异步电机拖动自动化

《异步电机拖动自动化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电机拖动自动化（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 6 章 异步电动机的电力拖动,6.1 三相异步电动机的机械特性,6.2 三相异步电动机的起动,6.3 三相异步电动机的制动,6.4 三相异步电动机的调速,6.1 三相异步电动机的机械特性,1. 电磁转矩公式,电磁转矩两种表达式,转子边功率因数,(1) 物理表达式,由,其中,为转矩常数,机械特性物理表达式：,异步机等效电路及其简化,(2) 机械特性的参数表达式,(由T型等效电路中略去励磁电流得到),对s求导，由,临界转差率,最大（临界）转矩,+号对应电动状态，-号对应发电状态。 若考虑到 ,可得到：,由此可见： 当电动机参数和电源频率不变时，最大转矩Tm与电源电压U1的平方成正比，临界转差率

2、SM与电源电压无关，即T (TM) U12 , sM 与 U1 无关。 当电源电压和频率不变时，临界转差率SM与转子电阻成正比，最大转矩与转子电阻无关，即 sMR2 ，TM 与 R2 无关。当电源电压和频率不变时，临界转差率SM与最大转矩都与（x1+x2）成反比例关系。,(3) 电磁转矩的实用公式,两式相除,机械特性实用表达式：,当,过载倍数,若忽略T0，则, ,= 1,ssM,Tm T,( )2,Tm T,解实用公式方程，可得, 根据 s 和 sm 的相对大小，取“”或取“”。,由于 sN sm，则,即有下面的关系,小结：三种机械特性表达式，参数表达式、实用公式主要用于计算。物理表达式用于定

3、性讨论。,【例 3.1.1 】 Y132M4 型三相异步电动机带某负载运行，转速 n = 1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩TL = 45 Nm，则电动机的转速 n 是多少？,由电工手册查到该电机的 PN = 7.5 kW，n0 = 1 500 r/min，nN = 1 440 r/min，T = 2.2。 由此求得,解：,= 0.1664,Tm = T TN,= 2.249.76 Nm = 109.47 Nm,忽略 T0，则,TL = T2,当 TL = T2 = T = 45 Nm 时,= 0.036,n = ( 1s ) n0= ( 10.036 )

4、1 500 r/min = 1 446 r/min,2. 固有特性,当 U1 、f1、r2、x2 为常数时：T = f (s ) 转矩特性n = f (T ) 机械特性当 U1L = U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外 串电阻或电抗时，机械特性称为固有机械特性。,PS N,BPA,H,额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。 B点： n = nN ， s = sN ，T= TN ，P2 = PN。额定状态说明了电动机长期运行的能力TLTN，P2PN，I1IN。,(1) 额定状态（B点）,sN = 0.01 0.09 很小，T 增加时，n 下降很少 硬特性。,工作段,(2) 起动状态

5、（ A 点）,对应 s = 1，n = 0 的状态。 又称为堵转状态。起动时 T = Tst， I1L = Ist,Tst 直接起动的能力。起动条件Tst TL。 Ist线路允许值。 起动转矩倍数,Tst,异步电动机 KT = 0.9 1.3,临界转速,(3) 临界状态（P 点）,对应 s = sm，T = Tm 的状态。,nM,Tm,临界状态明了电动机的短时过载能力。过载倍数,Y 系列三相异步电动机 T = 2 2.2临界转差率sm,sm = sN (T T21 ),3. 人为特性,(1) 降低定子电压时的人为特性,三相异步电动机降压时的人为机械特性,(2) 转子电阻增加时的人为特性,根据

6、sM = r2 /(x1+x2) , Tm 与 r2 无关。,Tst1,sm1,r2+Rs1,1 0,Tst,Tm,Tem,s n,0,n1,sm,r2,Rs1 Rs2Xs , Rs1Rs,1 0,Tm,T,sm,s n,0,n1,Xs , Rs,Tm , Sm均减小，n1不变,6.2 三相异步电动机的起动,1. 电动机的起动指标 (1) 起动转矩足够大Tst TL Tst (1.1 1.2) TL (2) 起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况起动电流大：Ist = k1 IN= (47) IN起动转矩小：Tst = kmTN = (1.62.2) TN,启动电流倍数,启动转矩倍数

7、,不利影响 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。,大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。 起动电流大，起动功率因数低，起动转矩小。 2. 笼型异步电动机的直接起动 (1) 小容量的电动机（PN 7.5kW） (2) 电动机容量满足如下要求：,优点：设备简单，操作方便；缺点：起动电流大，起动转矩不大。,3. 笼型异步电动机的减压起动,(1) 定子串联电阻或电抗减压起动,M 3,起动,运行,适用于：正常运行为联结的电动机。,(2) 星形三角形减压起动（Y 起动）,适用于：正常运行为联结的电动机。,(2) 星形三角形减压起动（Y 起动）,Y 起动,适用于：正常运行为联结的电动机。

8、,(2) 星形三角形减压起动（Y 起动）, 起动,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,Y 型起动的起动电流,起动转矩比,Y型起动的起动转矩,(1) IstYImax （线路中允许的最大电流）； (2) TstYTL 。否则不能采用此法。,Y 起动的使用条件,(3) 自耦变压器减压起动,(3) 自耦变压器减压起动,起动,(3) 自耦变压器减压起动,运行,(3) 自耦变压器减压起动,A,U2,电压比,= KA,定子相电流比,定子起动电流,I1st,I2st,UN,O,定 子 一 相 绕 组,N1,N2,起动转矩比,自耦变压器减压起动的起动电流,自耦变压器减压起动的起动转矩,Ist = Ist/

9、KA2,Tst = Tst /KA2,降压比 K=1/KA可调QJ2 型三相自耦变压器：K = 0.55、0.64、0.73QJ3 型三相自耦变压器：K = 0.4、0.6、0.8,(1) IstaImax （线路中允许的最大电流）。 (2) TstaTL否则不能采用此法。,自耦变压器减压起动的使用条件,P58 表3-1：降压起动方法性能比较,3. 改善起动性能的三相笼型异步电动机,(1) 深槽异步电动机槽深 h 与槽宽 b 之比为：h / b = 8 12,漏电抗小 漏电抗大,增大 电流密度,起动时，f2 高，漏电抗大，电流的集肤效应使导条的等效面积减小，即 R2 ，使 Tst 。运行时，

10、f2 很低，漏电抗很小，集肤效 应消失，R2 。,(2)双笼型异步电动机,电阻大 漏抗小电阻小 漏抗大,上笼 （外笼）下笼 （内笼）,起动时， f2 高，漏抗大，起主要作用，I2 主要集中在外笼，外笼 R2 大 Tst 大。外笼 起动笼。运行时， f2 很低 ，漏抗很小，R2 起主要作用，I2 主要集中在内笼。内笼 工作笼。,(1) 起动过程,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,串联 Rst1 和 Rst2 起动（特性 a）总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2,n0,a (R22),T2,a1,a2,T1,切除 Rst2,(1) 起动过程,b (R21),b1,b2, 合

11、上 S2 ，切除 Rst2（特性 b）总电阻 R21 = R2+ Rst1,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,切除 Rst1, 合上 S1 ，切除 Rst1（特性 c）总电阻: R2,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,c (R2),c1,c2,(1) 起动过程,p,频敏变阻器频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时f2 高，电阻大， Tst 大， Ist 小。转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，自动切除变阻器。,5. 绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动,频敏变阻器,6.3 三相异步电动机的制动,1. 能耗制动 (1) 制动原理制动前S1 合

12、上，S2 断开， M 为电动状态。制动时S1 断开，S2 合上。 定子: U I1 转子: n E2 I2 T 为制动状态。,n,T,(2) 能耗制动时的机械特性,特点： 因T 与 n 方向相反，nT 曲线在第二、四象限。 因 n = 0 时， T = 0，nT 曲线过原点。 制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。,I1“,I1,(3) 能耗制动过程 迅速停车, 制动原理 制动前：特性 1。 制动时：特性 2。,原点 O (n = 0，T = 0)，,a,b,(T0，制动开始),制动过程结束。, 制动效果Rb,I1 T ,制动快。, 制动时的功率定子输入：P1 = 0，,轴上

13、输出：P2 =T0 。,动能 P2, 转子电路的电能, PCu2消耗掉。,(4) 能耗制动运行 下放重物,a,(T0，制动开始),b,c,c 点(T = TL),制动运行状态,以速度 nc 稳定下放重物。制动效果：由制动回路的电阻决定。,转子串联电阻（经验公式）,2. 反接制动,(1) 定子反相的反接制动, 迅速停车,制动前的电路,制动时的电路, 制动原理,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变， n0 变向。,b,即：s 1 (第二象限)。 同时：E2s、I2 反向，,T 反向。,a,c,制动结束。 到 c 点时，若未切断电源， T 将可能反向起动。,d,相对切割方向改变，转子电势方向

14、变化,取决于 Rb 的大小。, 制动效果, 制动时的功率,0,PCu2 = m1(R2Rb ) I22 = PePm= Pe|Pm|,0,Pm = (1s ) Pe,三相电能,电磁功率Pe,转子,机械功率Pm,定子,转子电阻消耗掉,(2) 转子反向的反接制动,下放重物,b,c,a,d, 制动原理定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。,d 点( nd0，Td = TL ),制动运 行状态, 制动效果改变 Rb 的大小， 改变特性 2 的斜率，,改变 nd 。,低速提 升重物,3. 回馈制动,特点：| n | | n0 |，s0。电机处于发电机状态。 (1) 调速过程中的回馈制动,a,b,c

15、,d,a,b,c,d,变频调速,变极调速,(2) 下放重物时的回馈制动,b,a,c,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,6.4 三相异步电动机的调速,1. 改变磁极对数 p 2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1(变频调速),调速方法：, 有级调速。,1. 电动机的调速指标,(1) 调速范围 (2) 调速方向 (3) 调速的平滑性 平滑系数 (4) 调速的稳定性 静差率D、nN 的关系(nN = nmax),例如：nN = 1 430 r/min，nN = 115 r/min ，要求30%、则 D = 5.3。,要求20%、则 D = 3.1。 再如： nN = 1 430 r/min， D = 20，5%，则 nN = 3.76 r/min。 (5) 调速的经济性 (6) 调速时的允许负载不同转速下满载运行时：输出转矩相同 恒转矩调速。输出功率相同 恒功率调速。,