电机及电力拖动系统(交流部分).ppt

1.定子,3.1三相异步电动机的构造,第三章三相异步电动机的机械特性起动和制动,转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2)绕线式绕组,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,3.2三相异步电动机的机械特性一.机械特性表达式1.机械特性方程式推导T=CTmI2cos2(1)CT=1/2pm1N1kw1(2)P:极对数，m1：定子级数，N1:定子每相绕组匝数Kw1:绕组系数，m:每极磁通量，I2：折合到定子侧转子电流cos2:折合到定子侧的转子功率因数,则，T=CTmI2cos2=CTmI2cos2所以，电磁转矩同转子电流和主磁通相互产生作用。同时:T=P/1=(m1I22r2/s)/1,忽略励磁电流得：,2.机械特性分析由dT/ds=0得：,(1)Tmax与U12成正比，Sm与U1无关(2)Tmax与r2无关，Sm与r2成正比(3)Sm和Tmax与（x1+x2)成反比(4)过载能力T=Tmax/TN:1.6-2.2(一般),2.2-2.8(起重)(5)起动转矩，n=0,s=1,漏抗x2很大与负载无关，r2增加使得Tst增加。(6)起动转矩倍数kT:kT=Tst/TN1,仅对笼型电机,3.机械特性实用表达式由（6）和（7）式得到实用表达式：,二.固有机械特性,定义:异步电动机在额定电压,额定频率下,按规定接线,定转子外接电阻为零时,转速与电磁转矩的关系.1.起动点AN=0,S=1,T=Tst,I1st=(4-7)I1N2.额定工作点Bn=nN,S=SN,T=TN,I1=I1N3.同步转速点Hn=n1,S=0,T=0,I2=0,I1=I0(空载电流)4.最大电磁转矩点P和PP：T=Tmax,S=Sm,n=n1(1-Sm)P:T=-Tmax,S=Sm,n=n1(1+Sm),B,A,H,P,三.人为机械特性定义:人为改变电机参数或电源参数而得到的机械特性方法:改变定子电压,电源频率,极对数,定子转子电路电阻和阻抗,1.降低定子电压的人为特性Tmax与U12成正比Sm与U1无关n1与U1无关U1-n-s-E2s-I2-温度,下降后,和均下降,但不变,和减少。,如果电机在定额负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。,2.转子电路串对称电阻的人为特性(1)n1不变，Tmax不变，Sm增大(2)Tst(在一定范围内)当串电阻Rs3,S=Sm=1-Tst=Tmax,串电阻后,、不变，增大。,在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。,串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。,除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。,3.定子电路串电阻或电抗的人为特性(1)n1不变，Tmax,Tst,Sm(2)适用于降压起动，限制起动电流,第二节三相笼形异步电动机起动,起动要求:起动电流小,起动转矩大笼形电机直接起动性能:起动电流I1st大,I1st/I1N=K1=4-7起动转矩小,kT=Tst/TN=0.9-1.3,一.直接起动(适用小容量电机)I1st=(4-7)I1N,PN=7.5kw经验公式：I1st/I1Nrm大,rm随着f2的变化而自动变化。,2.起动电路,3.工作原理,3.起动过程起动条件：2S断开，1S闭合起动瞬间：f2=f1大=涡流损耗发热大，铁耗大=r2大=Ist小，Tst大起动过程：f2=r2=相当于自动切除起动电阻起动结束：2S闭合，完全切除电阻,起动时,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻大,相当于转子回路串入一个较大电阻。随着上升,减小,铁损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。,二.转子串电阻起动（三相对称电阻）,1.起动电路,4.特点：结构简单，运行可靠，维护方便,2.原理：提高转子电阻可以提高起动转矩3.起动过程(1)S闭合，3S、2S、1S断开起动电阻R1=Rs1+Rs2+Rs3+r2,人为机械特性1,a-b(2)1S闭合，切除电阻Rs1起动电阻R2=Rs2+Rs3+r2，人为机械特性2，c-d(3)2S闭合，切除电阻Rs1,Rs2起动电阻R1=Rs3+r2,人为机械特性3，e-f(4)3S闭合，切除电阻Rs1,Rs2,Rs3,起动电阻r2,固有机械特性4，g-h总起动过程：a-b-c-d-e-f-g-h,电动机由a点开始起动，经bcdefgh，完成起动过程。,起动过程,4.起动电阻计算（解析法）对T=2TmaxS/Sm,有下面两个结论(1)T一定则SmS，并且SmR得：SR,(T一定)(2)转速n一定则T1/Sm,并且SmR得：T1/R,(n一定)对于特性4与3中f与g两点，n相同即有Te/Td=T1/T2=R2/R3同样有R1/R2=R3/r2=T1/T2对三级起动令：R1/R2=R2/R3=R3/r2=-起动转矩比得到：R3=r2R2=2r2R1=3r2,又由特性曲线4和直线n1k构成的相似形得：T1/TN=Sg/SN=Sg=SNT1/TNR1/r2=Sa/Sg=1/Sg,(T=T1恒定，RS)最终得到3=R1/r2=TN/(SNT1),总结：m=TN/(SNT1)=TN/(SNT1)1/m=m=lgTN/(SNT1)/(lg),第四节三相异步电机的制动,定义：电磁转矩实际方向与转速实际方向相反。能耗制动，反接制动，回馈制动一.能耗制动1.制动线路,1.制动原理：闭合导线在恒定磁场中旋转会产生反方向的阻力阻止导线旋转。1S断开，2S闭合，产生恒定磁场动能-电能-电阻热能消耗2.机械特性：与正常运行的机械特性类似,对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。曲线1和2,对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。曲线1和3,特点：(1)直流励磁一定RBr-Sm,Tmax不变，曲线1和3(2)转子电阻RBr不变直流励磁I-2-Tmax,Sm不变，曲线1，2,TmaxI-23.制动过程A-B-O（n=0,切断电源）,4.能耗制动经验公式由I-=(2-3)I0,一般I0=(0.2-0.5)I1NRBr=(0.2-0.4)EIN/(1.732I2N)-r2,r2:转子每相电阻得：Tmax=(1.25-2.2)TN,二.反接制动定义：转子旋转方向与定子旋转磁场方向相反。(a)定子旋转磁场的方向不变，转子反转（转速反向）:串大电阻(b)转子方向不变，定子旋转磁场方向改变（定子两相反接）：改变电源相序,1.转子反转的反接制动,1）制动电路,2）制动原理与机械特性产生条件：提升重物稳定运行，断开S，接入电阻RBr起动过程A-B-C-D(稳定点，TD=TL)负载转矩为拖动转矩，电磁转矩为制动转矩,总结：必须串入足够大的电阻，在位能负载作用下限制垂物下降速度,3）能量关系转差率S=n1-(-n)/n11输出机械功率：P=m1I22(r2+RBr)(1-S)/S0表示电网向电机输入能量转子铜耗：Pcu=m1I22(r2+RBr)=P+P表示铜耗=机械能+电网电能,2.改变定子两相电源相序的反接制动1）制动线路,1）制动原理与机械特性产生条件：电机稳定运行于电动状态，将电子电压相序反向。机械特性1-机械特性2制动过程：A-B-C切断电源，制动结束A-B-C-D反抗性负载（反向电动）A-B-C-D-E（位能性负载，回馈制动）转子侧串大电阻RBr:限制电流，增大转矩A-B-CA-B-C-DA-B-C-D-E,2）能量关系转差率：S=(-n1-n)/(-n1)1能量关系同转子反向反接制动,三.回馈制动,1.概念nn1,S=(n1-n)/n1,T与n方向相反实现方法：减小n1或在外力作用下增加n.回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。,2.电动机的有功功率和无功功率电动状态：00,电网向电机输出能量Q=U1I1r=U1I1sin10,(感性),电机机械特性曲线1，运行于A点。首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作点由A到B。经过反接制动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到C点保持稳定运行。,回馈制动状态：90。0,(感性)结论：电动机始终为感性负载，电机可以吸收能量，也可以回馈能量。,3.能量关系90。1180。,s0电网向电机输出功率：P1=U1I1cos10,T=TL,限制重物下降速度,制动过程：A-B(Tn-C(n=0)-D稳定串电阻RBr,限制电流，增加T稳定在D,2）变极和变频回馈制动制动条件：稳定运行于A点制动过程：p或f-n1-,nn1(曲线2)A-B(Tn-D(n1)回馈制动-C(T=TL)稳定,电机机械特性曲线1，运行于A点。当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为n,。电机工作点由A变到B，电磁转矩为负，nBn1,，电机处于回馈制动状态。,第四章交流异步电动机拖动系统的调速,调速原理：n=60f1(1-S)/p1.改变电源频率：变频调速2.改变定子极对数：变极调速3.改变转差率S：定子调压调速，绕线电机转子串电阻，串级调速，电磁离合器调速,第一节交流异步电动机转子串电阻调速,一.调速原理及性能绕线电机转子串电阻机械特性曲线为：,原理:改变转子侧电阻，则同步转速n1和最大转矩Tm不变,临界转差率Sm。对恒转矩负载，R2-n，SR2性能:方法简单，易于实现。低速运行损耗大(Pcu2=sp),效率低机械特性软，稳定性差，调速范围小适用于起重设备,二.调速电阻计算由SR2(恒转矩负载)得：Sn/S2n=r2/(Rs+r2)(1),又因为OACOBD得到：Tn/Tl=OC/OD=CA/DB=S2n/Sl(2)由(1)和(2)得：RS=(SlTn/SnTl-1)r2式中Tn,Tl,Sn为已知，Sl为条件。三.调速时的允许输出由(1)式得：r2/Sn=R2/S2n=(nr2)/(nSn)其中，R2=Rs+r2因此，对恒转矩负载：转子电阻增加n倍，则转差率也增加n倍，即比例推移定理。R2/S不变，得到:定子电流(P73)，输入功率(P104)，功率因数(P73)都不变。输出功率改变？,第二节改变定子电压调速,一.调速原理与性能改变电机定子电压时，机械特性曲线为：,原理：改变定子电压，同步转速n1和临界转差率Sm不变，最大转矩TmaxU12性能:对于恒转矩负载，调速范围小。对于风机类负载，调速较稳。改进：转子串大电阻后，改变定子电压调速，对于恒转矩负载，调速范围变大，但特性变软。,四.调压调速电动机允许输出当转子电流I2=I2N（额定值）不变式中，常数,忽略空载转矩：n下降-S上升-T下降式中，n下降-S上升-P2下降,所以，调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，使用于风机类负载，也可用于恒转矩负载，不适用于恒功率负载。五.定子调压调速的优缺点优点：平滑，特性硬缺点：损耗大，效率低,第四节变频调速,改变频率可以调节速度一.变频调速的基本规律1.电机使用原则：1）不过热运行2）不过载运行3）满足起动条件变频调速：过载倍数等于额定过载倍数,2.恒转矩变频调速,3.恒功率变频调速,第六章电动机选择,第一节概述类型，容量，额定电压，额定转速一.电动机种类，型式，电压和转速选择1.电动机类型选择电动机类型：直流，交流（同步，异步）直流：他励、串励、复励等交流:同步电机、异步电机（笼型和绕线）选择依据：调速范围，精度，平滑性，低速运转等要求。,2.电动机结构型式分类直立式，卧式，开启式，封闭式，防滴，防暴依据生产环境等要求选择3.电动机额定电压220V，380V，3KV,5KV,10KV4.电机额定转速根据生产负载要求,二.电动机容量选择容量选择过效：电机会损坏容量选择过大：效率低，损耗大，功率因素低1.发热条件（电机绝缘等级），2.过载能力3.起动能力,，,第二节电动机发热和冷却条件,发热是电动机的首要因素一.电动机发热过程1.