异步电动机电气控制(机电传动控制)

第五章异步电动机的电气制动 一 概述 1 电力拖动系统的制动方式 机械制动 用于停车制动 电气制动 用于减速制动 限速制动 2 交流异步电机的电气制动方式 发电反馈制动 反接制动 动力制动 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 二 发电反馈制动 1 基本原理 1 基本原理 当n n0时 S 0 使F与n方向相反 2 基本方法 1 在重力载荷作用下 使n n0时 产生制动 限速制动 2 采用调频电源 f n0 使n n0 60f p时 产生制动力 称低频制动 减速制动 5 1异步电动机电气制动的种类 5 1异步电动机电气制动的种类 二 发电反馈制动 第五章异步电动机的电气制动 基本原理分析 如图5 1重物下放拖动系统 第五章异步电动机的电气制动 二 发电反馈制动 2 工作特性 特性方程 主要特点 制动时 n n0 S 0 S为负值 制动特性 位于第2象限 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 二 发电反馈制动 1 在恒频电源下 通过重力负载实现限速制动 主要特点 勿需改变正常接线方式 不增加任何设备 节能效果好 向电网反馈电能 使用条件 用于重力负载的限速制动 n n0 3 实际应用 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 二 发电反馈制动 3 实际应用 2 采用变频电源 通过调频实现制动 主要特点 采用变频电源 制动力矩可调 制动效果好 但不能向电网反馈电能 只能消耗在电阻中 使用条件 用于减速或限速制动 n n0 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 三 反接制动 1 制动方式 1 两相反接制动 改变 n0 方向 M0 2 反转反接制动改变n方向 n0 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 基本原理 改变定子三相电源任意两相相序使n01 M 0 产生制动 在转子绕组中串入电阻进行限流增加 并调节制动力 主要应用 减速制动 三 反接制动 1 两相反接制动 改变 n0 方向 M0 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 基本原理 在转子绕组中串入电阻R2 使M1 n与M方向相反 产生制动力 主要应用 限速制动 三 反接制动 2 反转反接制动改变n方向 n0 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 三 反接制动 2 主要应用 1 两相反接制动 减速制动 2 反转反接制动 限速制动 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 三 反接制动 3 主要特点 优点 方法简单 制动力矩大 能实现减速和限速制动 缺点 S 1 能量损耗较大 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 四 动力制动 动力制动 也称为能耗制动 主要应用 减速制动和低速限速制动 基本原理 制动时 定子接直流电源 使f1 0 n0 0 当n0 0时 n n0 n 0 I2 0 M 0 产生制动 5 1异步电动机电气制动的种类 第五章异步电动机的电气制动 基本原理 将定子的三相交流激磁改成直流激磁 使定子的旋转磁场变成静止磁场 转子在负载力矩作用下进行发电制动 动力制动 需要解决的问题 1 三相交流激磁与直流激磁的等效关系及其接线方式 2 直流励磁方式对动力制动机械特性的影响 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 等效关系 需要解决的主要问题 如何将三相定子绕组与直流电源进行连接 在定子绕组中应通入多大的直流激磁电流 基本要求 保证三相交流激磁与直流激磁的磁势平衡关系 主要因素 取决于电动机三相定子的连接方式 Y或 连接 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 1 三相绕组星形 Y 接法的等效关系 设 任意时刻t 定子线圈三相绕组的相电流为 1 三相交流励磁的变化规律 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 1 三相绕组星形 Y 接法的等效关系 1 当t 0瞬时 定子的三相交流电为 0 1 23I1 1 23I1 交 直流的等效关系 2 三相交流励磁的瞬时等效关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 1 三相绕组星形 Y 接法的等效关系 2 当 t 2时 定子的三相交流电为 1 41I1 0 707I1 0 707I1 交 直流的等效关系 2 三相交流励磁的瞬时等效关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 2 三相绕组三角形 接法的等效关系 设 三相绕组的相电流为 电源线电流与绕组相电流的关系 1 三相交流励磁的变化规律 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 2 三相绕组三角形 接法的等效关系 1 当 t 2时 电源三相线电流 交 直流励磁的等效关系 2 三相交流励磁的瞬时等效关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 2 三相绕组三角形 接法的等效关系 2 当 t 3时 电源三相线电流 交 直流励磁的等效关系 2 三相交流励磁的瞬时等效关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 一 交 直流励磁电流的等效关系 各种接线方式与等效电流的关系如表5 1 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 等值电路 将转子回路的电源参数 I2 E2 和电路参数 R2 X2 按一定的等效折算原则 折算到定子一侧的电路 基本定义 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 等值电路的实际意义 可利用电路原理及其计算方法 对异步电机的定子与转子工作参数进行定量计算和分析 并得出电机在动力制动状态下的机械特性方程和特性 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 等值电路的等效折算关系 1 定子磁势与转子磁势的平衡关系 2 转子回路的电势平衡关系 5 2动力制动的工作原理 3 定子回路的电势平衡关系 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 1 定子磁势与转子磁势的平衡关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 1 定子磁势与转子磁势的平衡关系 1 电动机状态下 当U1一定 恒定 I1随I 2变化 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 1 定子磁势与转子磁势的平衡关系 2 动力制动状态下 定子磁势W1I1 恒定 直流励磁 合成气隙磁通 随I2变化 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 2 转子回路的电势平衡关系 5 21 5 2动力制动的工作原理 其中 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 2 转子回路的电势平衡关系 5 2动力制动的工作原理 5 21 5 21 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 2 转子回路的电势平衡关系 5 2动力制动的工作原理 5 21 5 21 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 2 转子回路的电势平衡关系 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 3 定子回路的电势平衡关系 根据 W1 产生E1电磁作用关系 kI0因此 E1可以用励磁电流I0表示 式中 xm 电动机的磁励电抗 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 得定子电路的等效过程 5 2动力制动的工作原理 3 定子回路的电势平衡关系 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 4 电机的等值电路 根据定子电动势E1和转子开路等效电动势E20的基本关系 可得 定子回路a b两点与转子回路c d两点的电位相同 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 二 交流异步电机的等效电路 4 电机的等值电路 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 分析方法 电磁力矩为 同步电磁功率 求出转子电流I 2 可求 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 1 求出转子电流 5 24 5 2动力制动的工作原理 5 22 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 2 动力制动特性方程 5 2动力制动的工作原理 5 25 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 5 26 2 动力制动特性方程 特性方程 式中 若不考虑铁心的磁饱和 励磁电抗xm为常数 上式可简化成为 5 2动力制动的工作原理 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 3 动力制动特性曲线 特性方程 5 2动力制动的工作原理 定子励磁电流I1一定 Mm一定 转子电阻R2一定 Sm一定 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 动力制动状态 电动机状态 3 动力制动特性曲线 5 2动力制动的工作原理 最大力矩Mmax 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 动力制动状态 电动机状态 其中 故 动力制动时 Sm非常小 需要串电阻R2增大Sm 3 动力制动特性曲线 5 2动力制动的工作原理 临界转差率Sm 第五章异步电动机的电气制动 三 动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 动力制动状态 电动机状态 3 动力制动特性曲线 5 2动力制动的工作原理 转差率S的意义与表示 转差率的意义相同 表示方式不同 第五章异步电动机的电气制动 一 计算方法及步骤 1 计算方法 1 先计算I 2 2 然后计算电磁功率Ps 3 计算制动转矩M 得出机械特性 5 3动力制动机械特性的计算 第五章异步电动机的电气制动 1 计算I 2 5 24 考虑铁心的磁饱和 励磁电抗xm为I0的函数 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 第五章异步电动机的电气制动 将5 24式两边平方得 由式 5 22 5 23 得 5 29 化简后得 或 5 30 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 1 计算I 2 第五章异步电动机的电气制动 根据 5 30 在I1给定的条件下 设定一个I0值 在磁化曲线上找到相对应的xm或E 20值 然后利用式 5 30 计算出I 2 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 1 计算I 2 第五章异步电动机的电气制动 2 计算转差率S 在I 2 R 2 x 2已知的条件下 由式 5 29 得 5 31 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 第五章异步电动机的电气制动 3 计算电磁功率Ps 得出I 2 R 2 S的条件下 4 制动转矩M计算 5 制动特性的绘制 设定一个I0 可算出一点S和M 作特性上的一个点 再改变I0值 可得另一点S和M 通过逐点计算 得出特性曲线 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 第五章异步电动机的电气制动 2 计算步骤 已知条件 1 异步电动机磁化曲线 或 2 定子绕组与转子绕组的变比 3 转子绕组电阻r2和漏电抗x2 及转子附加电阻R2 4 定子给定的励磁电流Id或I1 见表5 1 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 第五章异步电动机的电气制动 1 根据定子绕组的连接方式 按表5 l由 励磁电流Id得出I1 2 设定一个I0 在磁化曲线上查到对应的E 20 xmI0 3 根据式 5 30 计算I 2 4 根据式 5 31 计算S 5 根据式 5 32 计算M 6 逐点计算出若干组 S M 将数据绘出机械特性曲线 5 30 5 31 5 32 5 3动力制动机械特性的计算 一 计算方法及步骤 2 计算步骤 第五章异步电动机的电气制动 二 实用计算方法 1 简化计算式 忽略 1 定子侧的简化计算 令 x 2 0 式 5 30 5 31 和 5 32 可简化为 5 34 5 35 5 36 5 3动力制动机械特性的计算 第五章异步电动机的电气制动 2 转子侧的简化计算 用变比系数KT 将I 2 E 20 R 2还原成转子原电路参数 得 5 37 5 38 5 39 5 3动力制动机械特性的计算 二 实用计算方法 1 简化计算式 忽略 第五章异步电动机的电气制动 2 万用磁化曲线 特定系列电动机的通用磁化曲线 横座标 相对励磁电流 纵座标 转子相对电势 5 3动力制动机械特性的计算 二 实用计算方法 第五章异步电动机的电气制动 5 3动力制动机械特性的计算 二 实用计算方法 第五章异步电动机的电气制动 3 磁化曲线应用 1 已知 定子额定励磁电流I0N 2 设定I0 得 3 由I 0和万用磁化曲线 得E 20 4 已知 转子额定电压E2N 由E 20 E20 E2N 可得 E20 5 利用式 3 34 3 35 3 36 求S M 作曲线 5 3动力制动机械特性的计算 二 实用计算方法 第五章异步电动机的电气制动 三 计算举例 例5 1 计算某异步电动机的动力制动特性 5 3动力制动机械特性的计算 第五章异步电动机的电气制动 例5 1 计算某异步电动机的动力制动特性 计算结果分析 1 在转子回路无附加电阻时 Sm 0 026 2 当R2 R21 0 309 11 r2时 Sm 0 33 3 当R2 R22 1 719 61 r2时 Sm 1 64 4 当Sm 0 33时 电动机状态下 附加电阻R2 1 5r2 动力制动状态 附加电阻R21 11 r2 5 考虑x 2时 最大力矩较简化计算下降约小5 三 计算举例 5 3动力制动机械特性的计算 第五章异步电动机的电气制动 四 直流励磁电流的估算 工程问题 已知 制动力矩M 求Id Ud 电源容量 计算依据 直流励磁电流Id与最大制动转矩Mmax的关系曲线