電機(jī)學(xué)三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)調(diào)速及制動(dòng)課件

電機(jī)學(xué)三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)調(diào)速及制動(dòng)電機(jī)學(xué)三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)調(diào)速及制動(dòng)電機(jī)學(xué)三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)調(diào)速及制動(dòng)人為機(jī)械特性人為地改變電動(dòng)機(jī)的任一個(gè)參數(shù)（如U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗）的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。降低定子端電壓的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率的人為特性；2020/11/142人為機(jī)械特性人為地改變電動(dòng)機(jī)的任一個(gè)參數(shù)（如U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗）的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。

降低定子端電壓的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率的人為特性；2020/11/142起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩：臨界轉(zhuǎn)差率：TS改變轉(zhuǎn)子電阻的人為特性ST改變定子電壓的人為特性TS改變定子電抗的人為特性2020/11/143二、三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)性能包括：起動(dòng)電流倍數(shù)Ist/IN;

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN;

起動(dòng)時(shí)間起動(dòng)時(shí)消耗的能量起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單和可靠；起動(dòng)的過渡時(shí)間2020/11/144異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的問題：電流大但轉(zhuǎn)矩并不大。

起動(dòng)時(shí)，S＝1，等效阻抗小，起動(dòng)電流大；

f2＝f1

，2接近900，cos2很小，轉(zhuǎn)子電流有功分量小。2020/11/145異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，存在兩種缺點(diǎn)：1.電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大，供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能量有限；2.電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，負(fù)載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動(dòng)；異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分四種情況：小容量輕載起動(dòng)；中、大容量輕載起動(dòng)；小容量電機(jī)重載起動(dòng)；中、大容量重載起動(dòng)；2020/11/146一、小容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)－直接起動(dòng)不僅取決于電機(jī)本身的大小，還與供電電網(wǎng)容量和供電線路長(zhǎng)短有關(guān)。（要求母線電壓降落不大于10％）

電動(dòng)機(jī)容量與供電變壓器的比值；起動(dòng)是否頻繁；供電線路距離；同一臺(tái)變壓器其它用戶的要求；一般7.5KW以下電機(jī)允許直接起動(dòng)。2020/11/147二、中、大容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)－降壓起動(dòng)此時(shí)主要矛盾是電流。降低電流的方法，主要靠降低電壓。起動(dòng)電流：降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流與定子電壓成比例降低。待轉(zhuǎn)速升高到一定值，恢復(fù)全電壓。注意：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與U2成正比，降壓起動(dòng)后，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)電流降低得更厲害。2020/11/148常用的降壓起動(dòng)方法

定子串電阻或電抗降壓起動(dòng)；用自耦變壓器降壓起動(dòng)；

Y－起動(dòng)延邊三角形起動(dòng)2020/11/149三、小容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)主要矛盾是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足。解決的方法：容量大一號(hào)的電機(jī)；高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)－特殊電機(jī)特殊電機(jī)獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原因，主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。轉(zhuǎn)子參數(shù)自動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。如雙鼠籠電機(jī)和深槽電機(jī)。2020/11/1410集膚效應(yīng)將導(dǎo)體看成許多單元導(dǎo)體的并聯(lián)；

越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少，即漏抗小；接近槽底的單元，漏抗大；導(dǎo)體電流密度分布不均，產(chǎn)生把電流向槽口排擠的“趨表效應(yīng)”；電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電流頻率越高，趨表效應(yīng)越突出；導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小，轉(zhuǎn)子電阻增加；電流高度2020/11/1411深槽式：高度是寬度的10～12倍，堵轉(zhuǎn)時(shí)，電阻達(dá)額定運(yùn)行的3倍，隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小。雙鼠籠式：兩套繞組，材料不同，截面也不同。外籠：起動(dòng)籠，截面小，材料選用電阻系數(shù)大；內(nèi)籠：工作籠，截面大，電阻系數(shù)小。

外籠內(nèi)籠2020/11/1412四、中、大容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)兩種矛盾同時(shí)起作用。采用繞線式電機(jī)，轉(zhuǎn)子串電阻。既增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又減小起動(dòng)電流。常用的方法：轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。2020/11/1413§5-9三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

要求電動(dòng)機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速；在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；調(diào)速的方法：（1）改變定子繞組的極對(duì)數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1；（3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；

改變定子繞組的端電壓；改變定子繞組的外加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路引進(jìn)f＝sf的外加電勢(shì)2020/11/1414一、變極調(diào)速單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極對(duì)數(shù)而得到兩個(gè)不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機(jī)：定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2單繞組雙速電機(jī)原理：

A1X1和A2X2串聯(lián)形成四極磁場(chǎng)；

A1X1和A2X2串聯(lián)，A2X2反向，形成兩極磁場(chǎng)；2020/11/1415變極調(diào)速的注意點(diǎn)：（1）為獲得恒定的平均轉(zhuǎn)矩，定、轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)必須保持一致。因此一般只適用于鼠籠式異步機(jī)。（2）在改變繞組接法時(shí)，要保證變極后三相繞組的對(duì)稱以及基波磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向不變。（3）變極調(diào)速是一個(gè)有級(jí)調(diào)速。極數(shù)變換后，節(jié)距、相帶、氣隙磁密都要變化，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和額定容量都要變化。2020/11/1416二、變頻調(diào)速如果電源頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)。要求：氣隙磁通量保持基本不變；磁路的飽和程度不變；激磁電流和電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以保持基本不變。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩保持不變；2020/11/14171.由基頻向下的調(diào)速電壓方程：降低電源頻率，必須同時(shí)減小電源電壓。（1）保持E1/f1不變，降頻調(diào)速E1/f1不變，m等于常數(shù)?！愦磐ǖ目刂品绞?。2020/11/1418改變頻率，電機(jī)的Tm以及此時(shí)的轉(zhuǎn)速變化與f1無關(guān)。用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：電磁轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。用于恒功率負(fù)載：過載能力下降TSf1f2f3f1>f2>f32020/11/1419保持E1/f1不變，降頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：

機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍寬；低速運(yùn)行穩(wěn)定性好；無級(jí)調(diào)速平滑性好；正常負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)子銅耗少，效率高；2020/11/1420磁通近似等于常數(shù)，屬于近似的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在低頻運(yùn)行時(shí)，Tm下降較多，可能帶不動(dòng)負(fù)載。TSf1f2f3f4f1>f2>f3>f4（2）保持U1/f1不變，降頻調(diào)速2020/11/14212.由基頻向上調(diào)速U1為額定值不變，隨著f1升高，氣隙磁通減小。是恒功率的調(diào)速方法。f1f2f3f4f1<f2<f3<f4TS2020/11/1422變頻調(diào)速的總結(jié)（1）機(jī)械特性基本平行，特性硬，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）頻率連續(xù)可調(diào)，為無級(jí)調(diào)速（4）保持E/f為常值，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速保持U/f為常值，為近似恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

U1恒定，頻率向上調(diào)，為恒功率調(diào)速

2020/11/1423變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)－變頻器2020/11/1424三、改變轉(zhuǎn)差率1改變端電壓電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比。特點(diǎn)：調(diào)速范圍小，用于拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)型負(fù)載的小型籠型電動(dòng)機(jī)。2轉(zhuǎn)子加電阻（繞線式電機(jī)）特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍廣；調(diào)速電阻消耗能量，轉(zhuǎn)速越低、效率越低；機(jī)械特性變軟，負(fù)載變化，轉(zhuǎn)速變化顯著。STTZ改變定子端電壓的人為特性TS改變轉(zhuǎn)子電阻的人為特性TZ2020/11/14253串級(jí)調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路接入一個(gè)轉(zhuǎn)差頻率的附加電動(dòng)勢(shì)，改變附加電動(dòng)勢(shì)的大小和相位將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械能加以利用，或者送回電網(wǎng)。即有較高的效率，又能達(dá)到調(diào)速的目的?！?jí)調(diào)速的原理：有超同步、亞同步和改善功率因數(shù)三種控制形式。2020/11/1426串級(jí)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)2020/11/1427

雙饋電機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法的繞線式電機(jī)。

定子三相電源供電，轉(zhuǎn)子經(jīng)變頻器接轉(zhuǎn)差頻率的電壓；轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)差頻率，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)波在氣隙中轉(zhuǎn)速恒為同步速；優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，性能好；保持穩(wěn)定和防止振蕩的問題較復(fù)雜。

適用于負(fù)載平穩(wěn)、調(diào)速快速性不高的場(chǎng)合。

2020/11/1428作業(yè)：

p200思考題10-2,10-7,10-8,10-10p200習(xí)題10-3,10-62020/11/1429§5-10三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)：T與n同方向，電機(jī)從電源吸收電功率，扣除自身損耗外，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率送至負(fù)載；三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)：T與n方向相反；制動(dòng)狀態(tài)方式：反接制動(dòng)；回饋制動(dòng)；能耗制動(dòng)；2020/11/1430一、反接制動(dòng)1.轉(zhuǎn)向反向的反接制動(dòng)（正接反轉(zhuǎn)）重物下放的例子：TZ與轉(zhuǎn)速n方向一致。穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T＝TZ，方向與n相反。從機(jī)械特性分析：A點(diǎn)（電動(dòng)狀態(tài)）n>0,T>0B點(diǎn)（制動(dòng)狀態(tài)）n<0,T>0足夠大的電阻TSAB2020/11/1431

轉(zhuǎn)差率：性質(zhì)：

等效電阻：吸收機(jī)械功率；電能從定子傳向轉(zhuǎn)子；全部消耗在電阻上；2020/11/14322、兩相對(duì)調(diào)電機(jī)原運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)，兩相對(duì)調(diào)后，氣隙磁密立即反向，以－n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；電機(jī)機(jī)械特性從1到2；反接的過程，從反接開始到轉(zhuǎn)子速度為零的過程。ABTS122020/11/1433兩種反接制動(dòng)，均有S>1,機(jī)械功率為輸入。區(qū)別：前者由負(fù)載提供機(jī)械功率后者由整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分提供儲(chǔ)能。2020/11/1434二、異步機(jī)的回饋制動(dòng)把轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械功率，經(jīng)異步機(jī)轉(zhuǎn)化為電功率送到電網(wǎng)。軸上外施驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)以同步方向旋轉(zhuǎn)能量流向：T與n方向相反，處于制動(dòng)狀態(tài)2020/11/1435回饋制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)（1）同步轉(zhuǎn)向反向的回饋制動(dòng)（反接正轉(zhuǎn)）定子兩相對(duì)調(diào)后，位能性負(fù)載最后穩(wěn)定于第四象限，重物以高于同步速的速度下放。（2）同步轉(zhuǎn)向不變的回饋制動(dòng)

電車下坡；變極或變頻調(diào)速過程；2020/11/1436三、異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)制動(dòng)時(shí)，三相繞組脫離三相電源，由直流電流過定子繞組，在氣隙中形成恒定磁場(chǎng)。過程分析：由于慣性，轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn)切割磁力線感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，轉(zhuǎn)子減速至n＝0。能耗制動(dòng)可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機(jī)，使位能性負(fù)載勻速下放。注意：恒定磁場(chǎng)獲得，需通過定子繞組的改接~nNS2020/11/1437風(fēng)扇電機(jī)罩極式排氣扇電機(jī)冰箱電機(jī)電動(dòng)縫紉機(jī)電機(jī)電容分相電機(jī)§5-11單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)由單相電源供電，使用方便，廣泛應(yīng)用于家電、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械中。

2020/11/1438一、單相異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)比較，單相異步電動(dòng)機(jī)的體積大、運(yùn)行性能較差，單相電機(jī)只做成小容量的。

單相異步電動(dòng)機(jī)通常在定子上有2相繞組，轉(zhuǎn)子是普通的鼠籠轉(zhuǎn)子。單相異步電動(dòng)機(jī)類型：

(1)單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；

(2)單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；

(3)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)；

(4)單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)；

(5)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)。2020/11/1439二、單相繞組通電時(shí)的機(jī)械特性一相定子繞組通電時(shí)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。T+=f(s)T-=f(s)T=f(s)nTn1-n101．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零當(dāng)s＝l時(shí)，T+＝T-，T＝0，單相電機(jī)僅一個(gè)繞組工作不能自行起動(dòng)。2．轉(zhuǎn)動(dòng)后單相電機(jī)可以在一個(gè)繞組情況下運(yùn)行由于有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，所以其過載能力和效率均有所降低。3．理想空載狀態(tài)也達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速因有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，即使轉(zhuǎn)軸上不帶任何負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流也不可能為零，單相電機(jī)達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速。

2020/11/1440(1)定子具有空間不同位置的兩套繞組；

(2)兩相繞組通入不同相位的交流電流。三、起動(dòng)的必要條件橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)的機(jī)械特性在n=0時(shí)，T>0,電動(dòng)機(jī)具有正向起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)后，n>0,T>0，電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。T+=f(s)T-=f(s)T=f(s)nTn1-n102020/11/14411、單相電阻起動(dòng)四、單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

只要兩個(gè)回路的阻抗角不同，Im、Ia便不同相位，從而建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低2020/11/14422、電容電動(dòng)機(jī)單相電容起動(dòng)

合理選擇電容器和主輔繞組匝數(shù)，使起動(dòng)時(shí)氣隙磁場(chǎng)接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?？梢杂休^高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，在離心力作用下斷開常閉觸點(diǎn)，自動(dòng)切斷輔助電路——單相運(yùn)行2020/11/1443單相電容運(yùn)行

額定負(fù)載時(shí)有接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，性能性能較好起動(dòng)時(shí)橢圓度差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小空載有負(fù)序磁勢(shì)，空載電流大，損耗大2020/11/1444單相電容起動(dòng)及運(yùn)行

在輔助繞組回路中串接