异步电机传动运行

1、电机学 Electrical Machinery,自动化系温志明,2013,12.1 异步电动机的起动 12.2 异步电动机的调速 12.3 异步电动机的制动(略),本节内容,2,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,笼型异步电动机的起动 直接起动 Y-起动 自耦变压器起动 绕线型异步电动机的起动 转子回路串电阻器起动 改善起动性能的其它方法,异步电动机的起动方法,3,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,起动转矩倍数要大 kstTst /TN 起动电流倍数要小 i*stIst /I1N,异步电动机起动的基本要求,4,电机学教案， 太原工业学

2、院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电机直接启动分析,1. 电动机的起动指标 (1) 起动转矩足够大 Tst TL Tst (1.11.2) TL (2) 起动电流不超过允许范围。 (3) 异步电机的实际启动情况,5,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,起动电流倍数很大（57倍） 起动转矩倍数不大（12倍）,异步电动机起动时的特点,6,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,操作：直接合闸(画一个一次线路) 优点：操作简单，不需附加起动设备。 缺点：起动电流倍数大，对电机和电网的冲击大。,笼型异步电动机的直接起动,7,电机学教案， 太

3、原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析, 大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。, 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。 2. 笼型异步电动机的直接起动 小容量的电动机（PN 7.5kW） (2) 电动机容量满足如下要求：,8,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,3. 笼型异步电动机的减压起动,(1) 定子串联电阻或电抗减压起动,9,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,M 3,起动,运行,10,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，w

4、asxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,(2) 自耦变压器减压起动,11,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,起动,12,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,运行,13,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,笼型异步电动机 的自耦变压器降压起动,14,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,操作：异步电动机的定子绕组，在起动时通过自耦变压器与电源相连。 优点：降压灵活，不受绕组连接方式的限制。 缺点：需专用自耦变压器，设备复杂、价格高。,笼

5、型异步电动机 的自耦变压器降压起动,15,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,适用于：正常运行为联结的电动机。 起动时，定子绕组为星形连接,转子上升到额定转 速后换成三角形连接; 起动电流减小到1/3，起动转矩也可减小1/3;只适 合轻载起动。,(3) 星形三角形减压起动（Y 起动）,16,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,17,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,Y 起动,18,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_

6、99,鼠笼型异步电机启动分析, 运行,19,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,20,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,Y 型起动的起动电流,起动转矩比,Y型起动的起动转矩,21,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,与自耦变压器降压起动比较，Y-结构简单; 体积小，重量轻，价廉，维修方便 应优先选用Y-，但只能将起动电流和起动转矩 固定地降低到1/3,22,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明

7、，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,4、 改善起动性能的三相笼型异步电动机,(1) 深槽异步电动机 槽深 h 与槽宽 b 之比为：h / b = 8 12,起动时，f2 高， 漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效 面积减小，即 R2 ， 使 Tst 。,23,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,运行时， f2 很低，漏电抗很小，集肤效应消失，R2 。,（2）.双笼型异步电动机,起动时，f2 高，漏抗大，起主要作用，I2 主 要集中在外笼，外笼 R2 大 Tst 大。外笼 起动笼。 运行时， f2 很低 ，漏抗很小，R2 起主要作

8、用，I2 主要集中在内笼。内笼 工作笼。,24,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,笼型异步电动机 改善起动性能的其它方法,原理：利用集肤效应，增加转子电阻、减小转子漏抗，得到类似于绕线型电机的起动性能。,等效,方法： 深槽电机 双笼电机,起动笼 R大,工作笼 R小,25,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,深槽异步电动机,等效,26,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,27,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,双笼异步电动机,28,电机学教案， 太原工业学院

9、自动化系 温志明，wasxty_99,鼠笼型异步电机启动分析,29,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,(1) 起动过程,1、绕线型异步电动机转 子电路串联电阻起动,串联 Rst1 和 Rst2 起动（特性 a） 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2,30,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,n0,a (R22),T2,a1,a2,T1,切除 Rst2,31,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,b (R21),b1,b2, 合

10、上 S2 ，切除 Rst2（特性 b）总电阻 R21 = R2+ Rst1,切除 Rst1,32,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,33,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析, 合上 S1 ，切除 Rst1（特性 c） 总电阻: R2,c (R2),c1,c2,p,34,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,35,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电动机 转子回路串电阻起动,36,电机学教案， 太原工业

11、学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电动机 转子回路串电阻起动,优点： R2I2Ist R2cos2Tst 缺点： 绕线型转子结构复杂、价格高。,37,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时 f2 高，电阻大， Tst 大， Ist 小。 转子电路正常运行时 f2 低，电阻小， 自动切除变阻器。,2、 绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动,38,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电机启动分析,频敏变阻器,3

12、9,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型异步电动机转子 回路串频敏变阻器起动,用途： 绕线型异步电动机起动 特点： 电阻大小随频率自动改变 无触点变阻器,40,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,例:某三相异步电动机额定电压380V,三角形连接,额定功率40KW,额定转速1470r/min,起动转矩倍数1.2,求:起动转矩;负载转矩为额定转矩的70%和20%时,能否采用星角起动? 例:某三相异步电动机，连接，额定功率28KW，额定电压是380V,额定电流58A，额定功率因数0.88，额定转速1455r/min,启动电流倍数为6，起动

13、转矩倍数1.1，过载系数2.2。要求起动电流不大于150A，启动时负载的阻转距73Nm,试问应以何种方法启动？,举例,41,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,调速方法 变极调速 变频调速 变转差调速,异步电动机的调速,42,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机：,异步电动机的调速方法,变极调速,变频调速,变转差调速,对比直流电动机：,43,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机的变极调速,4极,44,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机的变极调速,2极,

14、双速电机每相有两套绕组，改变其中一套绕组的接线，就可以改变定子磁场的极对数。笼型转子极对数自动随之变化。,45,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机的变频调速 恒转矩调速,基本要求：mC，保持磁路的饱和程度近似不变。,恒压频比,46,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机的变频调速 恒功率调速,恒功率调速,恒转矩调速,47,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,变 频 器,变频器的基本构成,电动机,常用的变频器： PWM变频器。,PWM： Pluse Width Modulation 脉（冲）宽

15、（度）调制,48,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,s = f (U1, R1, X1, R2, X2 ） 改变端电压调速 定子绕组串联电阻器或电抗器调速 转子绕组串联电阻器或电抗器调速 双馈电机调速,变转差调速,49,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型转子串联电阻器调速,50,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,绕线型转子串联电阻器调速,对恒转矩负载：,结论： 等效电路电压、电流不变； 电磁转矩T不变； 电磁功率PM不变； R2 增加，导致：s 增加、pcu2 增加、Pmec 减小。,51,电机学教

16、案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,双馈电机转差调速,交-交 变频器,绕线型感 应电动机,52,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机 几种调速方法的对比,53,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,异步电动机的制动,发电制动 能耗制动 反接制动 正转反接制动 正接反转制动,54,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,能耗制动,(1) 制动原理 制动前 S1 合上，S2 断开， M 为电动状态。 制动时 S1 断开，S2 合上。 定子: U I1 转子: n E2 I2 M 为制动状态。

17、,n,T,55,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,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,(2) 能耗制动时的机械特性,能耗制动,56,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,(T0，制动开始),(3) 能耗制动过程 迅速停车, 制动原理 制动前：特性 1。 制动时：特性 2。,能耗制动,a,b,57,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,原点 O (n = 0，

18、T = 0)，,制动过程结束。, 制动效果 Rb,I1 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。,能耗制动,58,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,(4) 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。 制动效果： 由制动回路的电阻决定。,能耗制动,59,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,反接制动,(1) 定子反相的反接制动, 迅速停车,制动前的电路,制动时的电路,

19、 制动原理,60,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变， n1 变向。,b,即：s 1 (第二象限)。 同时：E2s、I2 反向，,T 反向。,a,c,d,反接制动,61,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,制动结束。 到 c 点时，若未切断电源， M 将可能反向起动。,反接制动,62,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,取决于 Rb 的大小。, 制动效果, 制动时的功率,0,0,Pi = (1s ) PM,反接制动,63,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，

20、wasxty_99,PCu2 = m1(R2Rb ) I22 = PMPi = PM|Pi|,三相电能,电磁功率PM,转子,机械功率Pi,定子,转子电阻消耗掉,反接制动,64,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,(2) 转子反向的反接制动,下放重物, 制动原理 定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。,d 点( nd0，Td = TL ),反接制动,65,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,b,c,a,d,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,反接制动,66,电机学教

21、案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99, 制动时的功率,第四象限：,1 (n0),0,PCu2 = m1(R2Rb ) I22 = PMPi = PM|Pi|,0,Pi = (1s ) PM, 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。,反接制动,67,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,特点：| n | | n1 |，s0。 电机处于发电机状态。 (1) 调速过程中的回馈制动,回馈制动,68,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,(2) 下放重物时的回馈制动,b,a,c

22、,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,回馈制动,69,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,0 (nn1) 0 定子发出电功率，向电源回馈电能。 0 轴上输入机械功率(位能负载的位能)。,制动时的功率,第四象限：,Pi= (1s ) PM,回馈制动,70,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,PCu2 = PMPi |PM | = |Pi|PCu2 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。,回馈制动,71,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,制动效果,Rb 下放速度 。 为了避免危险的高速， 一般不串联 Rb。,回馈制动,72,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,小结,三相电动机的能耗制动的特点： 能够使反抗性恒转矩负载准确停车 制动平稳，但制动至转速较低时，制动转矩也变小，制动效果不理想 由于制动时电动机不从电网吸取交流电能，只吸取少量的直流电能，因此制动比较经济,73,电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99,小结,电源反接制动的特点： 制动转矩即使再