东北电力大学电机学ppt讲义第12章.ppt

第12章三相异步电动机的起动 调速和制动 起动电流要小 以尽量减少由起动电流引起的电网上电压降 而直接影响接在同一电网上的其他电气设备的正常运行 起动转矩要大 大于负载转矩 确保能够起动 并使起动过程加快 12 1三相笼型异步电动机的起动 一 对起动性能的要求 二 鼠笼式异步电动机起动 1 直接起动直接起动是利用刀闸开关或交流接触器把电动机定子绕组直接接到额定电压的电源上 所以也称为全压起动 2 降压起动所谓降压起动就是在起动时 降低加在电动机定子绕组上的电压 以减小起动电流 待电机转速趋向于稳定后 再将定子绕组上电压恢复到正常值 1 定子回路串电抗器起动 2 星 角换接起动对于正常运行时定子绕组接成角形的三相鼠笼型异步电动机 为了减小起动电流 可以采用星 角换接起动 即起动时 定子绕组星接 起动后换成角接 3 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动原理接线如图12 5所示 其一次侧接电源 二次侧降低的电压接电动机定子绕组 起动前先将K合向起动位置 此时电动机定子绕组接在自耦变压器二次侧 待电动机转速接近额定转速时 迅速把K切换到运行位置 此时自耦变压器被切除 脱离电源 电动机直接与电网相连 图12 5自耦变压器起动线路图12 6自耦变压器降压起动时的一相电路 自耦变压器起动参数关系 表12 1三相鼠笼式异步电动机起动方法的比较 12 2双鼠笼和深槽式三相异步电动机 一 深槽式三相异步电动机 深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布 起动时 转子频率最高 则漏抗最大 与电阻相比 它起主要作用 这时影响转子电流分布的主要因素是漏抗 因槽底部分漏抗较槽口部分大 因此起动时 转子导体的电流就被 挤 到了槽口部分 即趋肤效应 其电流密度分布如图12 7 b 所示 其效果就相当于转子导体的有效截面减小 电阻增大 从而增加了起动转矩又限制了起动电流 正常运转时 转子频率很低 转子漏抗大为减小 甚至比转子电阻还小 此时转子电流的分布主要取决于电阻 故转子导条电流近于均匀分布 趋肤效应消失 相当于使转子绕组电阻自动减小 改善了运行性能 二 双鼠笼三相异步电动机 图12 9双鼠笼转子绕组中漏磁通的分布和铸铝转子 起动时 转子频率较高 转子漏抗远较电阻大 此时影响转子绕组电流分布的主要因素是漏抗 因上笼漏抗小 故起动时转子电流主要集中于上笼 即趋肤效应 因此 起动时上笼起主要作用 又由于上笼的结构特点是电阻大 功率因数高 故有较大起动转矩 因此 上笼亦称起动笼 正常运行时 转子频率很低 漏抗就很小 此时影响转子绕组电流分布的主要因素是电阻 因下笼电阻小 故大部分电流从下笼流过 此时漏抗又较小 功率因数就较高 故有较大转矩 因此运行时主要靠下笼 故下笼亦称运行笼 一 转子串电阻起动 图12 11绕线式异步电动机转子串电阻分级起动 a 接线图 b 机械特性 12 3三相绕线式异步电动机的起动 二 转子串频敏变阻器起动 图12 12频敏变阻器 a 结构示意图 b 等效电路 12 4三相异步电动机的调速 异步电动机的调速有以下几种方式 改变转差率s调速 称为变转差率调速 改变磁极对数P调速 称为变极调速 改变电动机供电电源频率调速 称为变频调速 一 变极调速 时一相绕组的连接 a 连接图 b 展开图 a 把每相绕组分成两组 b 两组线圈反向串联 c 两组线圈反向并联 时一相绕组的连接 二 变频调速 当转差率基本不变时 电动机转速与电源频率成正比 因此改变频率就可以改变电动机的转速 这种方法称为变频调速 把异步电动机额定频率称为基频 变频调速时 可以从基频向下调节 也可以从基频向上调节 1 从基频向下调节 异步电动机正常运行时 从基频向下调节时 若电压不变 则主磁通将增大 使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增加 功率因数降低 因此在降低频率调速的同时 必须降低电源电压 根据机械负载的情况 在调速中可采用不同的降低电压方法 例如 在拖动恒转矩负载时 保持主磁通不变 以保证最大转矩基本不变 此时需按照保持不变的规律来调节电压 也就是所谓的调频调压 在异步电动机拖动风机负载低速运行时 为了减小电动机铁耗 可使主磁通低于其额定值 为此电压应比保持不变时的电压更低一些 2 从基频向上调节 由于电源电压不能高于电动机的额定电压 因此当频率从基频向上调节时 电动机端电压只能保持为额定值 这样 频率越高 主磁通越低 最大转矩也越小 因此 从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负载 目前 变频调速通过使用变频器来实现 变频器是一种采用电力电子器件的固态频率变换装置 作为异步电动机的交流电源 其输出电压的大小和频率都可以连续调节 可使异步电动机转速在较宽范围内平滑调节 三 改变转差率调速 1 改变电动机的端电压来调速 当电源电压频率一定时 改变电压 则电磁转矩T随成正比变化 而临界转差率不变 由此作出降低定子电压时的人为机械特性 图12 16改变定子端电压调速 2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 电动机转子回路串电阻后 其机械特性发生变化 虽然最大转矩不变 但达到最大转矩时的临界转差率变化 图12 17转子回路中串电阻调速 带恒转矩负载时 3 串级调速转子加入电阻来调速的主要缺点是损耗较大 为利用这部分电能 可在转子回路中接入一个转差频率的功率变换装置 使这部分电能送回给电网 既达到调速目的 又获得较高的效率 1 改变电源相序的反接制动 正转反接 异步电动机运行时 如果改变定子电流的相序 使电机气隙磁场旋转方向反向 感应在转子中的感应电动势和电流反向 由于转子惯性作用 转子转向不变 所以由转子电流产生的电磁转矩方向与转子转向相反 电机处于反接制动状态 使转速迅速降低 这种制动方法的优点是制动迅速 设备简单 缺点是制动电流很大 需要采取限流措施 并且制动时能耗大 振动和冲击力也较大 12 5三相异步电动机的制动 一 反接制动 2 转速反向的反接制动 正接反转 这种制动是由外力使电动机转子的转向改变 而电源相序不变 这时电磁转矩方向不变 但与转子实际转向相反 所以电磁转矩为制动转矩 使转子减速 这种方式主要用于以绕线式异步电动机为动力的起重机械拖动系统 当起重机械提升重物时 电机运行在电动机状态 电磁转矩为拖动转矩 重物开始提升 如需下放重物 保持电源相序与提升重物时相同 但在转子回路中串入较大电阻 使电磁转矩小于负载转矩 于是重物拖动电机转子反方向旋转 电机运行在反接制动状态 二 能耗制动 12 5三相异步电动机的制动 能耗制动是指在异步电动机运行时 将定子绕组从电网断开 接到一个直流电源上 由直流励磁在气隙中建立一个静止的磁场 于是对旋转的转子来说 相当于磁场反向旋转 因