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电机与拖动基础
电机
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《电机与拖动基础》全套课件,电机与拖动基础,电机,拖动,基础,全套,课件
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重点：三相异步电动机的机械特性起动制动调速第一节 三相异步电动机的机械特性重点：机械特性的实用表达式机械特性的特殊点各种人为机械特性机械特性： n=f(Tem)或Tem=f(s)一、机械特性表达式（一）机械特性的物理表达式22cosICTmTem2311wTkpNC 2 22222)/(XsREI2 22222)/(/cosXsRsR1.电磁转矩Tem与转子电流I2两者的关系电磁转矩Tem与I2 cos2成正比s=1，n=0，I2很大，cos2低，Tem较小n，I2减小很慢，cos2增加较快，Tem增加2.最大转矩Tmcos21 0nTemI2cos2Tems0 n1（二）机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式22122122111)()/(/2XXsRRsRUfpmTem不变，式中2121XXRR)(11sfTpfUem作出不变，）（或emTfn 的变化规律的区间：sTsem102112/XXRsRs、，很小时，22122122111)()/(/2XXsRRsRUfpmTemsRsUfpmsRsRUfpm221122221112)/(/2s很小时，随sTemTem-s近似一直线122XXsRs、较大时22122122111)()/(/2XXsRRsRUfpmTemsXXsRUfpm1)(/22122111sTsem1s较大时Tem与s成双曲线关系TmTem0Sm1Tstn与Tem的关系如图1.同步转速点H理想空载转速n=n1 Tem=0 I2=0 I1=I0理想空载最大转矩起动2.最大转矩点P令221212)(XXRRsm 0dsdTem临界转差率:ms212XXR2212112111)(4XXRRUfpmTm)(421211XXUfmp211UTm）（主要技术指标，一般KT=1.82.2 22)2(RsRTmm无关，但与mTfR11)3(时当忽略越大越大msR2211)(fUTmNmTTTK 过载倍数3.起动转矩点As=1Tem=Tst2212212211)()(2XXRRRUfpmTst(1)当f1与参数一定时时有关，当与)()2(2122XXRRTstkst:起动转矩倍数 约0.81.3当TstT2时，电机才能起动21UTstNststTTk mstTT 注意4.额定工作点Bs=sNTem=TN5.稳定运行区域（1）转差率(0sm)区域：TemssnTem电机可稳定运行（2）转差率(sm1)区域：Tem1/s，snTem只有少数负载可在此区域稳定运行（三）机械特性的实用表达式2212222111)()/(/2XXsRsRUfpmTemmmmemsssssRXXXXsRTT2/2221212)(22212111XXUfpmTmmNNmNTNssssTKT2)1(2TTNmKKssNTmTKT 11nnnSNNmmmemssssTT2NNNnPT9550记住机械特性的直线表达式mNLssTT直线表达式只能用于直线段，即 ssmssTTmmem2ssssssmmmNTmsKs2注意二、固有机械特性：0s1 0n1n0 制动状态sn1发电状态NNffUU11，2212212211)()/(/2XXsRRsRUfpmTNemTemSm-Sm-11S发电状态电动状态制动状态0nnm-n1TstTmTem0n=f(Tem)特性曲线如图改变电源相序旋转磁场的方向改变机械特性对应红线三、人为机械特性（一）改变电源频率f1的人为特性1.f1从50Hz向下调mwkNfEU1111144. 411Uf 的同时111144. 4wmkNfU增加磁路不允许mmf1（1）n1=60f1/p n1f1111)2(nSnnnfmmm12212111211)( 22RXXRRfUpmTm忽略不变，特性平行， nf1)(22211211XXfUpmTmcLLpRpfXXR)(26060)(21212122112112121)()()(8fUfULLpm当 f1较大时 Tm=Cf1较低时，R1不能忽略 f1Tm2.f1从50Hz向上调节随f1增加，U1不能增加21212211)(8fLLUpmTmcnSnTfmmm11，fNTemn1n0f4f3f2f1f5f6（二）降低定子电压U1时的人为特性1.理想空载点：n1=60f1/p不变2.TmU12，Sm与U1无关nm不变3.TstU12U1Tm电机的过载能力下降，若无关与，121USUTmemU1保持TL=TN不变，则电机过载，因为TL=cTem=c， U1nssRIfpmTem22 2112nn10TemTmnm22NNxIIssxNNsIsI2 22 2即（三）转子回路串三相对称电阻的人为机械特性1.n1不变2.Tm不变，但SmR2，R2 smnm3.Tst与R2有关，当Rad在一定范围内 ，RadTst当Rad超越一定值， RadTst(R2+RadX1+X2)R2TstTmTemnn10R2+Rad1Tst1Rad2 Rad1R2+Rad2Tst2fNTemn1n0f4f3f2f1f5f6nR2TstTmTemn10R2+Rad1Tst1Rad2Rad1R2+Rad2Tst2nn10TemTmnm第二节 三相异步电动机的起动重点：三相笼型异步电动机起动方法：自耦减压起动Y/减压起动起动电流和起动转矩的大小三相异步电动机起动要求：1.Tst尽可能大。2.Ist不要太大, 74NstIIcos20nI222cosICTmTem3 . 18 . 0NststTTk一、三相笼型异步电动机的起动Ist：线电流，起动电流对线路的影响（一）全压起动起动时s=10)1(2RssNstIXXRRUI)74()()(21211NstTT) 3 . 18 . 0(2 . 0cos2左右，R1İ21İ1R2X2X1全压起条件（二）减压起动1.定子串电阻或串电抗减压起动：起动时，定子串抗电阻或电抗定子电压降低Ist)()(341kWAkVIINst起动电动机功率电源总容量KM1M3KM2R则，若11kkUUN22122122111)()(2XXRRRUfpmTstR2212211)()(XXRRUIstRstNkIXXRRkU221221)()(stNTkXXRRRkUfpm22212212211)()()(2211UTUIstRstR，2.串自耦变压器减压起动起动时：自耦变压器的二次绕组与定子绕组相接正常运行：定子绕组直接与电源相接设变比ka1kUUUUkaa1221自耦变压器有好几个抽头，可满足不同负载的要求staIk122122122)()(XXRRUIstaststaastTkTIkIkII22211112212211)()(XXRRkUa3.Y/减压起动适用于正常运行时接成的电机，是普通机床上常用的起动方法起动：Y正常运行：13131NYUUU起动时Y:ZUIINYphYl131ZUZUIINNphl11333起动时31lYlII1NUU ststYststYTTII3131，（三）软起动不作要求 1.软起动器工作原理2.软起动器的分类（1）限流起动起动电动机时，软起动器的输出电压迅速增加，直到输出电流达到限定的电流Im，逐渐升高电压，使电动机加速。起动转矩不能保持最大，起动时间长。适合轻载起动（2）电压斜坡起动起动电动机时，软起动器的电压快速升至加速电压，然后在设定的时间内逐渐上升，随着电压的升高，电动机加速，直到电压达到额定值，转速稳定，起动结束。起动电流较大，起动时间短。适合重载起动。二、高起动性能的三相笼型异步电动机1.深槽式异步电动机h/a=1012利用“集肤效应”原理起动时：f2=f1X2大槽底电流小（槽底漏电抗大）电流集中于槽口集肤效应导线面积sR2正常运行：f2=sf1X2小，电流基本均匀分布sR22.双笼型异步电动机转子有两套导条上笼：起动笼，电阻大黄铜或铝青铜下笼：运行笼，电阻小紫铜起动时：f2=f1，电流集中在上笼Ist小、Tst大运行时：f2=13Hz，电抗很小，电流的分配由电阻决定，走下笼转子漏抗大，cos小，制造工艺复杂。用于对Tst要求高的场合。三、三相绕线式异步电动机的起动（一）转子串电阻起动转子串合适的电阻，可以提高起动转矩，减小起动电流。时当1212XXRRsadmssTTmmem2起动过程在同一条机械特性上TemsmstTT221)(RXXRad当n一定时s一定Tem1/smcsRRcTcUadem21则根据Tst1，Tst2可算出每级电阻sfRIpmTcTemL122 212cIcIcU211csRsRRNad22（二）转子回路串频敏变阻器起动f变R变R1RmXmRadIst，Tst，希随nRad自动减小频敏变阻器：三相铁心线圈起动：f2=f1pFe大 Rm大nSf2pFeRm自动、无级地减小电阻正常运行：Rm很小液体电阻第三节 三相异步电动机的制动Tem与n的方向一致：特性位于第一，三象限电动状态；Tem与n的方向相反：特性位于第二、四象限制动状态一、能耗制动1.方法：电机电动运行过程中，切除三相交流电源，给定子绕组加入直流电源旋转磁场静止磁场2.原理切除交流电源瞬间，n不变（惯性）E2sI2sTem与n反向 制动反抗性负载n=0E2s=0I2=0制动结束R1R2UdVDKM1KM2KM2Tem TLTemn3.能耗制动机械特性：实际为一台交流发电机将转子贮存的动能电能特性与发电机运行状态相同，只是n=0，Tem=0，特性过0点。当转子电阻增加特性下移励磁电流增加Tm增加sm不变4.能耗制动电流及电阻的选择：根据最大制动转矩是(1.252.5)TN的要求If=(23)I0I0异步电机空载电流nTem0能耗制动接线：22223)4 . 02 . 0(RIERNNad0)32(IIf二、反接制动（一）电源反接反接制动1.方法：电机运行过程中，将电源相序改变n1方向改变E2s，I2s改变方向Tem与n反向制动2.机械特性：电源反接，机械特性改变由图上可知：Tem与n反向n=0时（c点）切断电源，否则电机可能反转。LcTT cbTL0TLan1nTem3.反接制动时的转差率：4.功率消耗：反接制动时P1，P2全部消耗在转子回路，对绕线式电机可在转子回路串电阻笼型电机可在定子回路串电阻11111nnnnnns（二）电阻倒拉反接制动：只适合于绕线电机+位能性负载当转子串入较大电阻时为止直至LemLemTTnTT若要保持T2=c 则n10nTLTemnd1)(1111nnnnnnsmemmemcuPPPPp2转子电阻消耗掉大量的能量csRRsRad220322 2sRIPem0)1 (322 2sRsIPm三、回馈制动：1.方法：在电动运行状态下的电机，若在外界条件作用下011nnns反向，ssIEnn221制动反向emT0)/(/)/(2 222222222XsRsRXsRE电流有功分量: 222cosIIa电动机的输入功率 P1=m1U1I1cos10，电机向电网馈送功率若忽略I0，I1r=I2r0电流的无功分量：0)/()/(2 22222 2222XsRXXsRE电机从电网吸收无功功率222sinIIr2.机械特性：电动机械特性在第二或四象限的延伸cd3KM2R2bKM1KM2M3aTTln1n01-n12b3.应用（1）过渡过程的回馈制动降低电源频率（2）稳定状态的回馈制动位能性负载下降TLTemn1n01cabd2n14.异步电动机作发电机运行脱离电网后，无励磁电流，必须在定子绕组接电容若电容接法，则KMG3C负载001321IUIUCfXNNcNUfIC3210160若电容Y接法，则001321IUIUCfXNNcNUfIC1602103因此一般电容都接成形第四节三相异步电动机的调速一、变频调速f1变n1变n变(一) 从额定频率向下调速1.恒转矩变频调速控制方式pfsnsn1160)1 ()1 (cfUkfUkm111122cosICTmTem2212212 22222)2()/()/(LfsRkfXsREI必须保持不变2I22212)2()(LsfRk额定频率时pfffspfssnnNN11116060NNfSsf 1负载不变时，只须22212)2()(LfsRkN2 22222)/(XsREINN1/ ffssNNNNNncpfs60222222cossXRRNNNLfsRR222222cos)2 (221222)2(LsfRR2.恒功率变频调速控制方式调速过程中保持功率为常数11NNemTTP11111ffffTTNNN若调速时过载能力不变，则2121212 111)(22fUXXUfpmTm)(42212112111XXRRUfpmTmNmNmTTTTTK11211211/fffUfUTTTTmmNNcfUfUCffUU11111111床主轴电机）可实现恒功率调速（机（二）额定频率向上调速f1n1n，但U1不能增加。2212212211)()/(/XXsRRsRUm正常运行时，s很小sRImPem/22 21U1不变，s变化很小，Pemc恒功率调速222211)/(/sRsRUmPemsRUm2211（三）变频调速的速度及四象限运行电源电压正序时，电动机可运行于第一，二，四象限（见红线）。反转，只要改变电源相序。起动时，可在低频下进行使f逐渐升高，但f不能增加太快否则不能起动变频调速的特点：1.速范围大，可从nN向下调，也可向上调，并可满足不同负载的要求2.f1连续可调，为无级调速3.机械特性硬，调速稳定性好TL T1 Tmax=T2TemnEnDf5f4= fNf3f2n0ABCEDA二 、变极调速（一）变极调速原理每相绕组由两个完全对称的线圈改变接法一半线圈电流方向改变p变n1变n变变变，11160nppfn（二）两种常用的变极方案1.Y/YY变极调速T1，T2，T3接电源，T4，T5，T6悬空Y接法p=2，n1=1500r/minT1，T2，T3短路，T4，T5，T6接电源YY接法p=1，n1=3000r/min22222211XRXR，2211XRXR，44442211XRXR，Y接：两绕组串联YY接：两绕组反并假设：每半相绕组的参数T4T1T2T6T3T511cos3:NYIUPY11cos)2(3:NYYIUPYYYYYYYYYYYTnPnPT12295509550YYYYYnPnPT195509550不变），假设1cos(2YP恒转矩调速TmYY=2TmYSmYY=SmYTstYY=2TstY2212112111)(4XXRRUfpmTmTem0TLTmn1nB221212)(XXRRSmTmn1AYY2./YY变极调速T1，T2，T3接电源，T4，T5，T6悬空接法2p=4，n1=1500r/minT1，T2，T3短路，T4，T5，T6接电源YY接法p=1，n1YY=3000r/min2211XRXR，44442211XRXR，同样假设接法参数为YY接法T1T4T2T6T3T5mmYYss11NUU接法：又311NYYUUYY接法mmYYTT32ststYYTT3211cos)3(3NIUP 允许输出19550nPT11cos3NIU说明：绕组极数变化，电源相序变化，要保持高低速转向一致须任意对调两相电源接线PP15. 132TTnPnPTYYYYYY577. 03123295501111cos)2(3NYYIUP11cos32NIU近似恒功率TmYYn1TstYYYYATemn1n
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