交流异步电动机的电力拖动注册电气工程师供配电专业课件

1、第 十一章 异步电动机的电力拖动11.1 三相异步电动机的起动11.2 三相异步电动机的制动第1页，共60页。11.1 三相异步电动机的起动 一、电动机的起动指标： 起动转矩足够大。 起动电流不超过允许范围。异步机的实际起动情况： 起动电流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小：Tst =stTN = (1.62.2) TN 不利影响：(1) 大电流使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。 (2) 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。 第2页，共60页。二、笼型异步电动机的直接起动1. 小容量的电动机（7.5kW）2. 电动机容量满足如下要求：Ist INsc =

2、143 +电源总容量(kVA)电动机容量(kVA)第3页，共60页。三、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：M33R(L)Q1Q2FU运行起动第4页，共60页。适用于：正常运行为联结的电动机。Y型起动，型运行。2. Y 减压起动： Y型起动WVUWVUIstYUN型起动（型运行）UNIstZZZZZZ3 | Z |UNIstY =3UNIst =| Z |第5页，共60页。 Y型起动的起动电流为：IstY =13IstT U12 ，TstY =13Tst Y型起动的起动转矩为： 1 3U1 =U1 Y 减压起动的特点： (1) 电源电压不变，改变定子绕组接法； (2)

3、减压比为: 13Y起动相电压U1 起动相电压U1=第6页，共60页。否则不能采用此法。(1) IstYImax （线路中允许的最大电流）；(2) TstYTL 。 Y 减压起动的使用条件：第7页，共60页。定子电流： kAIst线路电流：IstA= kA2Ist3. 自耦变压器减压起动M3UN= kAUNkAIstIstA 降压比为:U1kA =U1UNU1定子电压： 自耦变压器减压起动的起 动电流为：IstA= kA2Ist第8页，共60页。 自耦变压器减压起动的特点：(1) 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；(2) 降压比 KA 可调: U1 = ( 0.4、0.6、0.8) UN U

4、1 = ( 0.55、0.64、0.73) UN 自耦变压器减压起动的起动转矩为：TstA = kA2 Tst第9页，共60页。(1) IstAImax （线路中允许的最大电流）；(2) TstATL 否则不能采用此法。自耦变压器电压比的选择：自耦变压器减压起动的使用条件：kA2 Ist ImaxkA2 Tst TL kA2 TLTstImaxIst第10页，共60页。4. 延边三角形减压起动2 5143614362 5适用于：正常运行为联结的电动机。延边三角形起动，型运行。第11页，共60页。说明：关于起动转矩大小的几点考虑 设减压起动的起动转矩为：Tst 起动电流为：Ist 带负载起动时，

5、要求： Tst TL1.考虑加速转矩 Tst (1.11.2)TL2.考虑电源电压波动3.考虑谐波的影响Tst (1.11.2)TL(0.850.95) 2第12页，共60页。四、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 = 10 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 Tst 运行时： f2 很低，漏电抗很小，集肤效应消失，R2第13页，共60页。2.双笼型异步电动机电阻大漏抗小电阻小漏抗大 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

6、上笼（外笼）下笼（内笼） Tst 大; 运行时 f2 很低 ： 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在内笼,外笼 起动笼。内笼 工作笼。第14页，共60页。1. 分级起动过程3 M3Q2 Q2Q1 Q1Rst1Rst2n0TnO3(R22)TLT2 T12(R21)1(R2)abcdef(1)串联 Rst1和 Rst2 起动(特性3)： 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2(2) 合上 Q1 ，切除 Rst2 (特性2)： 总电阻 R21 = R2+ Rst1(3) 合上 Q2 ，切除 Rst1 (特性1)： 总电阻: R2五、绕线型异步机转子电路串电阻起动第15页，共6

7、0页。2. 起动级数与起动电阻的计算(1) 选择 T1 和 T2: 起动转矩： T1 = (0.8 0.9) TM 切换转矩： T2 = (1.1 1.2) TL 起切转矩比： =T1T2R2 = sN E2N3 I2N(2) 求出 R2 ：第16页，共60页。(3) 起动级数与起动电阻的关系n0TnO3(R22)TLT2 T12(R21)1(R2)abcdefT = +2TM sMs ssM当 ssM 时：T = 2TMsM s当 s 不变时：T 1sM 1R2 T1 R22T2 R21 =b点和 c点=R21R2d 点和 e点=当 sM 不变时： T sT1 seTN sN =sasM3s

8、esM1=1R22seR2= sNT1TNR2R22第17页，共60页。T1 R2mT2 R2(m1)=R2(m1)R2(m2)= 对于 m 级起动：=R21R2=R21 =R2R22 =R21 R2m = R2(m1)=2R2 =m R2Rst1 = R21R2Rst2 = R22R21Rstm = R2mR2(m1)= R2m R2 mm =R2mR2 lg lg= TN sNT1 m第18页，共60页。 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， 转子电路正常运行时: f2 低，电阻小，Tst 大， Ist 小。自动切除变阻器。

9、二、转子电路串频敏变阻器起动第19页，共60页。M33Q111.2 三相异步电动机的制动一、能耗制动1. 制动原理n+UQ2 RbI1FF制动前： Q1 合上，Q2 断开，M 为电动状态。制动时： Q1 断开，Q2 合上。M 为制动状态。定子：UI1转子：nE2 I2TT第20页，共60页。2. 能耗制动时的机械特性OnT特点： 因T 与 n 方向相反， n T 曲线在第、 象限。 因 n = 0 时， T = 0， n T 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。I1I1第21页，共60页。3. 能耗制动过程 迅速停车TLOnT12(1) 制动原理：制动前：

10、特性 1。制动时：特性 2。a 点b 点原点 O (n = 0，T = 0)，惯性ab(T0，制动开始)n制动过程结束。(2) 制动效果： RbI1T制动快(3) 制动时的功率： 定子输入：P1 = 0，轴上输出：P2 = T0动能 P2 转子电路的电能， PCu2消耗掉。第22页，共60页。4. 能耗制动运行 下放重物TLOnT12aa 点b 点惯性(T0，制动开始)bn原点 O (n = 0，T = 0),在TL作用下n 反向增加cc 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。第23页，共60页。二、反接制动1. 定子两相反接的反接制动

11、迅速停车3 M33 M3Rb电动状态制动状态(1) 制动原理：第24页，共60页。TL制动前：正向电动状态；制动时：OnT1n02n0定子相序改变，n0 变向。bs =n0 nn0=n0+nn0即：s 1 (第象限)。同时：E2s、I2 反向，T 反向。aca 点b 点惯性(T0，制动开始)nc 点(n = 0，T 0),制动结束。到 c 点时，若未切断电源，M 将反向起动。TLd第25页，共60页。取决于 Rb 的大小。(2) 制动效果：aOnT1n02n0bc(3) 制动时的功率：Pe = m1I22R2+ Rb s0PCu2 = m1(R2 + Rb ) I22 = PePm = Pe

12、+ |Pm|0Pm = (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第26页，共60页。2. 转子反向的反接制动下放重物OnT1n02bcTLad(1) 制动原理： 定子相序不变，转子电路串联对称电阻 Rb。a 点b 点惯性(TTL)nc 点 ( n = 0，TTL )在TL 作用下M 反向起动d 点( n0，T = TL )制动运行状态(2) 制动效果： 改变 Rb 的大小，改变特性 2 的斜率，改变 nd 。下放重物： TcTL 。3e第27页，共60页。(3) 制动时的功率：s =n0nn0第象限：1 (n0)Pe = m1I22R2+ Rb s0pCu2

13、= m1(R2+ Rb ) I22 = PePm = Pe + |Pm|0Pm = (1s ) Pe 定子输入电功率 轴上输入机械功率 （位能负载的位能） 电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。第28页，共60页。三、回馈制动用于高速下放重物，不用于迅速停车。在调速过程中也会自动出现回馈制动现象。1. 下放重物时的回馈制动G3 M3RbOnTn01TLTTnTLbac反向电动回馈制动第29页，共60页。（1） 制动时的功率：s =n0nn0=n0+nn0第象限：0 (nn0)Pe = m1I22R2+ Rb s0PCu2 = PePm|Pe | = |Pm|PCu20Pm= (1s ) Pe=

14、 m1I221ss(R2+ Rb )定子发出电功率， 向电源回馈电能。轴上输入机械功率 （位能负载的位能） 机械能转换成电能 （减去转子铜耗等）。第30页，共60页。（2） 制动效果：Rb特性 2 斜率下放速度 为了避免危险的高速，一般不串联 Rb。2. 减压调速与变极调速时的回馈制动TnOfNf1TLabcdTnOYYYTLabcd?第31页，共60页。 例3：一台绕线型异步 M 的技术数据为：PN = 75 kW， nN = 1 460 r/min，MT = 2.8 ，U2N = 399 V，I2N = 116 A。在固有特性上带动反抗性恒转矩负载运行，TL= 0.8TN 。为使电动机快速

15、反转，采用反接制动。(1) 要求制动之初的电磁转矩为T = 2TN ，求转子每相应串联的电阻值Rb；(2) 电动机反转后的稳定转速为多少？ sN =n0nN n0=150014601500= 0.027R2 =sN U2N3 I2N=0.027399 1163= 0.0536 解：(1)第32页，共60页。aOnT1n02n0bcTL固有特性上的临界转差率：sM = sN ( MT +MT21 )= 0.027 ( 2.8 +2.821 )= 0.146( )2sa = sMMTTNTLMTTNTL1( )2= 0.1462.80.82.80.81= 0.0213sb = 2sa = 1.98

16、( )2sM = sbMTTNTb+MTTNTb1第33页，共60页。+ 1 ( )2sM =1.982.822.82= 4.71Rb = ( 1) R2sMsM= 1.676 = ( 1)0.05364.710.146(2) M 反转后的稳定转速:TLaOnT1n02n0bcTLd( )2= 4.712.80.82.80.81= 0.687nd = (1sd ) n0 =(10.687)(1500)= 469.5 r/min( )2sd = sMMTTNTLMTTNTL1第34页，共60页。 例4：一台绕线型异步 M 的技术数据为：PN = 75 kW， nN = 1 460 r/min，M

17、T = 2.8 ，U2N = 399 V，I2N = 116A。 该 M 拖动起重机的提升机构，如果：TL= 0.8TN，下放速度为 300 r/min，问：应当采用什么制动方法？并具体计算。sN =n0nN n0= 0.027OnT1n0TLa2bc解：采用转子反转的反接制动法。R2 =sN U2N3 I2N= 0.0536 300第35页，共60页。= 0.146在固有特性上：sM = sN ( MT +MT21 )当 TL = 0.8TN 时：( )2sa = sMMTTNTLMTTNTL1= 0.0213在人为特性上， TL = 0.8TN 时( c 点)：sc =n0nc n0=15

18、00(300)1500= 1.2则：Rb = ( 1) R2scsa= ( 1)0.05361.20.0213= 2.966 第36页，共60页。 三相异步电动机的反转第37页，共60页。第 十二章 异步电机的制动第38页，共60页。12 三相异步电动机的调速1. 改变磁极对数 p2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1(变频调速)调速方法： n = (1 s) n0 = (1 s)60 f1 p 有级调速。无级调速。第39页，共60页。一、电动机的调速指标1. 调速范围 D =nmax nmin 重型铣床的进给机构： D = 300 (2 600 mm/min)2. 调速方向3. 调速

19、的平滑性 平滑系数 =ni ni14. 调速的稳定性 静差率= 100%n0nn0 TnOn01n02nNnN D、nN 的关系(nN = nmax)D =nNnN (1)第40页，共60页。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。第41页，共60页。TL二、变极调速n0TnO

20、YYY0.5n0n0TnOYY0.5n0TL1. 调速方向 YYY ()：n Y () YY ： n2. 调速范围:D = 2 4第42页，共60页。3. 调速的平滑性： 平滑性差。4. 调速的稳定性： 稳定性好。静差率：% =n0nn0 nn0 =(基本不变）5. 调速的经济性： 经济性好。6. 调速时的允许负载：(1) YYY：恒转矩调速。 满载输出功率：P2 =3 UN IN cos1满载输出转矩：T2 = P2= 12 INYINYY= 12 Y YY第43页，共60页。如果 cos1不变，则：= 12 P2YP2YY= 1 T2YT2YY（恒转矩调速）(2) YY（近似）恒功率调速：

21、= 3 IPN 2 IPN ININYY= 3 2 = 12 YY如果cos1不变，则： P2P2YY= 3 2 1（恒功率调速） T2T2YY= 2 3 2 = 1.732第44页，共60页。n0TnOsMUNTLTL三、变转差率调速（能耗转差调速）1. 调压调速:TL(1) 调速方向: U1(UN)U1n0TnOsMUNU1n(2) 调速范围： D 较小。第45页，共60页。(3) 调速的平滑性:若能连续调节U1，n 可实现无级调速。(4) 调速的稳定性： 经济性较差。 需要可调交流电源； cos1和均较低。(6) 调速时的允许负载： 既非恒转矩调速，又非恒功率调速。TU1p2稳定性差。(

22、5) 调速的经济性：U1T (n)P2第46页，共60页。n0TnOTMR2R2+Rr2. 转子串电阻调速TLM33RrKM(1) 调速方向:n(2) 调速范围：D 较小。第47页，共60页。(3) 调速的平滑性:Rr %(5) 调速的经济性： 初期投资不大，但运行效率较低。(6) 调速时的允许负载： 取决于 Rr 的调节方式。(4) 调速的稳定性：稳定性差。 恒转矩调速。 调速前后 U1 、 f1 不变，m不变，T = CTm I2N cos2 基本不变。第48页，共60页。3. 串级调速(1) 串级调速的原理 在转子电路中串联一个与 e2s 频率相等、相位相同或相反的附加电动势 ead ，

23、以代替 Rr 上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：sE2 EadR2 + j sX2I2s = I2s = sE2 + EadR22 + (sX2 )2 e2s 与 ead 同相位时：在引入 ead 的瞬间：I2sTnsE2I2sTT =TL第49页，共60页。I2s = sE2EadR22 + (sX2 )2 e2s与ead 相位相反时：在引入 ead 的瞬间：I2sTnsE2I2sTT =TL(2) 串级调速的机械特性n0TnOE2sE2s+EadE2sEad第50页，共60页。(3) 串级调速的调速性能 调速方向: 调速范围： D 较大。 调速的平滑性：平滑性好（无级调速

24、）。 调速的稳定性：稳定性好。 调速的经济性： 初期投资大；运行效率较高，运行费用不大。 调速时的允许负载：恒转矩调速。 调速前后 U1 、 f1 不变，m不变， 基本不变。 T = CTm I2N cos2 第51页，共60页。三、变频调速 U、f 可 变M33整流电路逆变电路50 Hz控制电路 直 流n0TnOn0f1fNU1L= UNn0TnOn0f1fN ，=常数U1f1 TLTL第52页，共60页。1. 调速方向:f1fN 时：nf1fN 时：n2. 调速范围:3. 调速的平滑性:5. 调速的经济性：4. 调速的稳定性：D 较大。平滑性好（无级调速）。稳定性好。 初期投资大；运行费用

25、不大。6. 调速时的允许负载：(1) f1fN 时：恒转矩调速。=常数U1f1 m基本不变， T = CTm I2N cos2 基本不变。第53页，共60页。 P2 = T2U14.44 f1 kw1N1m=T(2) f1 fN 时：恒功率调速。 U1L = UN T = CTm I2N cos2 1f11n1nT n P2 = 常数第54页，共60页。(1) 转子转速 n；(2) 当 U1 = 0.8 UN 时的转子转速；(3) 当 U1L = 0.8 UN，f1 = 0.8 fN 时的转子转速;(4) 当 R2 + Rr = 0.05 时的转子转速。 例2：某三相异步 M 的技术数据为：P

26、N = 30 kW， UN = 380 V，nN = 980 r/min，MT = 2.2， R2 = 0.02 ，TL = 0.8 TN。求：解：(1)sN =n0nN n0=10009801000= 0.02sM = sN ( MT +MT21 )= 0.02 ( 2.2 +2.221 )= 0.083第55页，共60页。( )2s = sMMTTNTLMTTNTL1= 0.0156( )2= 0.0832.20.82.20.81n = (1s) n0 = 1 000 (10.0156) = 984.4 r/min (2) 当 U1L = 0.8UN 时，n0、sM 不变，TMU12：TM = 0.82MTTN= 0.822.2 TN = 1.408 TN = 0.026