《电机与电器控制 教学课件 ppt 作者 冯晓 刘仲恕编 第四章 交流电动机电力拖动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与电器控制 教学课件 ppt 作者 冯晓 刘仲恕编 第四章 交流电动机电力拖动（190页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 交流电动机及电气 控制（续） （三相异步电动机 的电力拖动）,第五节 三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动 机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系，即n= (Tem)。 因n = n1(1-s)，所以机械特性也用Tem= (s)形式表示。 电磁转矩参数表达式 Tem= 实际上就是机械特性方程。,一、固有机械特性的分析,(一)理想空载点H n = n1，s = 0，Tem=0，转子电流I2=0，定子电流I1=I0。 (二)最大转矩点P 临界转差率sm 最大转矩Tm,*重要结论: (1)最大转矩Tm 与电源电压 成正比，而临界转差率 sm与U1无关。 (2
2、) 临界转差率sm与转子电阻r2成正比，而最大转矩 Tm与转子电阻r2无关。 (3) Tm 和sm 都近似地与（x1+ x2）成反比。 如果负载转矩大于最大转矩Tm ，则电动机将停转。 为了保证电动机不会因短时过载而停转，电动机都具有一 定的过载能力。 过载能力： m= Tm /TN 一般m=1.62.2，起重、冶金用m=2.22.8。,图4-18 三相异步电动机的固有机械特性,(三)起动点A n = 0，s = 1，此时的电磁转矩Tem称为起动转矩。 *重要结论: （1）起动转矩Tst与电源电压 成正比； （2）（x1+ x2）越大，Tst越小； （3）在一定范围内增大转子电阻r2，Tst增
3、大。 对于绕线转子电动机，若在一定范围内增大转子电阻 可以增大起动转矩，可以改善起动性能。,起动转矩倍数Kst： Kst = Tst/TN 只有当Tst 大于负载转矩时，电动机才能起动 。而在 要求满载起动时，则Kst 必须大于1。 *而对于笼型转子感应电动机，其转子回路不能用外 串电阻的方法。 *若要获得最大起动转矩， 则使Tst=Tm，则sm=1，即 则 rst=（x1+ x2）- r2 （四）额定工作点B n = nN，s = sN，Tem=TN,二、人为机械特性的分析,1降低定子电压的人为机械特性,图4-19 降低电源电压的人为机械特性,可见降低定子电压的人为机械特性为一组通过同步点的
4、 曲线，斜率不断增大。 *注意：与直流电动机降低电压的人为机械特性的区别。 *注意：降低定子电压，电动机出现的问题： 1）当负载转矩恒定时，若降低电压，转速降低，转差率增 大，转子电流将增大，从而引起定子电流的增大。若超过额 定值，长期运行，温升将超过容许值，导致电动机寿命缩 短，甚至烧坏。 2）如果电压降低过多，致使最大转矩Tm小于负载转矩时， 则电动机停转。 3) 起动转矩与 成正比的减少，导致Tst小于负载转矩，则 电动机不能起动。,2转子电路串接电阻的人为机械特性,同步转速nl不变，最大转矩Tm不变，而临界转差率则 随rp的增大而增大，起动转矩Tst也增大了，人为特性为一 组通过同步点
5、的曲线，如图4-20所示。 在一定范围内增加转子电阻，可以增大Tst； 如果串接一定数值的电阻后使Tst =Tm，这时若再增大 转子电阻，Tst开始减小。 转子电路串接附加电阻，仅适用于绕线转子感应电动 机的起动和调速。,图4-20 转子串接对称电阻的人为机械特性,3定子回路中串接电阻或电抗的人为机械特性 定子回路中串接电抗一般用于笼型感应电动机的降压起动，以限制起动电流。,图4-21 定子电路外接电阻或电抗的人为机械特性,4改变定子电源频率时的人为机械特性 一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩Tm保 持为恒值，因Tem=CT1I2cos 2 , 应保持气隙磁通不变。 又因 = -j4.
6、44f1NlkW1 及 - ，所以在改变频率的同 时，U1也要变化，使U1/ =常数。 所以 nl ，sm1/ , Tst1/ ，Tm不变，即随着频率 的降低，同步转速nl减小，临界转差率sm增大，起动转矩 Tst增大，而最大转矩Tm基本维持不变，如图4-22所示。,图4-22 改变定子电源频率的人为机械特性,三、电磁转矩的实用表达式,将式(4-41)进行简化，得出电磁转矩的实用表达式为 (4-50) 上式中Tm及sm可用下述方法求出： TN = 9.55PNnN Tm = mTN = 9.55mPNnN (4-51) 忽略T0，将T=TN，s = sN代入式(4-50)，可得 (4-52)
7、式中sN 额定转差率，sN = (n1- nN)n1。,第六节 三相异步电动机的起动,对异步电动机起动性能的要求是： 1.要有足够大的起动转矩，加速起动过程，缩短 起动时间。 2.在满足起动转矩的前提下，起动电流越小越好。 *原因：1）过大的起动电流冲击，会引起电网较大 的线路压降，特别是电源容量较小时，电压下降太 多。,2）很大的起动电流将在绕组中产生较大的损 耗，引起发热，加速绕组绝缘老化。且在大电流冲 击下，绕组端部受电磁力的作用，有发生位移和变 形的趋势，造成短路事故。 3.要求起动平滑，以减小对生产机械的冲击。 4.起动设备安全可靠，结构简单，操作方便。 笼型电动机有两种起动方法：
8、1、直接起动 2、降压起动,也称全压起动。起动时，电动机定子绕组直接 接入额定电压的电网上。 *特点：起动电流较大而起动转矩Tst 却不大。 (1)起动电流Ist大 起动电流倍数Ki= Ist/IN = 47。 原因：起动时n=0，s= l，转子电动势sE2很 大，所以转子电流I2很大，根据磁通势平衡关系 ，定子电流也必然很大。,一、三相笼型异步电动机的直接起动与控制,(2)起动转矩Tst 不大 起动转矩倍数Kst = Tst/TN =l2。 * 原因：可以从机械特性物理表达式 来说明： 首先，起动时的s=1远大于正常运行时的s = 0.010.05 ，起动时转子电路的功率因数角2= arct
9、an( sx2/r2)很大，cos20.3很低。因此， 起动时I2虽然大，但其有功分量I2cos2并不大。 其次，由于起动电流大，定子绕组漏抗压降增 大，使El减小；又因E1= -j4.44f1NlkW1 1 ，使气隙 磁通1减小(起动瞬间1约为额定值的一半)。,直接起动一般只用在小容量（7.5kW以下） 电动机中。如果电网容量很大，可允许容量较大 的电动机直接起动。 必须满足下列经验公式： 否则，应采用降压起动方法。 Ist为电动机直接起动时起动电流(A)； IN为电动机额定电流(A)； S为电源总容量(kVA)； P为电动机容量(kW)。,(一)单向旋转控制电路,1.开关控制电路 图4-2
10、3为电动机单向旋转开关控制电路，其中： 图a为刀开关控制电路，能实现短路保护; 图b为断路器控制电路，能实现长期过载保护和过电 流保护。 它们仅适用于不频繁起动的小容量电动机，但 不能实现远距离控制。,图4-23 电动机单向旋转开关控制电路 a)刀开关控制电路 b)断路器控制电路,2.接触器控制电路 *工作原理：合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，其常 开触头闭合，接触器KM线圈通电吸合，其主触头闭合，电 动机接入三相交流电源起动旋转。 同时，与起动按钮SB2并联的接触器KM常开辅助触头 闭合，当松开SB2按钮时，KM线圈通过KM常开辅助触头这 一路径继续保持通电，从而使电动机获得连续运转。
11、按下停止按钮SB1，接触器KM线圈断电并释放，KM常 开主触头、辅助触头均断开，切断电动机主电路与控制电 路，电动机停止旋转。 依靠接触器自身辅助触头保持线圈通电的电路称为自锁 （自保）电路。,图4-24 电动机单向旋转接触器控制电路,图4-24为电动机单向旋转接触器控制电路，图中Q为 电源开关，FUl、FU2分别为主电路与控制电路熔断器， KM为接触器，SB1、SB2分别为停止按钮与起动按钮， M为三相笼型感应电动机。 电路保护环节： （1）短路保护 由熔断器FUl、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。 （2）过载保护 由热继电器FR实现电动机的长期过载保护。 （3）欠压和失压保护,（
12、二）点动控制电路,点动控制电路与连续运行控制电路的区别： 1、有无自保电路； 2、从主电路上看连续运转电路中应装设热继电器作长期过载保护，而对于点动电路中主电路可不接热继电器。,图4-25 电动机点动控制电路 a)线路一 b)线路二 c)线路三,图4-25a为点动控制电路的基本形式，工作原理： 按下SB按钮，接触器KM线圈通电并吸合，主触头闭 合，电动机直接起动旋转；松开SB时，KM线圈断电并释 放，主触头断开，电动机断电停止旋转。 图b为既可实现电动机连续运转又可实现电动机点动控 制的电路，并由手动开关SA进行选择。当SA闭合时为连续 控制，SA断开时则为点动控制。 图c为连续运转按钮SB2
13、，点动按钮SB3来选择连续与点 动的控制电路。SB1为连续运转时的停止按钮。利用复合按 钮SB3的常闭触头来断开自保电路实现的。,（三）可逆旋转控制电路,改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。 1倒顺转换开关可逆旋转控制电路 图4-26为倒顺转换开关控制电动机可逆旋转控制电路图。 图a为倒顺开关直接控制电动机正反转，由于倒顺开关无灭弧 装， 仅适用于电动机容量5.5kW以下电动机的正反转控制。 对于容量大于5.5kW的电动机，则用图b电路来控制。 倒顺开关用来预选电动机旋转方向，由按钮来控制电动机的 起动与停止。,图4-26 倒顺开关控制电动机正反转电路 a)由倒顺开关直接控制电动机正
14、反转 b)由倒顺开关接触器控制,*2按钮控制的可逆旋转电路（重点）,图4-27 按钮控制电动机正反转的电路,图a由两组单向旋转控制电路组合而成，主电路由正 反转接触器KM1、KM2的主触头来改变电动机相序，实现 电动机的可逆旋转。 图a若发生同时按下正转按钮SB2和反向按钮SB3时， KMl、KM2线圈同时通电吸合，其主触头闭合，将发生 相间短路。 图b中，将KM1、KM2正反转接触器的常闭触头串接 在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，从而避免了误 操作时发生相间短路的故障。这种相互制约的关系称为互 锁，由接触器或继电器常闭触头构成的互锁称为电气互锁。,在这一电气互锁电路中，要实现电动机由正
15、转变反转 或由反转变正转的控制，都必须先按下停止按钮SB1，然 而再进行反转或正转的起动控制，这就构成了正-停-反或 反-停-正的操作顺序。 为了实现电动机直接由正转变为反转或由反转变为正 转，可采用图c所示电路。即在图b基础上增设了起动按钮 SB2、SB3的常闭触头构成的机械互锁，从而构成具有电气、 机械双重互锁的控制电路，无需再按停止按钮，直接按下 反转按钮SB3可使电动机由正转直接变为反转。,*3由行程开关控制的具有自动往返功能的 可逆旋转电路（重点）,图4-28 实现自动往返运动的电动机可逆旋转电路,工作原理：图中SB1为停止按钮，SB2、SB3为电动机 正、反转起动按钮，SQl为电动
16、机反转转正转行程开关， SQ2为电动机正转转反转行程开关，SQ3为正向运动极限保 护行程开关，SQ4为反向运动极限行程开关。 按下正转起动按钮SB2，电动机正向起动旋转，拖动运 动部件前进，当运动部件上的撞块压下换向行程开关SQ2， 正转接触器KM1断电释放，反转接触器KM2通电吸合，电 动机由正转变为反转，拖动运动部件后退。 当运动部件上的撞块压下换向开关SQl时，又使电动机 由反转变为正转，拖动运动部件前进，如此循环往复，实现 电动机可逆旋转控制，拖动运动部件实现自动往返运动。,按下停止按钮SB1，电动机停止旋转。 行程开关SQ3、SQ4安装在运动部件的正、反向极限位 置。发生故障时，运动部件到达换向开关位置时，未能切断 KM1或KM2时，继续移动，撞块压下极限行程开关SQ3或 SQ4，使K
