí)容許輸出 容許輸出時(shí)是指保持電流為額定值條件下，調(diào)速前、后電動(dòng)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(shí)，電動(dòng)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54頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 （2

8、）-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(shí)，電動(dòng)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55頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四4. 變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性Y-YY聯(lián)結(jié)方式-YY聯(lián)結(jié)方式 變極調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速成倍變化，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, 既可用于恒功率負(fù)載又可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以對(duì)于不需要無級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、

9、通風(fēng)機(jī)、升降機(jī)等都采用多速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。第56頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四二、變頻調(diào)速 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是單一調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的惡化。因此，為了使電動(dòng)機(jī)能保持較好的運(yùn)行性能，要求在調(diào)節(jié)頻率f1的同時(shí) ，改變定子電壓U1。 所以要實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，必須有能夠同時(shí)改變電壓和頻率的供電電源。 隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，所以目前變頻調(diào)速得到了廣泛的應(yīng)用。第57頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星

10、期四 變頻器本身價(jià)格較貴， 但它可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較平滑的無極調(diào)速， 且具有硬的機(jī)械特性， 是一種較理想的調(diào)速方法。第58頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四變頻調(diào)速的特點(diǎn)1)機(jī)械特性基本平行，屬硬特性，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。2) 運(yùn)行時(shí)s小，轉(zhuǎn)差功率損耗小，效率高。3)可以連續(xù)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：具有良好的調(diào)速性能。缺點(diǎn)：需一套性能優(yōu)良變頻電源。應(yīng)用：冶金，化工，機(jī)械制造業(yè)，采礦等。第59頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四三、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1. 繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速 繞線電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接對(duì)稱電阻時(shí)的機(jī)械特性 從機(jī)械特性

11、看，轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)，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(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而減小。第60頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2. 繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 同頻率的附加電動(dòng)勢(shì) 。通過改變 的幅值和相位，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就是串級(jí)調(diào)速。第61頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 改變電動(dòng)機(jī)的電壓時(shí)，機(jī)械特性為3. 調(diào)壓調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，它最適用于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的負(fù)載，如風(fēng)機(jī)類負(fù)載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，最不適用恒功率負(fù)載。第62頁(yè)，共71頁(yè)，202

12、2年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四4. 電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī) 是由電磁滑差離合器與異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的一種無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)第63頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù)1變頻調(diào)速原理 過去傳統(tǒng)的調(diào)速方式是由晶閘管直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)所組成，但直流電動(dòng)機(jī)本身存在一些固有的缺點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)造價(jià)高、維護(hù)工作量大；受使用環(huán)境制約條件多；最高速度和容量都有一定限制等。交流調(diào)速系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、節(jié)能、高精度和響應(yīng)快速等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、交通運(yùn)輸、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 交流電動(dòng)機(jī)分為同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)又分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。

13、對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為： n = 60 f / p式中, p為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；f為電動(dòng)機(jī)的定子電源頻率。 而對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為： n = 60 f（1 - s）/ p式中, s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。 從上式可以看出，改變極對(duì)數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和電源頻率f都可以進(jìn)行調(diào)速。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)來說，運(yùn)行中改變極對(duì)數(shù)p會(huì)引起失步；對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來說，改變極對(duì)數(shù)p是有級(jí)調(diào)速。改變轉(zhuǎn)差率s大部分是耗能調(diào)速，唯有改變電源頻率調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)較為理想的調(diào)速方式。 第64頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù) 但是只改變電源頻率并不能使交流電動(dòng)機(jī)得到經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)行，原因是異步電動(dòng)

14、機(jī)是鐵磁結(jié)構(gòu)。對(duì)于任何具有鐵磁結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備，只有使它的磁通保持為額定值，才能使鐵磁材料得到充分利用，對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，有如下的關(guān)系式： U E = 4.44 f N KW 式中, U為定子相電壓；E為定子電動(dòng)勢(shì)；f為定子電源頻率；N為定子每相繞組的匝數(shù)；KW為繞組系數(shù)；為異步電動(dòng)機(jī)的每極氣隙磁通。 在變頻調(diào)速時(shí)，為了得到所需的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)的鐵磁材料得到充分利用，應(yīng)盡可能地使氣隙磁通恒定為額定磁通。由上式可知，為保持氣隙磁通近似不變，在調(diào)節(jié)定子電源頻率f時(shí)必須同時(shí)改變定子電壓U ，即Uf = 常數(shù)。為此，用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的變頻器實(shí)際上都是變壓變頻器，即VVVF。由于電動(dòng)機(jī)的電壓不能超

15、過額定電壓，因此，在基頻以上調(diào)頻時(shí)，電壓U只能保持在額定電壓，當(dāng)電壓U一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通由隨著頻率f的升高成比例下降，類似直流電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速，因此，基頻以上的調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。 第65頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù) 2變頻器的主電路結(jié)構(gòu)及工作原理 變頻器的主電路分為兩種交交變頻交直交變頻下面以應(yīng)用較多的交直交變頻主電路為例加以說明。變頻器的主電路是從整流到逆變的整個(gè)功率電路，如圖所示。第66頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù)第67頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技

16、術(shù)工頻電源由R、S、T端輸入，從U、V、W端逆變輸出，各部分的結(jié)構(gòu)和工作原理說明如下：（1）整流及濾波電路 圖中VD1VD6為6只整流二極管，將三相工頻交流電全波整流為直流電；C1、C2為濾波電容，將整流后的直流電進(jìn)行濾波；R2、R3為均壓電阻，使兩只電容上的電壓相等；開關(guān)S和電阻R1在電路剛通電時(shí)起保護(hù)作用。電源剛接通時(shí)，由于電容C1、C2兩端的初始電壓為零，相當(dāng)于短路，而兩電容的容量又很大，瞬間將有一個(gè)很大的充電電流流過整流二極管，有可能造成二極管過流損壞。為了控制這一起始沖擊電流，在電路中串一限流電阻R1 ，當(dāng)電路剛接通時(shí)，開關(guān)S斷開，由R1限流給電容充電。當(dāng)電容上電壓上升到正常值時(shí)，由

17、計(jì)算機(jī)控制開關(guān)S閉合，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。R4、HL為主電路通電指示，主電路通電后，HL發(fā)光。第68頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù)（2）逆變電路由VT1 VT6組成三相逆變橋，逆變器件是絕緣柵雙極晶體管（1GBT）。三相逆變橋由計(jì)算機(jī)控制將直流電逆變?yōu)槿郤PWM波，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作。 VD7 VDl2為6只續(xù)流二極管。續(xù)流二極管的功能如下： 由于電動(dòng)機(jī)是一種感性負(fù)載，工作時(shí)其無功電流返回直流電源需要VD7 VDl2提供通路。 降速時(shí)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，VD7 VDl2為再生電流提供返回直流的通路。 逆變時(shí)VD1 VD6快速高頻率地交替切換，同一橋臂的兩管交替工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，在切換的過程中，也需要給線路的分布電感提供釋放能量的通路。第69頁(yè)，共71頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四交流變頻控制技術(shù)（3）制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元有時(shí)變頻器停止了輸出，但由于電動(dòng)機(jī)的慣性或者是重物下放，會(huì)使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)向變頻器回饋能量，回饋電流通過VD7 VDl2這6只續(xù)流二極管給電容C1、C2充電，這時(shí)電容上的電壓在工頻整流電壓的基礎(chǔ)上上升。此時(shí)如果不設(shè)法將電容上多余的電壓釋放，電容就會(huì)因過載而損壞，電動(dòng)機(jī)也因發(fā)出的電能得不到消耗而不能制動(dòng)。 圖7.29所示中的VT7和電阻R5組成制動(dòng)回路，R5稱為制