电机与拖动 教学课件 ppt 作者 刘玫 孙雨萍_ 第6章 三相异步电动机的电力拖动20111022

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1、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 三相异步电动机的调速; 6.4 三相异步电动机的制动状态; 6.5 绕线式电动机进行调速和制动时其电阻和转速的计算。,内容简介:,第6章三相异步电动机的电力拖动,6.1三相异步电动机的机械特性,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,三相异步电动机的机械特性是指定子电压、频率及绕组参数都一定的条件下,转速与电磁转矩之间的关系式,即n=f(Tem)。由于转差率与转速之间存在线性关系,故也可以用s=f(Tem)表示三相异步电动机的机械特性。,式中, 称作三相异步电动机的转矩常数; 每极气隙磁通。 式(6-1)表明,三

2、相异步电动机的电磁转矩Tem与气隙磁通m及转子电流的有功分量I2成正比。,1、物理表达式,电磁转矩为,2、参数表达式,由第5章所导出的三相异步电动机电磁转矩表达式为 (6-2) 由异步电动机的近似等值电路可得转子电流的折算值为 (6-3) 将式(6-3)代入式(6-2),可得三相异步电动机机械特性的参数表达式为 (6-4) 由于式(6-4)是用定子电压、频率和电机参数所表示的机械特性,所以称作三相异步电动机的参数表达式。对应的特性曲线如图6-1所示。,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,机械特性上的三个特殊点(即同步速点、起动点和临界点)为: (1)同步速点A(Tem=0、n=n1)

3、 当Tem=0时,转速n=n1 (或s=0) ,如图6-1中A点所示, 这时电动机以同步速n1旋转,所以称A点为同步速点。,(6-6),由式6-5可知,(2)起动点B(Tem=Tst) 电机起动时n=0,(或s=1),Tem=Tst, 如图6-1中B点所示。 将s=1代入式(6-4)可得起动转矩为 (6-5),1) ,当定子电压下降时, 起动转矩成平方倍的下降。 2) 与 有关,对于鼠笼式电动机, 定义起动转矩倍数为:,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,图6-1三相异步电动机的机械特性,(3)临界点C( )及 ( ) 电机工作在临界点时,其转差率为 或 ,称作临界转差率,电机发出的

4、电磁转矩为 或 ,称作最大转矩,如图6-1中C点及 点所示。 将式(6-4)对转差率s求导,并令 ,求出临界转差率为 (6-7) 将式(6-7)代入式(6-4)中,得最大转矩为 (6-8) 式(6-7)和式(6-8)中,正号对应电动状态(第1象限中C点),负号对应发电制动状态(第2象限中的点)。,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,忽略R1,式(6-7)和(6-8)可近似为 (6-9) (6-10) 1)当电机各参数和电源频率不变时, ,而 、 与U1无关; 2)当电源电压、频率和定转子电抗不变时, ,而 、 与R2无关; 3)忽略R1时, 、 , 、 ; 4)当电机定、转子电阻、电

5、抗及电源电压都不变时, 。 定义最大转矩与额定转矩之比为过载倍数,用 表示,即 (6-11) 一般异步电动机的 ,冶金起重用的异步电动机的 。 反映了电机的短时过载的能力。,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,3、实用表达式 将式(6-8)除式(6-4),并考虑到式(6-7),得 化简得三相异步电动机的实用表达式为 (6-12) 固有特性上的最大转矩Tm及临界转差率 :,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性,当时 ,得实用表达式的近似线性化公式为,1)额定点 当 时, ( ); 2)起动点 当s=1(n0)时, ; 3)临

6、界点 当 时, ; 4)同步速点 当 s=0( )时, 。,图6-4三相异步电动机的固有机械特性,6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,1、固有机械特性,满足 , f=50HZ ,定、转子不外串电阻、电感和电容, 按规定方式接线条件时的机械特性称为固有机械特性,如图6-4所示。,其对应的人为机械特性曲线如图6-5所示,2、人为机械特性 从参数表达式(式6-4)可知,人为的改变电机的某些参数,机械特性要随之改变,所得到的机械特性称作人为机械特性。,(1)降低定子电压时的人为机械特性 当定子电压下降时,同步速不变;临界转差率不变,最大转矩成平方倍的下降;起动转矩成平方倍的下降,用下列示意图

7、表示。,图6-5异步机降低定子电压时的人为机械特性,6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性,(2)转子绕组串三相对称电阻 绕线式异步机可以通过电刷和滑环装置往转子回路串三相对称电阻。当外串电阻增加时,同步速不变,最大转矩不变,临界转差率增加,起动转矩变化,用下列示意图表示。 其对应的人为机械特性曲线如图6-6所示。,几点说明: 1)只能允许电压从额定值向下调节,即 。 2)当负载接近于额定值时,三相异步电动机不允许欠电压长期运行!,6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性,图6-6异步机转子串对称电阻时的人为机械特性,3)定子串接三相对称电阻(或电抗) 当定子回路串入

8、三相对称电阻(或电抗)时,同步速不变,临界转差率、最大转矩及起动转矩都下降,用下列示意图表示。 图6-7表示出了定子串对称电阻时的人为机械特性曲线,定子串电抗时的人为特性曲线与定子串电阻时类似。,6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性,图6-7异步机定子串对称电阻时的人为机械特性,6.2三相异步电动机的起动,6.2.1三相异步电动机固有起动特性,电动机从静止状态开始加速到以某一转速稳定运行的整个过程 叫作起动过程,简称起动。,(1)对起动时的主要要求 要求起动转矩足够大,以保证生产机械能正常起动。 在保证一定大小的的前提下,起动电流要越小越好。 起动过程中,能量损耗要尽量小,起动

9、时间要尽量短。 起动设备力求结构简单,操作方便。,(2)异步机的固有起动特性 异步电动机直接投入电网起动称作直接起动,其起动特性称为固有起动特性,如图6-8所示。 由图可见:起动电流比较大,起动转矩比较小。 对于一般鼠笼式异步电动机,有,图6-8异步电动机的固有起动特性,起动转矩小的后果: 若起动转矩小于负载转矩,即 时,电机则不能起动起来。 当起动转矩略大于负载转矩时,由运动方程式 可知,这时 很小,使得起动时间拖长,从而影响生产机械的生产率。,起动电流大会产生如下危害: 过大的冲击电流会引起电网电压瞬间下降,影响接在同一电网上的其他电机或电气设备的正常运行。 频繁起动使电机过热,可能烧坏绕

10、组。,6.2.1三相异步电动机固有起动特性,3.5.2他励直流电动机的起动方法,直接起动也称全压起动,起动时通过三相闸刀开关或接触器,将电动机的定子绕组直接接通额定电压的三相电源。直接起动是最简单方便的方法,只要满足条件,应尽可能直接起动。,一般来说功率小于7.5Kw的电机属于小容量电机,均可以直接起动。对于大于7.5Kw的电机,如果供电变压器容量相对电动机容量比较大,符合下面的经验公式,也可以直接起动。公式为,式中,PH 供电变压器的总容量(KVA); PN电动机的额定功率(Kw); I1st电动机的起动电流; I1N电动机的额定电流。,6.2.2三相异步电动机的直接起动,(6-25),一般

11、小容量电机带轻载可以采用直接起动的方法,因为小容量电机的起动电流小,由于轴上所带的负载轻,可以满足要求。 确定小容量电机,主要考虑电源变压器的容量和供电线路的长短等因素。,图6-9三相异步电动机降压起动时的电流与转矩工作过程,6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动,对于大、中容量的鼠笼机,当负载较轻时可以采用降压起动的方法。由于电机的容量比较大,起动电流比较大,要解决的问题是限制起动电流。由于是轻载,可不考虑提高起动转矩,但最后要校核起动转矩是否大于负载转矩。,起动时励磁电流 ,忽略 后,起动电流为 (6-26) 起动转矩为 (6-27) 结论:起动电流与电压成比例的下降,而起动转矩与电压成

12、平方倍的下降。 对应的降压起动时的电流与转矩的特性曲线如图6-9所示。,1、定子串电阻(或电抗)起动,定子串电阻(或电抗)起动的线路图如图6-10(图中为定子串电抗)所示。起动时,电源开关K1合,双向开关投向“起动”侧,串入电抗(或电阻),待转速接近稳定值时,将K2投向“运行”侧,切除电抗(或电阻),电机最后在全压状态下正常工作。,式中, 为降压起动时起动电流、 为直接起动电流; 为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩。 结论:若降压起动时电压为直接起动电压的a倍,则降压时起动电流也为直接起动电流的a倍,但起动转矩为直接起动时的a2倍,由于起动转矩下降倍数较多,需校核是否满足。,6.2.3三相

13、鼠笼式异步电动机的降压起动,(1)起动电流 和起动转矩 设a为起动电压降低的倍数,则有,(6-30),(6-29),图6-10定子串电阻(或电抗)降压起动线路,2、自耦变压器的降压起动 利用自耦变压器降压起动线路见图6-11a。起动时,开关投向“起动”侧,变压器的原边接电源,副边接电动机使电动机降压起动起来,当转速升到接近稳定转速时,将K投向“运行”侧,自耦变压器从电源切除,电动机接上全压正常运行。,(a)原理线路图 (b)一相的等值电路 图6-11自耦变压器降压起动,6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动,结论:自耦变压器降压起动时,从电源吸收的起动电流 与起动转矩 都为直接起动时的 倍。

14、,现分析采用自耦变压器起动时的起动电流 和起动转矩 。 由于主要考虑起动电流对电网的影响,因此,这时的起动电流指得是从电网输入的电流 ,而不是电机本身的电流 。 设自耦变压器的变比为a,由图6-11b,可分析有,6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动,(6-36),(6-37),式中, 为降压起动时起动电流、 为直接起动电流; 为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩。,优点:起动转矩和起动电流下降的倍数相同,而不像定子串电阻(或电抗) 那样,限于很轻的负载才能起动。且起动电流和起动转矩可适当调节。 缺点:设备复杂,体积大,重量重,价格较贵,维修麻烦,且不允许频繁起动。,3、星形三角(Y-)降

15、压起动 星形三角(Y-)降压起动时的线路图如图6-12a所示。起动时,将K投入接通电源,再将k1投入起动侧,电机定子“Y”接,相电压为额定电压的 ,降压起动,待转速上升到接近稳定转速时,将k1投向“”运行侧,电机接,以额定电压全压运行。 Y-起动用于正常运行时是“”接的电机。,(a)线路图 (b)三角形直接起动 (c)星形降压起动 图6-12星形-三角形降压起动,6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动,结论:Y-起动时的起动转矩和起动电流均为直接起动时的 ,且大小不可调。,现分析采用Y-起动时的起动电流 和起动转矩 。 由图6-12c及6-12b可分析得,6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动,(6-38)

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