异步电机拖动——制动和四象限运行 反接、能耗、回馈制动和四象限运行.ppt

1、三相异步电动机的制动,n,T,s=0,电动,n0,T,L,s=0,s1,反向电动,电动状态下 电磁转矩为拖动性转矩，即Tem与n同向 正向电动运行 I象限 反向电动运行III象限 制动状态下 电磁转矩为阻力矩，即Tem与n反向 有无正、反向制动运行呢？,1、反接制动 2、回馈制动 3、能耗制动,三相异步电动机的制动的方法,1、反接制动 1)条件： 转子实际旋转方向与定子磁场旋转方向相反：n与n0方向相反。 转差率：,制动前的电路,制动时的电路,2)功率平衡关系： 电动机输入功率为： 反接制动时，电动机既从轴上吸入机械功率，也从电网输入电功率，并全部消耗在转子绕组电阻中。 因此转子回路必须串入大

2、电阻，减小I2。,3）机械特性 电源反接制动,n,T,s=0,反接制动,电动,n0,T,L,n0,快速停车,s=0,s1,倒拉反转（转向反向反接制动） 绕线转子回路接入电阻（位能转矩）,反接制动的产生两个条件： 电源反接适用于反抗性负载快速停机 倒拉反转（转向反接或绕线转子回路接入电阻） 适用于位能负载的匀低速下放,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变， n0 变向。,b,即：s 1 (第II象限)。 同时：E2s、I2 反向，,Tem 反向。,a,c,制动结束。,d,4）电源反接制动过程快速停车,制动过程,若到 c 点时，若未切断电源：,（a）若为反抗性负载,b,a,c,d,若|Tc

3、|TL|，则反向起动 进入III象限，稳定运行在d点，此时为反向电动状态,若到 c 点时，若未切断电源：,（b）若为位能性负载,TL,2,n0,b,a,c,d,进入III象限， Tem和TL均为拖动转矩， 使电机反向起动， 直到进入IV象限， 稳定运行在e点， 此时Tem0，ne|-n0|,电机发电运行状态，为回馈制动状态,e,取决于 Rb 的大小。, 制动效果, 制动时的功率,0,PCu2 = 3(R2Rb ) I22 = PemPM = Pe|PM|,0,PM = (1s ) Pem,三相电能,电磁功率Pem,转子,机械功率PM,定子,转子电阻消耗掉,b,c,a,d, 制动过程 定子相序不

4、变，转子 电路串联对称电阻 Rb。,d 点( nd0，Td = TL ),制动运 行状态, 制动效果 改变 Rb 的大小， 改变特性 2 的斜率，,改变 nd 。,低速提 升重物,5）倒拉反转过程,L, 制动时的功率,第IV象限：,1 (n0),0,PCu2 = 3(R2Rb ) I22 = PemPM = Pem|PM|,0,PM = (1s ) Pem, 定子输入电功率, 轴上输入机械功率 （位能负载的位能）, 电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。,倒拉反转运行与反接制动运行的异同 功率关系相同 n与n0反向，s1 倒拉反转 n00，n1 电源反接 n00，s1 倒拉反转运行时的负载向电

5、动机送入机械功率是靠负载贮存的位能的减小；而反接制动是靠电机惯性。,2、回馈制动 1）条件：,2）功率平衡关系：（电动机发电运行）,Pem,P,1,P,M,P0,P2,转差功率,输入有功功率,电磁功率,机械功率,轴上输出功率,=风摩损耗杂散损耗（含各谐波损耗）,回馈,Is,Im,3）机械特性：,1. 调速过程中的回馈制动（转向不变）,a,b,c,d,a,b,c,d,4）回馈制动的产生,2. 位能性负载拖动电机高于同步转速回馈制动（转向不变） 如：电车下坡,3.下放位能负载时的回馈制动（转向改变）,b,a,c,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,e,制动效果,Rb 下放速度 。 为了避免

6、危险的高速， 一般不串联 Rb。,0 (n-n0) 0 发出电功率，向电源回馈电能。 0 轴上输入机械功率(位能负载的位能)。 PCu2 = PemPM |Pem | = |PM|PCu2 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。,5）反馈制动时的功率,第IV象限：,PM= (1s ) Pem,第II象限：,0 (n n0),制动前 S1 合上，S2 断开， 电机为电动状态。,n,3、能耗制动 1)条件： 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。,制动前 S1 合上，S2 断开， 电机为电动状态。 制动时 S1 断开，S2 合上。 定子: U IZ 转子

7、: n E2 I2 电机为制动状态。,n,T,3、能耗制动 1)条件： 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。,T与n反向,2) 能耗制动过程 迅速停车, 制动过程 制动前：特性 1。 制动时：特性 2。,原点 O (n = 0，T = 0)，,a,b,(T0，制动开始),制动过程结束, 制动效果 Rb,IZ T ,制动快。, 制动时的功率 定子输入：P1 = 0，,轴上输出：P2 = T0 。,动能 P2, 转子电路的电能, PCu2消耗掉,3)定子等效电流,电磁转矩Tem的产生，仅与定子磁动势的大小以及 它与转子之间的相对运动有关。 可以用三相交

8、流电流产生的旋转磁动势F等效代替 直流磁动势FZ。 等效原则： a）保持磁动势幅值不变 b）保持磁动势与转子之间相对转速不变，为0-n=-n。,能耗制动转差率,Y接，输入直流电流IZ，则A相和B相绕组分别产生,合成磁动势,三相绕组中通过三相交流电流，合成磁动势F,由F=FZ得,即定子Y接方式，IZ产生的磁动势可以由定子绕组通入 大小为 的三相交流电流产生的磁动势等效。,从相量图中，由余弦定理得,忽略铁损,4)电磁转矩及机械特性,由前式得到,电磁转矩,由上式可知，异步电动机能耗制动时的转矩决定于等效电流I1， 并且还是转子相对转速与转子回路电阻R2的函数。,令,可求得能耗制动时的最大转矩Tm 及

9、对应的临界相对转速m,机械特性图：,n,T,s,0,1,能耗制动,电动,n0,T,L,0,Tmax,机械特性图：,能耗制动时的机械特性特点：, 因T 与 n 方向相反， nT 曲线在第二、 四象限。 因 n = 0 时， T = 0， nT 曲线过原点。 制动电流增大时， 制动转矩也增大； 产生最大转矩的转速不变。,I1,I1,采用能耗制动停车，既要有较大的制动转矩， 又不要使定、转子回路电流过大而使绕组过热， 根据经验： 对鼠笼式异步电动机： 对绕线式异步电动机：,5) 能耗制动运行 下放重物,a,(T0，制动开始),b,c,c 点(T = TL),制动运行状态,以速度 nc 稳定下放重物。

10、,a）若为反抗性负载,电动机停车,b）若为位能性负载,三相异步电动机四象限运行,n,T,s=0,反接制动,电动,n0,T,L,快速停车,s=0,s1,能耗制动,回馈制动,反向电动,反接制动|倒拉反转,能耗制动,例：某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，电动机额定数据为：PN=40kW，nN=1464r/min，T=2.2，R2=0.06。电动机的负载转矩TL的情况是，提升重物TL1=261Nm，下放重物TL2=208Nm。 （1）提升重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速nA为工作在固有特性上的转速，低速时转速为nB=0.25nA，工作与转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子回路应串入的电阻值。 （2）下放重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速nC为工作在负序电源的固有机械特性上的转速，低速时转速nD=-nB，仍然工作于转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子应串入的电阻值。说明电动机运行在哪种状态。,解：首先根据题意画出该电动机运行时的机械特性,A、B为提升重物时的两个工作点 C、D为下放重物时的两个工作点,其次计算固有机械特性相关数据,额定转差率,固有特性临界转差率,额定转矩,（1）提升重物时负载转矩,即高速点A点为额定工作点,低速点B点,B点转差率,