第三章三相異步電動機的機械特性起動制動

第三章三相異步電動機的機械特性起動制動第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四物理表達式的幾點討論：1.三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T是由主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的2.T和氣隙磁通以及轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比；（因為轉(zhuǎn)子電流滯后于轉(zhuǎn)子電勢，在氣隙磁場同一極性下面的各轉(zhuǎn)子有效導體中，電流方向不完全相同）第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四T,磁通，轉(zhuǎn)子電流的有功分量三者之間的關(guān)系：左手定則；n=f(I2)曲線曲線n=f(T)曲線第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四物理表達式的局限性：用于物理分析異步電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)矩和氣隙磁通及轉(zhuǎn)子電流有功分量之間的關(guān)系，但不能和具體的參數(shù)聯(lián)系起來。不利于定量地分析問題需要參數(shù)表達式第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四異步電動機的機械特性二、參數(shù)表達式可得則得第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四由于異步電動機的電磁功率為分子分母同乘以（1-s），即得由異步電動機的近似等效電路得異步電動機的機械特性參數(shù)表達式：第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四1.幾個狀態(tài)2.4個特殊點三相異步電動機的固有機械特性第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四臨界轉(zhuǎn)差率

使，即可求得最大轉(zhuǎn)矩由于起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四三、實用表達式忽略

R1

得機械特性的實用表達式：第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性一、固有機械特性固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電抗或電容）時所獲得的機械特性曲線。三相異步電動機的固有機械特性1）起始點A；2）額定工作點B；3）同步轉(zhuǎn)速點H；4）最大轉(zhuǎn)矩點P和P′。第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四二、人為機械特性三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性（一）降低降低后電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續(xù)運行，最終溫升將超過允許值，導致電動機壽命縮短，甚至燒壞。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性（二）轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動，也可用于調(diào)速。第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻與串聯(lián)對稱電抗時相同，定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動。第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四例題3－1第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四一.異步電動機的起動指標1.起動的要求：起動電流要小，以減小對電網(wǎng)的沖擊起動轉(zhuǎn)矩要大，以加速起動過程，縮短起動時間2.異步電動機的實際起動情況：（1）轉(zhuǎn)子電路的電阻降低很多，起動電流顯著增加，增加的起動電流還會使電機磁路飽和，使漏抗減小，這又會使電流進一步增大?；\形異步電動機起動電流達額定電流的4～7倍，某些型號甚至可達8～12倍第二節(jié)三相籠形異步電動機的起動第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四過大的起動電流會造成：電動機發(fā)熱，影響電動機壽命；過大的起動電流還會使電網(wǎng)產(chǎn)生過大的電壓降落，影響接在電網(wǎng)上的其他設備的正常運行。（2）起動電流大，但是異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩并不大；因為功率因數(shù)小起動轉(zhuǎn)矩小則會對需滿載起動的機械造成困難。第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四3.要改善異步電動機的起動性能，關(guān)鍵在于設法限制起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩。4.把異步電動機起動分成4種情況：（1）小容量電動機輕載起動（2）中大容量電動機輕載起動（3）小容量電動機重載起動（4）中大容量電動機重載起動第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四一般規(guī)定，異步電動機的功率小于7.5kW時允許直接起動。如果功率大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求者，電動機也可允許直接起動。一.直接起動－－小容量電動機輕載起動≤如果不能滿足要求，則必須采用減壓起動的方法。第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四還要考慮其他一些因素：起動是否頻繁供電線路的距離同一臺變壓器其他用戶的要求第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四輕載：對起動轉(zhuǎn)矩要求并不高，此時的主要矛盾是電流；降低起動電流的方法，主要靠降低電壓；由于籠形異步電動機的轉(zhuǎn)子本身不可能外接任何阻抗，那么只能在定子電路采取措施。二.減壓起動－－大中容量電動機輕載起動異步電動機的機械特性參數(shù)表達式：第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四減壓起動減小起動電流的同時，也減小了起動轉(zhuǎn)矩；所以，只能用于對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。若忽略勵磁電流，則：降低每相繞組電壓的措施：（1）定子繞組串電阻或電抗；（2）自耦變壓器（3）星形－三角形起動（改變定子繞組接法）第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（一）．定子繞組串電阻或電抗減壓起動籠型異步電動機電阻減壓起動的原理圖籠型異步電動機電抗減壓起動的原理圖第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四等值電路：第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四注意：（1）降壓起動方法雖然降低了起動電流，但起動轉(zhuǎn)矩也顯著減小，只適用于空載或輕載起動；（2）串電阻降壓起動一般用于低壓電動機，串電抗降壓起動一般用于高壓電動機；（3）降壓起動除了限制起動電流，有時以減小起動轉(zhuǎn)矩為主要目的，以減輕對機構(gòu)的沖擊并保證平穩(wěn)加速。第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四3.起動電阻或電抗的計算4.Rk和Xk的估算5.例題3－2第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（二）．自耦補償減壓起動異步電動機自耦補償起動的原理線路圖第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四所以通過自耦變壓器，電網(wǎng)所提供的起動電流降低為：自耦變壓器的減壓原理圖第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)：與直接起動相比，起動電壓降低為；電網(wǎng)所提供的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低為與定子串電阻電抗相比，同樣的起動電流，采用自耦變壓器減壓起動，電動機可產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，所以，可帶較大的負載；適用于容量較大的低壓電動機作降壓起動。第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（三）．星形一三角形（Y—Δ）起動籠型異步電動機星形——三角形起動的原理線路圖第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四在起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結(jié)成三角形。這樣，起動時聯(lián)結(jié)成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形聯(lián)結(jié)時的，由于三角形聯(lián)結(jié)時繞組內(nèi)的電流是線路電流的，而星形聯(lián)結(jié)時兩者則是相等的。因此，聯(lián)結(jié)成星形起動時的線路電流只有聯(lián)結(jié)成三角形直接起動時線路電流的1/3。第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四在起動時，先將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改聯(lián)結(jié)成三角形。適用于定子繞組在正常工作時三角形聯(lián)接的三相異步電動機，且輕載。第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四三.小容量電動機重載起動只要矛盾是起動轉(zhuǎn)矩不足解決的辦法：1.選擇容量大一號的電機2.選擇高起動轉(zhuǎn)矩的電動機——特殊電機（1）深槽式異步電動機（2）雙鼠籠異步電動機第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四一、深槽異步電動機轉(zhuǎn)子頻率愈高，槽高愈大，集膚效應愈強。當起動完畢，頻率僅為1～3Hz，集膚效應基本消失，轉(zhuǎn)子導條內(nèi)的電流均勻分布，導條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四二、雙籠型異步電動機雙籠異步電動機的機械特性雙籠型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與漏磁通這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上有兩套導條，上籠與下籠，兩籠間由狹長的縫隙隔開。上籠通常用電阻系數(shù)較大的黃銅或鋁青銅制成，且導條截面較小，故電阻較大；下籠截面較大，用紫銅等電阻系數(shù)較小的材料制成，故電阻較小。第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四四.中大容量電動機重載起動要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大采用繞線電動機轉(zhuǎn)子串電阻的方法第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第三節(jié)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動對于籠形異步電動機，無論采用哪一種降壓起動的方法，在減小起動電流的同時，電動機的起動轉(zhuǎn)矩也隨之減??；對于某些重載起動的生產(chǎn)機械，不僅要限制起動電流，而且還要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩；在這種情況下，基本排除了采用籠形轉(zhuǎn)子異步電動機的可能性，而采用起動性能較好的繞線式異步電動機。實現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器或轉(zhuǎn)子串接電阻第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（一）轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動當電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大，值也因之較大，起限制起動電流及增大起動轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及值跟著下降，使電動機起動平滑。頻敏變阻器的等效電路第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，價格便宜，維護方便，能自動操作。因此，目前獲得了十分廣泛的應用。第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四（二）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動在轉(zhuǎn)子回路中串入多級對稱電阻，隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，逐漸切除起動電阻。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四3.起動電阻的計算：解析法4.特點：可得到最大的起動轉(zhuǎn)矩，但起動設備復雜，操作維修不便，特別是大容量電動機，轉(zhuǎn)子電流大，切除電阻時，轉(zhuǎn)矩變化大，對機械傳動機構(gòu)沖擊大；同時，需要較多的電阻器、開關(guān)元件等，設備的投資大。第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第四節(jié)三相異步電動機的制動1、電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點是電動機轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同。電動狀態(tài)下異步電動機的機械特性2、制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)

異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉(zhuǎn)換為電能。

第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四一、能耗制動當K1斷開，電動機脫離電網(wǎng)時，立即將K2接通，則在定子兩相繞組內(nèi)通入直流電流，在定子內(nèi)形成一固定磁場。第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四當轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時，其導體即切割此磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應電動勢及轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則，可確定出轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，即為制動轉(zhuǎn)矩。第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四能耗制動經(jīng)驗公式對繞線式異步電動機：求定子直流勵磁電流求轉(zhuǎn)子回路所串電阻利用估算的值，可以保證電動機拖動系統(tǒng)的快速停車第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四轉(zhuǎn)速反向的反接制動時的異步電動機特性異步電動機轉(zhuǎn)速反向反接制動電路圖二、反接制動狀態(tài)1．轉(zhuǎn)速反向的反接制動第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四轉(zhuǎn)子軸上機械功率為負此時的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率即為電磁功率

為正轉(zhuǎn)子電路的損耗為兩者之和，因此能量損耗極大。第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四在該制動狀態(tài)，由位能負載提供的機械功率和電源輸入的電磁功率全部消耗在電動機的轉(zhuǎn)子電路的電阻上。特點：可使位能性負載獲得穩(wěn)定的下放速度，但能量損耗大。第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四異步電動機定子兩相反接的電路圖與機械特性2．定子兩相反接的反接制動

為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點由A轉(zhuǎn)移到B此時轉(zhuǎn)差率為

在兩相反接時，電動機的轉(zhuǎn)矩為－T，與負載轉(zhuǎn)矩共同作用下，電動機轉(zhuǎn)速很快下降，這相當于圖中機械特性的BC段。第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四在轉(zhuǎn)速接近于0時，若想快速停車，應切斷電源；在轉(zhuǎn)速為零的C點，如不切斷電源，電動機將反向加速，機械特性進入第三象限，反向的電動狀態(tài)反抗性負載位能性負載第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四能量關(guān)系：和轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)一樣，系統(tǒng)儲存的動能變?yōu)檩S上輸入的機械功率，與定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起，全部消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上。第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四三、回饋制動狀態(tài)位能負載帶動異步電動機進入回饋制動狀態(tài)

1.下放重物時的回饋制動轉(zhuǎn)速高于同步速度時，異步電動機既回饋電能，又在軸上產(chǎn)生機械制動轉(zhuǎn)矩，即在制動狀態(tài)下工作。第五十二頁，共五十八頁，