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

異步電機(jī)拖動——制動和四象限運(yùn)行-反接、能耗、回饋制動和四象限運(yùn)行第一頁，共48頁。nTs=0電動n0TLs=0s>1反向電動第二頁，共48頁。電動狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩，即Tem與n同向正向電動運(yùn)行I象限反向電動運(yùn)行III象限制動狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩為阻力矩，即Tem與n反向有無正、反向制動運(yùn)行呢？第三頁，共48頁。1、反接制動2、回饋制動3、能耗制動三相異步電動機(jī)的制動的方法第四頁，共48頁。1、反接制動1)條件：轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向與定子磁場旋轉(zhuǎn)方向相反：n與n0方向相反。轉(zhuǎn)差率：第五頁，共48頁。3~M3~3~M3~Rb制動前的電路制動時的電路第六頁，共48頁。2)功率平衡關(guān)系：電動機(jī)輸入功率為：

反接制動時，電動機(jī)既從軸上吸入機(jī)械功率，也從電網(wǎng)輸入電功率，并全部消耗在轉(zhuǎn)子繞組電阻中。因此轉(zhuǎn)子回路必須串入大電阻，減小I2。第七頁，共48頁。3）機(jī)械特性電源反接制動nTs=0反接制動電動n0TLn0'快速停車s=0s>1第八頁，共48頁。倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反向反接制動）繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻（位能轉(zhuǎn)矩）nTs01電動n0反接TLTLT重載低速下放反接制動（繞線轉(zhuǎn)子）TNSNSL1s>1第九頁，共48頁。

反接制動的產(chǎn)生兩個條件：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

第十頁，共48頁。－TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。制動時：定子相序改變，n0變向。OnT1n02－n0

b

s=－n0

－n－n0=n0＋nn0即：s＞1(第II象限)。同時：E2s、I2反向，Tem反向。ac

a點(diǎn)b點(diǎn)(T＜0，制動開始)慣性n↓c點(diǎn)(n=0，T≠0)，制動結(jié)束。d

4）電源反接制動過程——快速停車①制動過程第十一頁，共48頁。若到

c點(diǎn)時，若未切斷電源：（a）若為反抗性負(fù)載－TLTLOnT1n02－n0

b

ac

d

若|Tc|>|TL|，則反向起動進(jìn)入III象限，穩(wěn)定運(yùn)行在d點(diǎn)，此時為反向電動狀態(tài)第十二頁，共48頁。若到

c點(diǎn)時，若未切斷電源：（b）若為位能性負(fù)載－TLTLOnT1n02－n0

b

ac

d

進(jìn)入III象限，Tem和TL均為拖動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)反向起動，直到進(jìn)入IV象限，穩(wěn)定運(yùn)行在e點(diǎn)，此時Tem>0，ne<0,且|ne|>|-n0|,電機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，為回饋制動狀態(tài)e

第十三頁，共48頁。取決于Rb的大小。②

制動效果aOnT1n02－n0b

c

③制動時的功率

Pem=3I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=3(R2'＋Rb')

I2'2=Pem－PM=Pe＋|PM|＜0PM

=(1－s)Pem三相電能電磁功率Pem轉(zhuǎn)子機(jī)械功率PM定子轉(zhuǎn)子電阻消耗掉第十四頁，共48頁。OnT1n02b

c

TLad

①制動過程

定子相序不變，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻Rb。a點(diǎn)b點(diǎn)(Tb＜TL)，慣性n↓c點(diǎn)(n=0，Tc＜TL)在TL作用下電機(jī)反向起動d點(diǎn)(

nd＜0，Td

=TL)制動運(yùn)行狀態(tài)②制動效果

改變Rb的大小，改變特性2的斜率，

改變nd。3e

低速提升重物5）倒拉反轉(zhuǎn)過程LT第十五頁，共48頁。③制動時的功率s=n0－n

n0第IV象限：＞1(n＜0)Pem=3I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=3(R2'＋Rb')

I2'2=Pem－PM=Pem＋|PM|＜0PM=(1－s)Pem——定子輸入電功率

——軸上輸入機(jī)械功率（位能負(fù)載的位能）——電功率與機(jī)械功率均消耗在轉(zhuǎn)子電路中。第十六頁，共48頁。倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行與反接制動運(yùn)行的異同功率關(guān)系相同n與n0反向，s>1倒拉反轉(zhuǎn)n0>0，n<0，s>1電源反接n0<0，n>0，s>1倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行時的負(fù)載向電動機(jī)送入機(jī)械功率是靠負(fù)載貯存的位能的減小；而反接制動是靠電機(jī)慣性。第十七頁，共48頁。2、回饋制動

1）條件：

第十八頁，共48頁。2）功率平衡關(guān)系：（電動機(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Is·Im·＋－第十九頁，共48頁。3）機(jī)械特性：nTs01回饋制動電動n0S<0第二十頁，共48頁。T

n

O

f1'f1"f1'＞

f1"1.調(diào)速過程中的回饋制動（轉(zhuǎn)向不變）TL

a

b

c

d

T

n

O

Y

YY

TL

a

b

c

d

4）回饋制動的產(chǎn)生第二十一頁，共48頁。2.位能性負(fù)載拖動電機(jī)高于同步轉(zhuǎn)速回饋制動（轉(zhuǎn)向不變）如：電車下坡nTs01回饋制動電動n0S<0TLT’L第二十二頁，共48頁。O

n

T

TL

n0－n0

3.下放位能負(fù)載時的回饋制動（轉(zhuǎn)向改變）

G

RbT

3~

M3~

T

n

TL

b

a

c

正向電動

反接制動

d

n

回饋制動

反向電動

e

第二十三頁，共48頁。制動效果Rb

→下放速度

。※為了避免危險的高速，一般不串聯(lián)

Rb。O

n

T

TL

n0－n0

第二十四頁，共48頁。＜0(n＜-n0)

＜0

——發(fā)出電功率，向電源回饋電能。＜0

——軸上輸入機(jī)械功率(位能負(fù)載的位能)。

PCu2=Pem－PM|Pem

|=|PM|－PCu2

——機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能(減去轉(zhuǎn)子銅損耗等)。5）反饋制動時的功率s=－n0－n－n0=n0＋n

n0第IV象限：Pem=3I2'2R2'＋Rb'sPM=(1－s)Pems=n0－nn0第II象限：＜0(n>n0)第二十五頁，共48頁。M3~3~S1

制動前

S1合上，S2斷開，電機(jī)為電動狀態(tài)。n

＋U－S2

Rb3、能耗制動1)條件：

將需制動的三相異步電動機(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。

第二十六頁，共48頁。M3~3~S1

制動前

S1合上，S2斷開，電機(jī)為電動狀態(tài)。

制動時

S1斷開，S2合上。定子:U→IZ→Φ

轉(zhuǎn)子:n→E2→

I2電機(jī)為制動狀態(tài)。n

＋U－S2

RbIZ×ΦFFTT

3、能耗制動1)條件：

將需制動的三相異步電動機(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。

T與n反向第二十七頁，共48頁。2)能耗制動過程——迅速停車TLOnT12①制動過程

制動前：特性1。制動時：特性2。原點(diǎn)O(n=0，T=0)，a點(diǎn)b點(diǎn)慣性ab

(T＜0，制動開始)n↓制動過程結(jié)束②制動效果

Rb

→IZ

→Φ

→T

→制動快。

③制動時的功率

定子輸入：P1

=0，軸上輸出：P2=TΩ＜0。

動能P2→

轉(zhuǎn)子電路的電能→

PCu2消耗掉第二十八頁，共48頁。3)定子等效電流電磁轉(zhuǎn)矩Tem的產(chǎn)生，僅與定子磁動勢的大小以及它與轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動有關(guān)?？梢杂萌嘟涣麟娏鳟a(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢F~等效代替直流磁動勢FZ。等效原則：a）保持磁動勢幅值不變b）保持磁動勢與轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速不變，為0-n=-n。能耗制動轉(zhuǎn)差率第二十九頁，共48頁。①Y接，輸入直流電流IZ，則A相和B相繞組分別產(chǎn)生合成磁動勢②三相繞組中通過三相交流電流，合成磁動勢F~第三十頁，共48頁。③由F~=FZ得即定子Y接方式，IZ產(chǎn)生的磁動勢可以由定子繞組通入大小為的三相交流電流產(chǎn)生的磁動勢等效。第三十一頁，共48頁。從相量圖中，由余弦定理得忽略鐵損4)電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性第三十二頁，共48頁。由前式得到電磁轉(zhuǎn)矩第三十三頁，共48頁。由上式可知，異步電動機(jī)能耗制動時的轉(zhuǎn)矩決定于等效電流I1，并且還是轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速ν與轉(zhuǎn)子回路電阻R2’的函數(shù)。令可求得能耗制動時的最大轉(zhuǎn)矩Tm及對應(yīng)的臨界相對轉(zhuǎn)速νm第三十四頁，共48頁。機(jī)械特性圖：nTs01能耗制動電動n0TL0Tmax第三十五頁，共48頁。機(jī)械特性圖：第三十六頁，共48頁。能耗制動時的機(jī)械特性特點(diǎn)：

OnT①因T與n方向相反，n－T曲線在第二、四象限。

②因n=0時，T=0，

n－T曲線過原點(diǎn)。

③制動電流增大時，制動轉(zhuǎn)矩也增大；產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。I1"

I1'

＜第三十七頁，共48頁。采用能耗制動停車，既要有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又不要使定、轉(zhuǎn)子回路電流過大而使繞組過熱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：對鼠籠式異步電動機(jī)：對繞線式異步電動機(jī)：第三十八頁，共48頁。5)能耗制動運(yùn)行——下放重物TLOnT12aa點(diǎn)b點(diǎn)

慣性(T＜0，制動開始)b

n↓原點(diǎn)O(n=0，T=0)在TL作用下n反向增加c

c點(diǎn)(T=TL),制動運(yùn)行狀態(tài)以速度nc

穩(wěn)定下放重物。

a）若為反抗性負(fù)載電動機(jī)停車b）若為位能性負(fù)載第三十九頁，共48頁。三相異步電動機(jī)四象限運(yùn)行第四十頁，共48頁。nTs=0反接制動電動n0TL快速停車s=0s>1能耗制動回饋制動反向電動反接制動|倒拉反轉(zhuǎn)能耗制動第四十一頁，共48頁。第四十二頁，共48頁。例：某起重機(jī)吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機(jī)拖動，電動機(jī)額定數(shù)據(jù)為：PN=40kW，nN=1464r/min，λT=2.2，R2=0.06Ω。電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的情況是，提升重物TL1=261Nm，下放重物TL