相感应电动机的电力拖动.ppt

第五章 三相感应电动机的电力拖动 51 异步电动机的电磁转矩和机械特性 一、机械特性的三种表达式 1、机械特性的物理表达式 反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电 流有功分量的乘积成正比的物理本质。 电磁转矩的物理表达式 2、机械特性的参数表达式 根据简化电路得到 的转子电流 转子侧功率因数 机械特性的参数表达式 电磁转矩的参数表达式： 电磁转矩与转速之间的关系曲线，是电动机的机械特性。 几个关键点： 起动点 最大转矩点 额定工作点 电动，发电，制动三种 运行状态 电磁转矩的参数表达式（2） 异步电动机的T-s曲线上有一个最高点； 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。 代入转矩公式，得 过载能力：最大转矩与额定转矩之比： （1.62.2) 最大转矩，过载能力 最大转矩与电网电压的平方成正比； 最大转矩近似与漏电抗成反比； 最大转矩的位置可以由转子电阻的大 小来调整； 最大转矩的值与转子电阻值没有关系 ； 异步电动机调节转子电阻时机械特性 的变化。 关于最大转矩的几个重要结论 起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流 ；从等效电路求出起动电流： 起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩 若令Sm = 1 起动转矩等于最大转矩 。 对于绕线式转子可通过外串 电阻达到。 起动电流、起动转矩 异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比； 总漏抗越大，起动转矩越小； 绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的 电阻可以增大起动转矩； 起动转矩的几个重要结论 当 时， 起动转矩最大。 通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。 3 转矩的实用计算公式 二、固有机械特性 当定子的对称三相绕组 按规定的接线方式； 定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率 的三相电压； 转子回路不串任何阻抗，直接短路。 这种情况下得到的nf（T）， 称为固有机械特性。 T S 固有机械特性的特殊点 固有机械特性的特殊点： 1. 起动点A：该点S1； 2. 临界点B：该点SSm； 3. 额定点C：该点SSn； 4. 同步点D：该点S0， 又称理想空载点； S=0 S=1 T0 Sn Tn Sm Tm 三、人为机械特性 人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路 电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为机 械特性。 1. 降低定子端电压的人为特性； 2. 改变转子回路的电阻的人为特性 ； 3. 改变定转子回路电抗的人为特性 ； 4. 改变极数后的人为特性； 5. 改变输入频率的人为特性； 起动转矩： 最大转矩： 临界转差率： S T 改变定子电压的人为特性 T S 改变转子电阻的人为特性 T S 改变定子电抗的人为特性 人为特性曲线 5-2 三相感应电动机的起动 起动性能包括： 起动电流倍数Ist/IN; 起动转矩倍数Mst/MN; 起动时间 起动时消耗的能量 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间 异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。 起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 转子电流用功分量小 。 异步电动机的起动， 存在两种矛盾： 1. 电动机起动电流大， 供电网络承受冲击电流能量 有效； 2. 电动机起动转矩小， 负载要求有足够的转矩才起动 ； 异步电动机起动分四种情况： 1. 小容量轻载起动； 2. 中、大容量轻载起动 ； 3. 小容量电机重载起动 ； 4. 中、大容量重载起动 ； 一、小容量电动机轻载起动直接起动 不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电 线路长短有关。 （要求母线降落不大于10） 电动机容量与供电变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求； 一般7.5KW以下电机允许直接起动。 二、中、大容量电动机轻载起动降压起动 此时主要矛盾时电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压 。 起动电流： 降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速 升高到一定值， 恢复全电压。 注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后， 比起动电 流降低得更厉害。 常用的降压起动方法 定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动 延边三角形起动 三、小容量电动机重载起动 主要矛盾是起动转矩不足。 解决的方法： 容量大一号的电动机； 高起动转矩的电动机 特殊电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响 。转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。 集肤效应 漏磁通只穿过槽一次， 由 槽底铁心形成闭合回路。 可以 看成许多单元导体的并联； 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小；接 近槽底底单元，漏抗大， 使导体电流密度分布不均， 产生 把电流向槽口排挤的“趋表效应”； 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加； 深槽式：高度是宽度的1012倍， 堵转时， 电阻达额 定运行的3倍， 随着转速升高， 频率降低， 电流分布 趋向均匀， 转子电阻自动减小。 双鼠笼式： 两套绕组， 材料不同， 截面也不同。 外笼： 起动笼， 截面小， 材 料选用电阻系数大； 内笼： 工作笼， 截面大， 电 阻系数小。 外笼 内笼 四、中、大容量电动机重载起动 两种矛盾同时起作用。 采用绕线式电机， 转子串电阻。 既增大起动转矩 ， 又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。 5-3 三相感应电动机的制动 三相异步电动机的电动状态：电磁转矩T与转速n同方向 ，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外， 转变为机 械功率送至负载； 三相异步电动机的制动状态：T与n方向相反； 制动状态方式： 反接制动； 回馈制动； 能耗制动； 一、反接制动 1. 转向反向的反接制动（正接反转） 重物下放的例子 ： TZ与转速n方向一致。 稳态时， 电磁转矩TTZ ， 方向与n相反。 从机械特性分析 ： A点（电动状态 ） n0, T0 B点（制动状态 ） n0 足够大的电阻 A BT S 转差率： 性质： 等效电阻 ： 机械功率吸收机械功率； 电能从定子传向转子 ； 全部消耗在电阻上 ； 2、两相对调 A B T S 电机原运行于电动状态，两相对调后， 气隙磁密立即反向， 以n1转速旋转 ； 电机机械特性从1到2； 反接的过程， 从反接开始到转子为零的过程。 两种反接制动， 均有S1, 机械功率为输入。 区别： 前者由负载提供机械功率 后者由整个转动部分提供储能。 二、异步机的回馈制动 把转轴上输入的机械功率， 经异步机转化为电功率送到电网 。 轴上外施驱动转矩， 电机以同步方向旋转 能量流向： T与n方向相反， 处于制动状态 回馈制动的实现 （1）同步转向反向的回馈制动（反接正转 ） 定子两相对调后， 位能性负载最后稳定于第四 象限， 重物以高于同步速的速度下放。 （2）同步转向不变的回馈制动 电车下坡 ； 变极或变频调速过程； 三、异步电动机的能耗制动 制动时， 三相绕组脱离三相电源， 由直流电流过定子绕组，在气隙中 形成恒定磁场。 过程分析 ： 由于惯性， 转子仍以n速度旋转 切割磁力线感应电势感应电流产生电磁力制动转矩 在制动转矩和负载转矩共同作用下， 转子减速至n0。 能耗制动可使反抗性负载准确停机， 使位能性负载匀速下 放。 注意：恒定磁场获得， 需通过定子绕组的改接 5-4 三相感应电动机的调速 要求电动机具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速； 调速的方法： （1） 改变定子绕组的极对数p； （2）改变电源的频率f1； （3）改变电动机的转差率； 改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗； 转子回路引进fsf的外加电势 一、变