相异步电动机的机械特性及各种运转状态.ppt

1,回顾：三相交流电机的功率和转矩：,三相交流电机从电网吸收的功率： 传递到转轴的机械功率为： 转轴的实际输出功率为： 输出电磁转矩为： 转矩平衡方程：,转矩常数,2,补充： 三相异步电动机的 机械特性及各种运转状态,3,机械特性的三种表达式,直流电力拖动和交流电力拖动的共同问题 稳定性 机械特性和负载特性的配合 机械特性也是指转速与转矩间的关系n=f(T)，包括：固有机械特性和人为机械特性 负载转矩特性也是负载转矩与转速间的关系Tz=f(n)，包括：恒转矩负载、恒功率负载、通风机负载 机械特性 物理表达式 参数表达式 实用表达式,一、物理表达式,机械特性的物理表达式： CT1 异步电动机的转矩系数 m 异步电动机每极磁通 转子电流的折算值 转子电路的功率因数,显然，,5,由物理表达式绘制异步电动机的机械特性曲线： 转子电流公式n=f(I2) I2=0，电机空载，n=ns ，随着转子电流增大，转速下降 转子电路功率因数公式n=f(cos2) 电机起动时刻（s=1，n=0），cos2很小，当在额定负载下运行时（s很小,nN）， cos2增大。 将上述两条曲线相乘并乘以CT1mn=f(T),表明：电动机的电磁转矩T与气隙磁通m及转子电流有功分量 的乘积成正比 物理表达式适用于对三相异步电动机进行定性分析,6,二、参数表达式,物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机一些参数（如定子相电压U、s、R1、R2、X1、X2 ）间的关系，因此必须推导出机械特性的参数表达式 参数表达式适用于分析参数变化对电动机运行性能的影响,7,因为：,并且：,异步电动机的机械特性参数表达式,8,由参数表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：,9,几个重要参数,临界转差率：,最大转矩：,对s求导，令dT/ds=0,其中，正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态,由于,10,临界转差率：,最大转矩：,结论： 1）当电动机各参数及电源频率不变时，Tmax与U2成正比，sm则保持不变，与U无关； 2）当电源频率及电压不变时，sm与Tmax近似地与X1+X2成反比； 3）Tmax与R2之值无关，sm则与R2成正比。,11,异步电动机接到电源开始起动时的电磁转矩（s=1，n=0） 对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻，可以改善起动特性,过载倍数,如果负载转矩TzTmax，电动机将会停转 为保证电动机不会因为短时过载而停转，电动机必须具有一定的过载倍数 KT反映了电动机短时过载的极限,起动转矩,12,对于笼型转子异步电动机，转子电路不能串联附加电阻，此时，Tst与TN的比值称为起动转矩倍数 Kst是笼型异步电动机的一个参数，反映了电动机的起动能力。,起动转矩倍数,参数表达式适用于分析T与电动机参数之间的关系。 根据参数表达式绘制机械特性，需要知道相关的参数（如R1、R2、X1、X2 等） 通常情况下，电动机产品目录中没有这些参数，因此需要导出实用表达式,13,三、实用表达式,忽略 R1 得到实用表达式,Tmax及Sm可根据电动机产品目录中查到的数据进行计算,14,TzTN时，s/sm sm/s，忽略s/sm可得 ssN，T与s成正比，机械特性可看成一条直线，电动机不论带动何种负载均能稳定运行，称为工作部分 ssm，机械特性为一曲线，只有带动通风机负载才能稳定工作，常称为非工作部分,15,固有机械特性与人为机械特性,一、固有机械特性,固有机械特性 异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线 。,16,几个特殊点 起动（堵转）点A； n=0,T=Tst, I1st=(47)I1N 额定工作点B； n=nN,T=TN, I1=I1N 同步转速（理想空载）点H； n=ns,T=0, I2=0, I1=I0 最大转矩（临界）点P和P 电动状态最大转矩点PT=Tmax, s=sm 回馈制动最大转矩点PT=Tmax, s=sm 回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大,17,二、人为机械特性,人为机械特性 异步电动机电磁转矩T的数值由某一转速n（或s）的电源电压U、电源频率f1、定子极对数p、定子及转子电路的电阻及电抗（R1、R2、X1、X2）决定的。 人为机械特性通过人为改变上述参数得到的机械特性。,18,（一）降低 U,Tmax及Tst与U2成正比降低； sm与U的降低无关； 同步转速不变 固有机械特性上转矩值乘以电压变化百分数的二次方即可得到降压的人为机械特性,19,额定运行时， U =UN，I1=I1N，n=nN，T=TN； U I1， I2T（TTz）ns sE2 sE2I2 T（T=Tz时达到新的平衡） U 下降前后负载保持额定值不变，而 因此 由于n下降 szsN，故I2z I2N，即U 降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏,降低电网电压对电动机运行的影响,（可以增大电压？）,20,（二）转子电路内串联对称电阻,Tmax与同步转速ns不变 Tst刚开始随R的增大而增大，增大到Tst=Tmax后，Tst随着R的增大而减小 Sm随着R的增大而增大 适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速,21,（三）定子电路串联对称电抗,同步转速ns不变 Tmax、Tst、Sm将随Xst增大而减小 用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流,22,（四）定子电路串联对称电阻,同步转速ns不变 Tmax、Tst、Sm将随Rf增大而减小 也用于笼型异步电动机的减压起动 。,23,（五）转子电路接入并联阻抗,起动初期，转子频率sf1较大，Xst=2sf1Lst较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst； Rst决定了起动电流和起动转矩； 随着转子转速升高，转子频率降低，Xst减小，大部分转子电流流过电抗器 起动过程结束，转子频率很小，电流几乎全部流过电抗器，将电阻短路 由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩。 转子接入并联阻抗还可限制起动电流，在级数最少的情况下，保证电动机平滑加速,24,25,一、电动运转状态,三相电机的运转状态,三相异步电动机的工作状态： 电动运转状态 制动运转状态,机械特性位于一、三象限 特点转矩T与旋转方向n同向 能量转换 由电网吸取电能，扣除自身损耗外，转换成机械能带动负载,26,二、制动运转状态,可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。 机械特性位于二、四象限 共同特点电动机转矩与转速方向相反。 能量转换电动机由轴上吸收机械能，转换为电能。,（）回馈制动状态,实现过程 电动机由于某种原因（例如位能负载的作用），使转速高于同步速度，nns，s0； 转子感应电动势sE2反向，转子电流的有功分量 改变方向； 转矩T和转速n反向，为制动转矩。,ns,27,转子电流有功分量 反向,定子电流有功分量 反向,功率传递方向： 定子绕组将电能回馈电网 由轴上吸收机械功率,机械特性： 位于第二象限(T负，n正) 当制动转矩T与负载转矩Tz平衡时，电动机稳定运行,28,（二）反接制动状态,1转速反向的反接制动,实现转子电路串一大电阻Rf 重物产生的转矩Tz与电动机转矩方向相反。 TstTz时，重物倒拉着电动机反向起动，T 与n 方向相反，为制动状态。 转差率为s=ns-(-n)/ns1 随着转速的增加，s，I2及T均增加，T=Tz时，等速下放。,ns,29,功率传递方向 Pe=3I22（R2+Rf）/s0，转子由定子输入电磁功率 P2=Pe(1-s) 0，电动机由轴上输入机械功率 P2=Pe-P2消耗在转子电路的总电阻（R2+Rf）上,30,2定子两相反接的反接制动,实现将定子两相反接 磁场反向旋转，E2、I2及T均与电动状态时反向，s=(-ns-n)/(- ns)1 制动前工作在固有机械特性A点 两相反接，转矩反向，转移到B点 BC段为反接制动特性 如不切断电源，可自行反向起动 CD段为反向电动特性，至D点稳定运行 如带位能负载，D点后继续反向加速，当|-n|-ns|后，反向回馈制动状态,ns,31,功率传递方向 Pe=3I22（R2+Rf）/s0，转子由定子输入电磁功率 P2=Pe(1-s) 0，电动机由轴上机械功率 P2=Pe-P2消耗在转子电路的总电阻（R2+Rf）上,32,（三）能耗制动状态,实现K1断开，K2闭合，在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。 制动过程 由于惯性，转速仍为n 切割磁力线感应电势感应电流电磁力制动转矩 在制动转矩和负载转矩共同作用下，转子减速至0 能耗制动可以使反抗性负载准确停机，也可以使位能性负载匀速下放,N,S,n,33,能耗制动特性 改变转子串联电阻 转子内电阻增加而直流励磁电流不变时，产生最大转矩时的转速增加，最大转矩保持不变，如特性曲线1、3所示，特性3对应串联较大电阻。类似于正常工作时，转子电路串电阻的情况。 改变定子直流励磁电流 转子电路的串联电阻不变而直流励磁电流增加时，临界转差率不变，最大转矩增大，如特性1、2所示，特性2对应较大直流励磁电流。类似于正常工作时改变定子电压的情况。,34,三、运转状态小结,异步电动机运转状态的四象限分析： 在正转方向，特性1与1的第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性； 在反转方向，特性2与2的第二象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。 能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线3与3表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限则对应于反转。 图中特性1，2及3对应于异步电动机转子有串联电阻时，而1，2及3则对应于没有串联电阻。,正向回 馈制动,正向 电动,反向电动,倒拉反 接制动,反向回馈制动,能耗 制动,两相反接制动,35,第五节 绕线转子异步电动机调速 及制动电阻的计算,计算的目的 决定一个适当的电阻Rf，在绕线转子异步电动机调速及制动时串入转子电路，以保证获得运行所需要的调速及制动特性。,36,例10-2 某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：,（2）从电动状态（中A点） 时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于 （图中C点），则转子每相应该串接多大电阻？,（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要求稳定的下放转速 r