第16讲三相异步电动机起动与调速

1 回顾点 机械特性的三种表达式固有机械特性 定性分析 分析T与电动机参数之间的关系 根据电动机产品目录中查到的数据进行计算 n 0 s 1 2 过载倍数 反映了电动机短时过载能力 起动转矩倍数 反映了电动机的起动能力 只有当Tst TL 一般取 Tst 1 1 1 2 TL 电机才能起动 3 几个特殊点起动 堵转 点A n 0 T Tst I1st 4 7 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 I 2 0 I1 I0最大转矩 临界 点P和P 电动状态最大转矩点P T Tmax s sm回馈制动最大转矩点P T T max s s m回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大 固有机械特性 4 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 人为机械特性 5 补充 三相异步电动机起动 调速 制动 6 三相异步电动机的起动性能起动电流倍数 sc Ist IN起动转矩倍数 Kst Tst TN起动时间起动时消耗的能量起动设备的简单和可靠 三相异步电动机的起动方法 7 一 三相笼型异步电动机的起动方法 一 直接起动 三相笼型异步电动机的起动方法直接起动减压起动软起动 实现方法通过一些直接起动设备 把全部电源电压 即全压 直接加到电动机的定子绕组 8 起动时 s 1 起动电流大 可达额定电流的4 7倍 某些笼型异步电动机甚至可达8 12倍f2 f1 接近于90o 很小 起动转矩小 起动时刻 电机处于堵转状态 n 0 s 1 在等效电路中 由于Zm Z2 可视励磁支路开路 则Im 0 所以I2 I1 9 一般规定 异步电动机的功率低于7 5kW时允许直接起动 如果功率大于7 5kW 而电源总容量较大 能符合下式要求者 电动机也可允许直接起动 如果不能满足要求 则必须采用减压起动的方法 10 二 减压起动 1 电阻减压或电抗减压起动 实现方法 起动时Q2投向 起动 位置 起动电阻Rst或起动电抗Xst接入定子电路 闭合主开关Q1 电机起动转速接近于稳定转速时 Q2换接到 运行 位置 电源电压直接加到定子绕组上 电动机起动结束 优点 起动平稳 运行可靠 构造简单缺点 Tst和电压的二次方成正比减小 只适用于轻载起动的场合起动时能量损耗较多 实际应用少 11 实现方法 利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压 减小起动电流 U I1 一次侧相电压和电流Ux Ix 二次侧相电压和电流N1 N2 一 二次绕组匝数Ist 全压U 起动时的起动电流 2 自耦减压起动 12 通过自耦变压器 从电网吸取的电流降低为电压Ux降低为 N2 N1 U 起动转矩为Tst 全压U 起动时的起动转矩起动转矩和起动电流降低同样的倍数优点 电压抽头可供不同负载起动时选择缺点 体积大 质量大 价格高需要维护检修适用范围 容量较大的低压电动机起动 13 实现方法 起动时 将定子绕组联结成星形转速接近稳定时改联结成三角形起动相电压变化情况起动相电流变化情况起动转矩变化情况优点 体积小 重量轻 价廉物美 运行可靠 检修方便缺点 起动电压只能降到 不能根据不同的负载选择不同的起动电压 3 星形 三角形 Y 起动 适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机 14 电机Y 降压启动控制 15 实例 某三相异步电机 三角形连接 以200KV A的三相变压器供电 已知 试分析能否 直接起动 星 三角起动 选用变比为0 73的自耦变压器起动 分析 1 16 分析 2 3 17 三 软起动方法 1 限流或恒流起动方法 2 斜坡电压起动法 用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒定的起动电流 主要用于轻载软起动 用电子软起动实现电动机起动时定子电压由小到大斜坡线性上升 主要用于重载软起动 3 转矩控制起动法 用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由小到大线性上升 起动的平滑性好 能够降低起动时对电网的冲击 是较好的重载软起动方法 18 4 转矩加脉冲突跳控制起动法 5 电压控制起动法 此方法与转矩控制起动法类似 其差别在于 起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩 然后转矩平滑上升 此法也适用于重载软起动 用电子软起动器控制电压以保证电动机起动时产生较大的起动转矩 是较好的轻载软起动方法 19 二 绕线转子异步电动机的起动方法 一 转子串联电阻起动 实现方法 起动时 调在最大电阻位置随着转速的上升 均匀地减小电阻 直到完全切除转速稳定后 将集电环短接 同时举起电刷优点 可限制起动时的定 转子电流 增大起动转矩 减少起动时间适用范围 功率较大的重载起动 20 二 转子串联频敏变阻器起动 实现方法 起动时 转子频率较高 变阻器内涡流损耗较大 RF也较大随着转速的上升 转子频率不断下降 涡流损耗及RF跟着下降 电动机平滑起动起动结束 短接集电环 切除频敏变阻器优点 结构简单 价格便宜 制造容易 运行可靠 维护方便 能自动操作适用范围 功率较大的重载起动 所谓频敏变阻器 是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器 21 异步电动机的调速方法 可见 要调节异步电动机的转速 可从改变下列三个参数入手 1 改变定子绕组的极对数p 2 改变供电电源的频率f1 3 改变转差率s 三相异步电机的调速 22 一 有极调速 实现方法 改变定子绕组联结 一般用于笼型转子 转子极对数能自动与定子极对数相对应改变联结方法 得到的极对数成倍地变化 同步转速也成倍地变化 属于有级调速 23 注 改变定子绕组联结后 要将V W两相出现端交换 以保持调速前后转向相同 定子绕组常用的接法 Y YY YY 24 Y YY 25 YY 26 二 变频调速 27 式中为常数 可见 恒转矩变频调速时 如能保持 定值 则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变 同时可满足磁通 基本不变的要求 在恒功率调速时 28 由此可见 在恒功率调速时 如能满足 定值的条件 调速过程中电动机的过载能力也能保持不变 但此时磁通将发生变化了 如果此时按恒转矩调速满足 定值的条件 则磁通将基本不变 但电动机的过载能力将在调速过程中改变 变频调速具有优异的性能 调速范围较大 平滑性较高 变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速 以适应不同负载的要求 低速时特性的静差率较高 是异步电动机调速最有发展前途的一种方法 29 1 转子串接电阻调速该方法仅适用于绕线形异步电动机 其机械特性如图 图中曲线是一束电源电压不变 而转子电路所串电阻值不同的机械特性曲线 从图中不难看出 当串入电阻越大时 稳定运行速度越低 nA nB nC 且稳定性也越差 转子串电阻调速的优点是方法简单 设备投资不高 工作可靠 但调速范围不大 稳定性较差 平滑性也不是很好 调速的能耗比较大 在对调速性能要求不高的地方得到广泛的应用 如运输 起重机械等 三 能耗转差调速 30 调速 串电阻 后可见 调速前 31 可见 调速前后cos 2不变 根据T CT mI2cos 2可知调速时允许的转矩不变 为恒转矩调速 调速前调速后 32 2 改变定子电压调速 定子调压的机械特性曲线 由图可知对恒转矩负载而言 其调速范围很窄 实用价值不大 对于通风机负载而言 其负载转矩TL随转速的变化而变化 其调速范围宽 所以目前大多数的风扇采用此法 但是这种调速方法在电动机转速较低时 转子电阻上的损耗较大 使电动机发热较严重 所以这种调速方法一般不宜在低速下长时间运行 33 为了提高调压调速的性能 增大鼠笼式异步电动机的调速范围 可采用如下方案 速度闭环控制系统 34 3 串级调速所谓串级调速就是在绕线异步电动机的转子电路中引入一个附加电动势Ef 与E2S的频率相同 相位相同或相反 来调节电动机的转速 这种方法仅适于绕线异步电动机 由异步电动机的等值电路可以求得 串级调速时 通过改变的幅值和相位 也可实现调速 这就是串级调速 相位相同 相位相反 35 36 三相异步电动机的制动 一 能耗制动1 制动原理制动前Q1合上 Q2断开 M为电动状态 制动时Q1断开 Q2合上 定子 U I1 恒定 转子 n 惯性 E2 I2M为制动状态 n T 37 能耗制动原理 实现 制动时 S1断开 电机脱离电网 同时S2闭合 在定子绕组中通入直流励磁电流 直流励磁电流产生一个恒定的磁场 因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场 导体中产生感应电动势和感应电流 右手定则 感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质 左手定则 转速迅速下降 当转速为零时 感应电动势和电流为零 制动过程结束 38 能耗制动控制原理 39 能耗制动控制原理分析 40 二 反接制动 1 定子反向的反接制动 迅速停车 制动前的电路 制动时的电路 1 制动原理 41 1 电源两相反接的反接制动 反接制动 实现 将电动机电源两相反接可实现反接制动 绕线式电动机在定子两相反接的同时 可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩 注意 为了不导致电动机反向启动 当电动机停止的时候应立即切断电源 42 反接制动控制方法 43 三 回馈制动 若