《电机及电力拖动 第4版 教学课件 ppt 作者 周定颐 第07章－三相感应电动机的电力拖动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机及电力拖动 第4版 教学课件 ppt 作者 周定颐 第07章－三相感应电动机的电力拖动（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 三相感应电动机的电力拖动,7.1 三相感应电动机的机械特性,7.2 三相感应电动机的起动,7.3 感应电动机的电磁制动,7.4 三相感应电动机的调速,7.5 三相感应电动机起动的过渡过程,7.6 拖动系统电动机的选择,7.1三相感应电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性：指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩Te与转速n（或转差率s）之间的函数关系。,7.1.1 固有机械特性的分析,三相感应电动机的固有机械特性：指感应电动机工作在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外接电阻为零时，n与Tem的关系,绘制出感应电动机的固有机械特性，在某一转差率Sm时，转矩有一
2、最大值Tm，Sm称为临界转差率，整个机械特性可看作由两部分组。,一、机械特性曲线,1）H-P部分（转矩由0-Tm，转差率由0-sm）。,2）P-A部分（转知矩由Tm-Tst，转差率为Sm-1）。,这一部分随着转矩的减小，转速也减小，特性曲线为一曲线，称为机械特性的曲线部分,二、反映电动机工作的特殊点,一）理想空载点H,这时n=n1，s=0，电磁转矩Tem=0，转子电流I2=0，定子电流I1=I0。,二）最大转矩点P,最大转矩Tm时的转差率sm,最大转矩Tm,1）感应电动机的临界转差率仅与电动机本身的参数有关，而与电源电压无关。,2）感应电动机的最大转矩与转子电阻无关，但产生最大转矩时的转差率（
3、即临界转差率）则与转子电阻成正比。,过载能力用最大转矩Tm与额定转矩TN之比表示,一般感应电动机的过载能力m=1.6-2.2，这是感应电动机一个很重要的参数，它反映了电动机短时过载的极限。,三）起动点A,起动转矩仅与电动机本身参数、电源有关，是在一定的电源条件下，电动机本身的一个参数，而与电动机所带的负载无关。,绕线转子电动机：若在一定范围内增大转子电阻（转子电路串接电阻）可以增大起动转矩，以改善起动性能；,笼型转子感应电动机：其转子电阻不能用中接电阻的方法改变，这时Tst与TN之比，称为起动转矩倍数Km,当Tst大于负载转矩时，笼型感应电动机才能起动；而在要求满载起动时，则Km必须大于1。,
4、7.1.2 人为机械特性的分析,人为机械特性:人为地改变电机参数或电源参数而得到的机械特性，三相感应电动机的人为机械特性种类很多.,一、降低定子电压时的人为机械特性,降低定子电压的人为机械特性为一组通过同步点的曲线族,二、转子电路中串接对称电阻时的人为机械特性,人为特性为一组通过同步点的曲线族,在一定范围内增加转子电阻，可以增大电动机的起动转矩Tst，如果串接某一数值的电阻后使Tst=Tm，这时若再增大转子电阻，起动转矩将开始减小。,转子电路串接附加电阻，适用于绕线转子感应电动机的起动和调速。,三相感应电动机的人为机械特性的种类很多，除了上述两种外，还有改变定子极对数，改变电源频率的人为特性等
5、,7.1.3 机械特性的实用表达方式,只要知道Tm和Sm，就可以求出Tem和S的关系,式中的正负号，只有正号有实际意义，因为用负号求得的Sm将小于SN。,当S=SN时，Tem=TN，得,7.2 三相感应电动机的起动,7.2.1 三相笼型转子感应电动机的起动,三相笼型转子感应电动机有直接起动与降压起动,一、直接起动,直接起动也称为全压起动：起动时，电动机定子绕组直接承受额定电压。,过大的起动电流对电动机本身和电网电压的波动均会带来不利影响，一般直接起动只允许在小功率电动机中使用（PN7.5kW）；对容量较大的电动机，若能满足下式要求，可允许直接起动,二、减压起动,降压起动的目的：限制起动电流，通
6、过起动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压，待电动机转速达到某一数值时，再使定子绕组承受额定电压，使电动机在额定电压下稳定工作。,1、电阻降压或电抗降压起动,电动机起动时，在定子电路中串接电阻，这样就降低了加在定子绕组上的电压，从而也就减少了起动电流。,起动转矩Tst仅为全压起动时起动转矩Tst的 ，,起动时能量损耗较多，故目前已被其它方法所代替,笼型转子感应电动机电阻降压起动的原理图,2、自耦补偿起动,自耦补偿起动是利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组上的电压以减小起动电流。,起动时开关投向“起动”位置，这时自耦变压器的一次绕组加全电压，降压后的二次电压加上定子绕组上，电动机降压起动。当电动
7、机转速接近稳定值时，把开关投向“运行”位置，自耦变压器被切除，电动机全压运行，起动过程结束。,定子串电阻降压起动时，电动机的起动电流就是电网电流；而自耦变压器降压起动时，电动机的起动电流与电网电流的关系则是自耦变压器一、二次电流的关系。,在电动机得到同样的起动电流和起动转矩的情况下，采用自耦变压器降压起动的电网电流将小于定子串电阻（或串电抗）降压起动时的电网电流。,3、星-三角（Y-）起动,自耦变压器降压起动适用于中小容量的低压电动机，应用较广泛。,自耦变压器降压起动的一大优点,自耦变压器的二次绕组可以有不同的抽头供选择，通常有40%UN、60%UN和80%UN三种。,用这种起动方法的感应电动
8、机，必须是定子绕组正常接法为“”的电机。,起动时，先将三相定子绕组接成星形，待转速接近稳定时，再改接成三角形，起动时，开关S2投向“Y”位置，定子绕组作星形接结，这时定子绕组承受的电压只有作三角形联结时的 ，电动机降压起动，当电动机转速接近稳定值时，将开关S2迅速投向“”位置。定子绕组接成三角形运行，起动过程结束。,电动机停转时，可直接断开电源开关S1，但必须同时把开关S2放在中间位置，以免再次起动时造成直接起动。,接成星形起动时的线路电流只有接成三角形直接起动的,Y- 起动：操作方便，起动设备简单，应用较广泛，适用于正常运转时定子绕组接成三角形的电动机。对于一般用途的小型感应电动机。当容量大
9、于4kW时，定子绕组的正常接法都采用三角形。,三、深槽式及双笼型电动机,1. 深槽式感应电动机 这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机起动过程中转子导条内的“集肤效应”，以达到既改善起动性能又不降低正常运行效率的目的。 集肤效应：转子槽漏磁通引起转子导条的电流集挤在导条表层的效应。,深槽式转子导条中电流的集肤效应,2. 双笼型感应电动机 双笼型感应电动机的转子上安装了两套笼。两个笼间由狭长的缝隙隔开，显然下笼相连的漏磁通比上笼的大得多。 起动笼：上笼的笼导条较细，采用电阻率较大的黄铜或铝青铜等材料制成，电阻较大。 运行笼：下笼的笼截面较大，采用电阻率较小的紫铜等材料制成，电阻较小。,
10、上笼,下笼,双笼型电动机转子槽型,7.2.2三相绕线转子感应电动机的起动,一、转子串联电阻起动,1、起动过程,曲线1 对应于转子电阻为R3=Rr+Rst3+Rst2+Rst1 的人为特性 曲线2 对应于转子电阻为R2=Rr+Rst2+Rst1的人为特性 曲线3 对于应于转子电阻为 R1=Rr+Rst1的人为特性 曲线4 则为固有机械特性。,开始起动时n=0，全部电阻接入，这时起动转矩为Tst1，随着转速上升，转矩沿曲线1变化，逐渐减小，当减小到Tst2 时，接触器触头KM1闭合，Rst3被切除，电动机的运行点由曲线1（g点）移到曲线2（f点）上，转矩跃升为Tst1； 电动机的转速和转矩沿曲线2
11、变化，待转矩又减小到Tst2时，接触器触头KM2闭合，电阻Rst2被切除，电动机的运行由曲线2（e点）移到曲线3（d点）上； 电动机的转速和转矩沿曲线3变化，最后接触器触头KM3闭合，起动电阻全部切除，转子绕组直接短路，电动机运行点沿固有特性变化，直到电磁转矩与负载转矩平衡，电动机稳定工作。,2、起动电阻的计算,起动电阻计算可以采用图解法或解析法进行,感应电动机的固有机械特性的工作部分接近于一条直线，只在s接近于sm、Tem接近于Tm时，弯曲较大。为了简化计算，在ssm范围内，可以认为特性曲线的工作部分为一直线，通常称之为机械特性的线性化。,机械特性的实用表达式:,2、由 求出Tst2，判断能
12、否满足起动要求，否则需作调整。,计算步骤,1、根据电动机的额定数据和起动级数，选定Tst1值，求出,若起动级数未定，则可选定Tst1和Tst2求出值,4、用式 计算起动电阻,起动电阻每段的电阻值可由相邻两级的总电阻相减求得,二、转子串接频敏变阻器起动,频敏变阻器：实质上就是一个铁耗很大的三相电抗器。 特点：其电阻值随转速的上升而自动减小。,当电动机起动时，转子频率较高，f2=f1，频敏变阻器的铁耗就大，因此，等效电阻Rm也较大。,在起动过程中，随着转子转速的上升，转子频率逐步降低，频敏变阻器的铁耗和相应的等效电阻Rm也就随之减小，这就相当于在起动过程中逐渐切除转子电路串入的电阻。,起动结束后，
13、转子频率很低，频敏变阻器的等效电阻和电抗都很小，于是可将频敏变阻器切除，转子绕组直接短路。 在起动过程中，它能够自、无级地减小电阻，如果频敏变压器的参数选择恰当，可以在起动过程中保持起动转矩不变，这时的机械特性图中曲线2所示，曲线1为固有特性。,频敏变阻器结构简单，运行可靠，使用维护方便，因此应用日益广泛，但与转子串电阻起动方法相比，由于频敏变阻器还具有一定的电抗，在同样的起动电流下，起动转矩要小些。,7.3 感应电动机的电磁制动,7.3.1 能耗制动,感应电动机的电磁制动分为能耗制动、反接制动和回馈制动。不论是哪一种制动状态，电动机的电磁转矩方向总是与转向相反。,能耗制动时定子接入直流电源产
14、生固定磁场。 能耗制动：是将转子的动能变为电能，消耗在转子电阻上（对绕线转子感应电动机包括转子串接电阻）。,感应电动机能耗制动原理图,感应电动机能耗制动时的机械特性方程式,上式说明感应电动机能耗制动时制动转矩的大小决定于等效电流I1，并与转速n、转子电阻Rr有关，当n=0时，Tem=0，特性曲线通过原点，由于是制动状态，曲线应在第二象限（逆向电动状态转入能耗制动时，特性曲线在第四象限）。,耗制动时的最大转矩TmT和产生最大制动转矩时的相对转速,也称为临界相对转速,曲线1、2是转子电阻相同 曲线2的直流励磁大于曲线1,曲线对强度比1、3是直流励磁相同 曲线3的转子电阻大于曲线1,转子电阻较小时，
15、在高速时的制动转矩就比较小,能耗制动时，电动机是直流励磁，励磁磁动势是一个恒定值 不同的转速下，转子电流是变化的，转子磁动势是个变量。这就使电动机的合成磁动势在制动过程中不是一个定值。 能耗制动过程中，电动机的主磁通是变化的，由此引起磁路饱和情况的变化，使励磁电抗不再保持为一常数，而是随着转速的变化而变化。,笼型感应电动机采用增大直流励磁来增大高速时的制动转矩。,绕线转子感应电动机采取转子串接电阻的方法使得在高速时获得较大的制动转矩。,必须指出,7.3.2 反接制动,一、定子两相反接制动,反接制动前，触头KM2闭合，KM1断开，电动机正向运转，稳定工作在固有特性上的点,反接制动时，将触头KM2
16、断开，KM1闭合。,制动过程结束，如要停车，则应立即切断电源，否则电动机将反向起动。,转差率s1是反接制动的特点,两相反接制动的特性就是逆向电动工作状态时机械特性在第二象限的延长部分。,转差率s,二、倒拉反接制动,倒拉反接制动时的机械特性就是电动机工作状态时的机械特性在第四象限的延长部分。,n,负载为一位通用性一负载，负载转矩为Tz，则电动机将稳定工作在特性的c点。此时电磁转矩方向与电动工作状态时相同，而转向与电动工作状态时相反，电动机处于制动工作状态,属于反接制动,电网仍继续向电网输送功率，同时还输入机械功率（倒拉反接制动是位能负载作功，两相反接时则是转子的动能作功），这两部分功率都消耗在转子电阻上。,反接制动时，能量损耗是很大,7.3.3 回馈制动,感应电动机在电动机工作状态时，由于某种原因，在转向不变的条件下，使转速n大于同步转速n1时，电动机便处于回馈制动状态,转子电流的有功分量：,转子电流的无功分量：,I2为负值，电磁转矩 也为负值，与转向相反，说明电动机处于制动状态,转子电流
