第十章--三相异步电动机的机械特性及各种运转状态解析.ppt

重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,2,第十章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,3,第一节机械特性的三种表达式第二节固有机械特性与人为机械特性第三节各种运转状态第四节三相绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算,主要内容,4,本章要求,掌握三种机械特性表达式及适用范围掌握固有机械特性和人为机械特性的特点掌握各种制动的实现方法和能量转换过程理解三相绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算方法,直流电机电力拖动的知识如何扩充到交流电机电力拖动，交流电机的电力拖动与直流电机的电力拖动会有什么样的共性和区别？,5,6,第一节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,直流变量的属性：大小、极性交流变量的属性：大小、相位、频率直流电机：励磁可以独立调节，对电枢回路的操作不会影响励磁回路状态；交流电机：没有独立的励磁回路，产生转矩的转子电流是感应产生的，其大小与电机的运行状态有关，即使是恒转矩负载，电流也可能不同的。交流电机由于频率的存在-电抗存在,7,频率的变化使感抗变化，即电机运行中电路参数是变化的-相位变化-转矩是变化的。断电则磁场也会消失。因此，直流电机的机械特性与交流电机的机械特性是不同的。三相异步机的机械特性物理表达式参数表达式实用表达式,8,9,一、物理表达式,机械特性的物理表达式：其中：,显然，,第一节机械特性的三种表达式,10,物理表达式对应的机械特性曲线：转子电流n=f(I2)转子电路功率因数n=f(cos2)两条曲线相乘并乘以CT1mn=f(T),是电磁力定律在异步电动机中的反映物理表达式适用范围定性分析,第一节机械特性的三种表达式,小结：起动时电流最大，功率因数最小；随着转速的升高，电流逐渐减小，功率因数逐渐加大；因此：起动时，转矩最小，随后逐渐加大-达到最大-随着转速的升高，转矩又逐渐减小；机械特性的物理表达式不好计算具体的电磁转矩大小。-机械特性与具体参数的关系。,11,12,二、参数表达式,物理表达式的缺点不能直接反映转矩与电机参数（如U、s、R1、R2、X1、X2）间的关系，需要参数表达式参数表达式的优点适用于分析参数变化对电动机运行性能的影响,第一节机械特性的三种表达式,1、推导,13,与参数表达式对应的机械特性曲线：临界转差率dT/ds=0最大转矩：正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态,第一节机械特性的三种表达式,2、几个重要参数,14,1）电动机各参数及电源频率不变，Tmax与U2成正比，sm则保持不变，与U无关2）电源频率及电压不变，sm，Tmax近似与X1+X2成反比3）Tmax与R2无关，sm与R2成正比。绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一电阻RQ时，可使sm=1，Tst=Tmax。,第一节机械特性的三种表达式,3、几点结论,15,（s=1，n=0）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,4、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,5、起动转矩,第一节机械特性的三种表达式,16,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,5、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）,第一节机械特性的三种表达式,起动转矩与电压的平方成正比；转子电阻越大则起动转矩越大；其他参数越大则起动转矩越小。理想空载点：只与电压的频率、电机的极对数有关，与其他参数无关。临界转差率：与转子电阻成正比，其他参数越大则临界转差率越小。最大转矩：与转子电阻无关，其他参数越大则最大转矩越小。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，便于近似计算,17,18,三、实用表达式,第一节机械特性的三种表达式,忽略R1得到实用表达式问题：如何求Tmax和sm？,19,根据电动机产品数据计算Tmax及Sm,第一节机械特性的三种表达式,20,TzTN时，s/sm|-ns|后，反向回馈制动状态制动过程中是否需要限制电流呢？,ns,第三节各种运转状态,分析电阻：磁场反向-切割速度加大-电势加大-电流加大-需要串联电阻在定子串联还是在转子串联？,45,46,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）上反接制动的特点优点制动强度大，制动效果好可获得稳定的下放速度缺点能量损耗大制动准确度差，如需停车，需用自动控制线路及时切断电源,第三节各种运转状态,47,3、能耗制动状态,含义定子端不输入能量，进入制动状态。分析：定子不加电压-异步机磁场消失-不可能有电磁转矩因此定子需要产生一个磁场,第三节各种运转状态,48,48,3、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,第三节各种运转状态,49,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,第三节各种运转状态,小结,转速反向的反接制动只对绕线式电机有效；电压反向的反接制动只对绕线式电机有效；能耗制动对鼠笼式、绕线式电机均有效。分析方法：制动方式的含义、实现的方法、实现的过程。实现过程：可以采用物理变化过程进行描述，也可以采用机械特性线进行分析。,50,分析三相异步机缺相运行的状态变化。,51,52,三、异步电动机四象限运行分析在正转方向，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,第三节各种运转状态,53,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。,54,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/min，求转子每相的串接电阻值。,55,解,求sN和R2,（1）求RfB,1）采用实用表达式计算RfB：,根据固有特性求sm