机电控制技术基础5

机电控制技术基础,主讲:马有良联系邮箱：mayouliang联系电话西南科技大学机电专业系列课程,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,根据电动机定、转子电路分析可得到:,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,1、固有特性曲线,分析四个特殊点的情况，并进行讨论。重点掌握三个重要转矩。,a.理想空载点：,T=0s=0n=n0,b.额定运行点：,T=TNn=nNs=sN,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,额定转矩,电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，电机转轴上输出的转矩。,（牛顿米）,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,正常情况下，电动机都工作在特性曲线的ab段，当负载转矩增加时，电动机转速要降低，但对应的电磁转矩却要增加，因为ab段比较平坦，所以电动机的转速变化不大。这种特征称为硬的机械特性。,TN可从电动机铭牌上额定功率和额定转速等数据求得。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,c.启动点：,T=Tstn=0s=1,起动转矩，电机起动时的转矩,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,最大转矩,T=Tmaxn=nms=sm,d.临界点：,如果电机将会因带不动负载而停转。,电机带动最大负载的能力。,过载系数：,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,三相异步机,注意：工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使电机严重过热。,分析可得，起动转矩Tst与U12及R2有关，当电源电压降低时起动转矩会减小；当适当增加转子绕组的电阻会使起动转矩有所增加。可以证明当R2=X20时，Tst=Tmax，及sm=1。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,11,TmaxU12,且与转子电阻R2无关，而sm与电阻R2有关，R2越大sm也越大。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,2、人为特性曲线：,在此式中，改变U、R2、f都可以改变机械特性曲线。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,降低电压U，sm和n0不变，曲线左移，降低电压U，在同一负载下，n下降，T下降，s增大，I2增大，将使电机发热。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,定子回路串电阻或电抗，会引起电动机端电压下降，与降压相似，但最大转矩要大一些。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,改变电源频率，使用在恒转矩情况下，保证磁通不变。Tmax不变。,结论：则频率下降后，Tmax不变，Tst和sm增大，n0下降。,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,n0和Tmax不变。Tst和sm随R2的增大而增大。机械特性曲线变软。,转子串电阻：,4.3三相异步电动机的转矩与机械特性,三相异步电动机启动的主要要求：要有足够大的启动转矩，启动要快、平滑，启动电流要小，启动时安全、可靠、操作简便，功耗小等。由于三相异步电动机启动时N=0，S=1，从而引起很大的转子和定子电流，而转子功率因数很低，启动转矩不大。为解决这个矛盾，采用不同的启动方法。,4.4三相异步电动机的启动特性,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的57倍。,1、鼠笼式异步电动机的启动方法,4.4三相异步电动机的启动特性,(1)直接启动（全压启动）直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。这种起动方法虽然简单，但如上所述，由于起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。特点：无需启动设备，操作和控制简单、可靠，在大多数工矿企业中，绝大多数电动机采用此方法。,(2)降压启动a.电阻或电抗降压启动优点：将使定子中电流减少。但缺点：启动转矩将减少，能量消耗大，不经济。它适合于不经常启动或用于空载、轻载的电动机。b.Y-降压启动适合于电动机为接法。Y启动，待电动机速度上升到一定值后，切换到运行。,4.4三相异步电动机的启动特性,|Z|,UL,Ily=Ipy,4.4三相异步电动机的启动特性,当电动机正常工作时，,当电动机星形起动时，,Y启动的线电流是启动线电流的三分之一，同时Y启动启动转矩也是启动转矩的三分之一。,4.4三相异步电动机的启动特性,特点：设备简单，经济，启动电流小。缺点：启动转矩小，只适合于轻载和空载启动。,4.4三相异步电动机的启动特性,工作,起动,c.自耦变压器降压启动,自耦变压器的三个绕组连成星形接于三相电源，使接于变压器副边的电动机降压启动，待电动机速度上升到一定值后，切除自耦变压器。,4.4三相异步电动机的启动特性,这与Y-降压启动的情况一样，只是在Y-降压启动时，而自耦变压器降压启动的K值是可以调节的。,特点：K值可调，较灵活。但缺点是：它体积大，重量重，价格高，修理麻烦。常用于不经常启动、启动转矩较大、容量较大的电动机上。,d.延边三角形启动这种方法也属于降压启动，由于接法原因，使启动电流和启动转矩都较大。使用较少。应根据实际情况，合理选择电动机启动方法。,4.4三相异步电动机的启动特性,理解各种启动方法的应用场所和特点。,例1：有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下：试求：（1）额定电流；（2）额定转差率SN；（3）额定转矩TN；最大转矩Tmax;起动转矩Tst,4.4三相异步电动机的启动特性,解：（1）4100KW的电动机通常都是380V、联接。,4.4三相异步电动机的启动特性,（2）,（3）,例2：如在上题中：（1）若负载转矩为510.2N.m，试问在U=UN和U/=0.9UN两种情况下，能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩TN的80%和50%时，电动机能否起动？,4.4三相异步电动机的启动特性,在U/=0.9UN时，T/st=0.92551.8=447N.m510.2N.m所以不能起动。,4.4三相异步电动机的启动特性,（2）,在80%额定负载时,在50%额定负载时,解：直接起动时的起动电流,设降压起动时电动机中的起动电流为,例3：如对上题如采用自耦降压起动，设起动时电动机的端电压降到电源电压的64%，求线路起动电流和电动机的起动转矩。,4.4三相异步电动机的启动特性,4.4三相异步电动机的启动特性,设降压起动时线路中的起动电流为,设降压起动时的起动转矩为,例4一台Y280S-4型三相异步电动机，其Pn75kwnN1480rmin，电动机由额定容量为320kvA、输出电压为380v的三相电力变压器单独供电，负载转定转矩TL为200Nm。试问；(1)电动机能否直接启动?(2)电动机能否用Y-降压启动？(3)若采用40、60、80三个抽头的启动补偿器进行降压启动，应选用哪个抽头？,4.4三相异步电动机的启动特性,解：（1）电动机额定功率与供电变压器额定容量的比值为：,可判断出，不能直接启动。,（2）电动机额定转矩和启动转矩分别为：,若采用Y-降压启动，则启动转矩为：,4.4三相异步电动机的启动特性,（3）用40、60、80三个抽头进行降压启动时，因，故启动转矩分别为：,故可以用此方法降压启动。,4.4三相异步电动机的启动特性,可见，用启动补偿器40抽头进行降压启动时，启动转矩小于负载转矩，不能启动。60、80两个抽头进行降压启动时，启动转矩大于负载转矩，能启动。考虑启动电流不宜过大，故用60抽头进行降压启动。,4.4三相异步电动机的启动特性,由于鼠笼式异步电动机具有启动力矩小，启动电流大等特点，不能满足某些高启动转矩低启动电流的要求，故用绕线式异步电动机。,2、绕线式异步电动机的启动方法,a.逐级切除电阻法,与直流电机相似，转子串入电阻，逐步切除，并保证在整个启动过程中，有较大的启动转矩。,4.4三相异步电动机的启动特性,4.4三相异步电动机的启动特性,线绕式转子,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,4.4三相异步电动机的启动特性,（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。,b.频敏变阻器启动法,逐级切除电阻较难实现理想的启动，同时存在有劳动强度大、增加附加设备、维修麻烦等缺点。采用频敏变阻器来启动三相