三相感應(yīng)電動機的電力拖動ppt課件.ppt

第七章三相感應(yīng)電動機的電力拖動,7.1三相感應(yīng)電動機的機械特性,7.2三相感應(yīng)電動機的起動,7.3感應(yīng)電動機的電磁制動,7.4三相感應(yīng)電動機的調(diào)速,7.5三相感應(yīng)電動機起動的過渡過程,7.6拖動系統(tǒng)電動機的選擇,7.1三相感應(yīng)電動機的機械特性,三相異步電動機的機械特性：指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）之間的函數(shù)關(guān)系。,7.1.1固有機械特性的分析,三相感應(yīng)電動機的固有機械特性：指感應(yīng)電動機工作在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線方式接線，定、轉(zhuǎn)子外接電阻為零時，n與Tem的關(guān)系,繪制出感應(yīng)電動機的固有機械特性，在某一轉(zhuǎn)差率Sm時，轉(zhuǎn)矩有一最大值Tm，Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率，整個機械特性可看作由兩部分組。,一、機械特性曲線,1）H-P部分（轉(zhuǎn)矩由0-Tm，轉(zhuǎn)差率由0-sm）。,2）P-A部分（轉(zhuǎn)知矩由Tm-Tst，轉(zhuǎn)差率為Sm-1）。,這一部分隨著轉(zhuǎn)矩的減小，轉(zhuǎn)速也減小，特性曲線為一曲線，稱為機械特性的曲線部分,二、反映電動機工作的特殊點,一）理想空載點H,這時n=n1，s=0，電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0，轉(zhuǎn)子電流I2=0，定子電流I1=I0。,二）最大轉(zhuǎn)矩點P,最大轉(zhuǎn)矩Tm時的轉(zhuǎn)差率sm,最大轉(zhuǎn)矩Tm,1）感應(yīng)電動機的臨界轉(zhuǎn)差率僅與電動機本身的參數(shù)有關(guān)，而與電源電壓無關(guān)。,2）感應(yīng)電動機的最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，但產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率（即臨界轉(zhuǎn)差率）則與轉(zhuǎn)子電阻成正比。,過載能力用最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN之比表示,一般感應(yīng)電動機的過載能力m=1.6-2.2，這是感應(yīng)電動機一個很重要的參數(shù)，它反映了電動機短時過載的極限。,三）起動點A,起動轉(zhuǎn)矩僅與電動機本身參數(shù)、電源有關(guān)，是在一定的電源條件下，電動機本身的一個參數(shù)，而與電動機所帶的負載無關(guān)。,繞線轉(zhuǎn)子電動機：若在一定范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)子電阻（轉(zhuǎn)子電路串接電阻）可以增大起動轉(zhuǎn)矩，以改善起動性能；,籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機：其轉(zhuǎn)子電阻不能用中接電阻的方法改變，這時Tst與TN之比，稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Km,當Tst大于負載轉(zhuǎn)矩時，籠型感應(yīng)電動機才能起動；而在要求滿載起動時，則Km必須大于1。,7.1.2人為機械特性的分析,人為機械特性:人為地改變電機參數(shù)或電源參數(shù)而得到的機械特性，三相感應(yīng)電動機的人為機械特性種類很多.,一、降低定子電壓時的人為機械特性,降低定子電壓的人為機械特性為一組通過同步點的曲線族,二、轉(zhuǎn)子電路中串接對稱電阻時的人為機械特性,人為特性為一組通過同步點的曲線族,在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增大電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst，如果串接某一數(shù)值的電阻后使Tst=Tm，這時若再增大轉(zhuǎn)子電阻，起動轉(zhuǎn)矩將開始減小。,轉(zhuǎn)子電路串接附加電阻，適用于繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的起動和調(diào)速。,感應(yīng)電動機的人為機械特性的種類很多，除了上述兩種外，還有改變定子極對數(shù)，改變電源頻率的人為特性等,7.1.3機械特性的實用表達方式,只要知道Tm和Sm，就可以求出Tem和S的關(guān)系,式中的正負號，只有正號有實際意義，因為用負號求得的Sm將小于SN。,當S=SN時，Tem=TN，得,7.2三相感應(yīng)電動機的起動,7.2.1三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的起動,三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機有直接起動與降壓起動,一、直接起動,直接起動也稱為全壓起動：起動時，電動機定子繞組直接承受額定電壓。,過大的起動電流對電動機本身和電網(wǎng)電壓的波動均會帶來不利影響，一般直接起動只允許在小功率電動機中使用（PN7.5kW）；對容量較大的電動機，若能滿足下式要求，可允許直接起動,二、減壓起動,降壓起動的目的：限制起動電流，通過起動設(shè)備使定子繞組承受的電壓小于額定電壓，待電動機轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值時，再使定子繞組承受額定電壓，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定工作。,1、電阻降壓或電抗降壓起動,電動機起動時，在定子電路中串接電阻，這樣就降低了加在定子繞組上的電壓，從而也就減少了起動電流。,起動時能量損耗較多，故目前已被其它方法所代替,籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機電阻降壓起動的原理圖,2、自耦補償起動,自耦補償起動是利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組上的電壓以減小起動電流。,起動時開關(guān)投向“起動”位置，這時自耦變壓器的一次繞組加全電壓，降壓后的二次電壓加上定子繞組上，電動機降壓起動。當電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時，把開關(guān)投向“運行”位置，自耦變壓器被切除，電動機全壓運行，起動過程結(jié)束。,定子串電阻降壓起動時，電動機的起動電流就是電網(wǎng)電流；而自耦變壓器降壓起動時，電動機的起動電流與電網(wǎng)電流的關(guān)系則是自耦變壓器一、二次電流的關(guān)系。,在電動機得到同樣的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓起動的電網(wǎng)電流將小于定子串電阻（或串電抗）降壓起動時的電網(wǎng)電流。,3、星-三角（Y-）起動,自耦變壓器降壓起動適用于中小容量的低壓電動機，應(yīng)用較廣泛。,自耦變壓器降壓起動的一大優(yōu)點,自耦變壓器的二次繞組可以有不同的抽頭供選擇，通常有40%UN、60%UN和80%UN三種。,用這種起動方法的感應(yīng)電動機，必須是定子繞組正常接法為“”的電機。,起動時，先將三相定子繞組接成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時，再改接成三角形，起動時，開關(guān)S2投向“Y”位置，定子繞組作星形接結(jié)，這時定子繞組承受的電壓只有作三角形聯(lián)結(jié)時的，電動機降壓起動，當電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時，將開關(guān)S2迅速投向“”位置。定子繞組接成三角形運行，起動過程結(jié)束。,電動機停轉(zhuǎn)時，可直接斷開電源開關(guān)S1，但必須同時把開關(guān)S2放在中間位置，以免再次起動時造成直接起動。,接成星形起動時的線路電流只有接成三角形直接起動的,Y-起動：操作方便，起動設(shè)備簡單，應(yīng)用較廣泛，適用于正常運轉(zhuǎn)時定子繞組接成三角形的電動機。對于一般用途的小型感應(yīng)電動機。當容量大于4kW時，定子繞組的正常接法都采用三角形。,三、深槽式及雙籠型電動機,1.深槽式感應(yīng)電動機這種電動機是靠適當改變轉(zhuǎn)子的槽形，充分利用電動機起動過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的“集膚效應(yīng)”，以達到既改善起動性能又不降低正常運行效率的目的。集膚效應(yīng)：轉(zhuǎn)子槽漏磁通引起轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流集擠在導(dǎo)條表層的效應(yīng)。,深槽式轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電流的集膚效應(yīng),2.雙籠型感應(yīng)電動機雙籠型感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠。兩個籠間由狹長的縫隙隔開，顯然下籠相連的漏磁通比上籠的大得多。起動籠：上籠的籠導(dǎo)條較細，采用電阻率較大的黃銅或鋁青銅等材料制成，電阻較大。運行籠：下籠的籠截面較大，采用電阻率較小的紫銅等材料制成，電阻較小。,上籠,下籠,雙籠型電動機轉(zhuǎn)子槽型,7.2.2三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的起動,一、轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動,1、起動過程,曲線1對應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為R3=Rr+Rst3+Rst2+Rst1的人為特性曲線2對應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為R2=Rr+Rst2+Rst1的人為特性曲線3對于應(yīng)于轉(zhuǎn)子電阻為R1=Rr+Rst1的人為特性曲線4則為固有機械特性。,開始起動時n=0，全部電阻接入，這時起動轉(zhuǎn)矩為Tst1，隨著轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩沿曲線1變化，逐漸減小，當減小到Tst2時，接觸器觸頭KM1閉合，Rst3被切除，電動機的運行點由曲線1（g點）移到曲線2（f點）上，轉(zhuǎn)矩躍升為Tst1；電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩沿曲線2變化，待轉(zhuǎn)矩又減小到Tst2時，接觸器觸頭KM2閉合，電阻Rst2被切除，電動機的運行由曲線2（e點）移到曲線3（d點）上；電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩沿曲線3變化，最后接觸器觸頭KM3閉合，起動電阻全部切除，轉(zhuǎn)子繞組直接短路，電動機運行點沿固有特性變化，直到電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩平衡，電動機穩(wěn)定工作。,2、起動電阻的計算,起動電阻計算可以采用圖解法或解析法進行,感應(yīng)電動機的固有機械特性的工作部分接近于一條直線，只在s接近于sm、Tem接近于Tm時，彎曲較大。為了簡化計算，在ssm范圍內(nèi)，可以認為特性曲線的工作部分為一直線，通常稱之為機械特性的線性化。,機械特性的實用表達式:,2、由求出Tst2，判斷能否滿足起動要求，否則需作調(diào)整。,計算步驟,1、根據(jù)電動機的額定數(shù)據(jù)和起動級數(shù)，選定Tst1值，求出,若起動級數(shù)未定，則可選定Tst1和Tst2求出值,4、用式計算起動電阻,起動電阻每段的電阻值可由相鄰兩級的總電阻相減求得,二、轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動,頻敏變阻器：實質(zhì)上就是一個鐵耗很大的三相電抗器。特點：其電阻值隨轉(zhuǎn)速的上升而自動減小。,當電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，f2=f1，頻敏變阻器的鐵耗就大，因此，等效電阻Rm也較大。,在起動過程中，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率逐步降低，頻敏變阻器的鐵耗和相應(yīng)的等效電阻Rm也就隨之減小，這就相當于在起動過程中逐漸切除轉(zhuǎn)子電路串入的電阻。,起動結(jié)束后，轉(zhuǎn)子頻率很低，頻敏變阻器的等效電阻和電抗都很小，于是可將頻敏變阻器切除，轉(zhuǎn)子繞組直接短路。在起動過程中，它能夠自、無級地減小電阻，如果頻敏變壓器的參數(shù)選擇恰當，可以在起動過程中保持起動轉(zhuǎn)矩不變，這時的機械特性圖中曲線2所示，曲線1為固有特性。,頻敏變阻器結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，使用維護方便，因此應(yīng)用日益廣泛，但與轉(zhuǎn)子串電阻起動方法相比，由于頻敏變阻器還具有一定的電抗，在同樣的起動電流下，起動轉(zhuǎn)矩要小些。,7.3感應(yīng)電動機的電磁制動,7.3.1能耗制動,感應(yīng)電動機的電磁制動分為能耗制動、反接制動和回饋制動。不論是哪一種制動狀態(tài)，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向總是與轉(zhuǎn)向相反。,能耗制動時定子接入直流電源產(chǎn)生固定磁場。能耗制動：是將轉(zhuǎn)子的動能變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子電阻上（對繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機包括轉(zhuǎn)子串接電阻）。,感應(yīng)電動機能耗制動原理圖,感應(yīng)電動機能耗制動時的機械特性方程式,上式說明感應(yīng)電動機能耗制動時制動轉(zhuǎn)矩的大小決定于等效電流I1，并與轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)子電阻Rr有關(guān)，當n=0時，Tem=0，特性曲線通過原點，由于是制動狀態(tài)，曲線應(yīng)在第二象限（逆向電動狀態(tài)轉(zhuǎn)入能耗制動時，特性曲線在第四象限）。,耗制動時的最大轉(zhuǎn)矩TmT和產(chǎn)生最大制動轉(zhuǎn)矩時的相對轉(zhuǎn)速,也稱為臨界相對轉(zhuǎn)速,曲線1、2是轉(zhuǎn)子電阻相同曲線2的直流勵磁大于曲線1,曲線對強度比1、3是直流勵磁相同曲線3的轉(zhuǎn)子電阻大于曲線1,轉(zhuǎn)子電阻較小時，在高速時的制動轉(zhuǎn)矩就比較小,能耗制動時，電動機是直流勵磁，勵磁磁動勢是一個恒定值不同的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子電流是變化的，轉(zhuǎn)子磁動勢是個變量。這就使電動機的合成磁動勢在制動過程中不是一個定值。能耗制動過程中，電動機的主磁通是變化的，由此引起磁路飽和情況的變化，使勵磁電抗不再保持為一常數(shù)，而是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。,籠型感應(yīng)電動機采用增大直流勵磁來增大高速時的制動轉(zhuǎn)矩。,繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機采取轉(zhuǎn)子串接電阻的方法使得在高速時獲得較大的制動轉(zhuǎn)矩。,必須指出,7.3.2反接制動,一、定子兩相反接制動,反接制動前，觸頭KM2閉合，KM1斷開，電動機正向運轉(zhuǎn)，穩(wěn)定工作在固有特性上的點,反接制動時，將觸頭KM2斷開，KM1閉合。,制動過程結(jié)束，如要停車，則應(yīng)立即切斷電源，否則電動機將反向起動。,轉(zhuǎn)差率s1是反接制動的特點,兩相反接制動的特性就是逆向電動工作狀態(tài)時機械特性在第二象限的延長部分。,轉(zhuǎn)差率s,二、倒拉反接制動,倒拉反接制動時的機械特性就是電動機工作狀態(tài)時的機械特性在第四象限的延長部分。,n,負載為一位能性負載，負載轉(zhuǎn)矩為Tz，則電動機將穩(wěn)定工作在特性的c點。此時電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動工作狀態(tài)時相同，而轉(zhuǎn)向與電動工作狀態(tài)時相反，電動機處于制動工作狀態(tài),屬于反接制動,電網(wǎng)仍繼續(xù)向電網(wǎng)輸送功率，同時還輸入機械功率（倒拉反接制動是位能負載作功，兩相反接時則是轉(zhuǎn)子的動能作功），這兩部分功率都消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。,反接制動時，能量損耗是很大,7.3.3回饋制動,感應(yīng)電動機在電動機工作狀態(tài)時，由于某種原因，在轉(zhuǎn)向不變的條件下，使轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n1時，電動機便處于回饋制動狀態(tài),轉(zhuǎn)子電流的有功分量：,轉(zhuǎn)子電流的無功分量：,轉(zhuǎn)子電流無功分量仍為正值，說明回饋制動時，電動機仍與電動工作狀態(tài)一樣，從電網(wǎng)吸取勵磁電流，建立磁場。,為負值，電磁轉(zhuǎn)矩也為負值，與轉(zhuǎn)向相反，說明電動機處于制動狀態(tài),輸入電動機的功率為負值，即實際上電動機是向電網(wǎng)輸出電能量，好似一臺發(fā)電機。因此回饋制動也稱為再生發(fā)電制動。,回饋制動時電動機的機械特性是電動工作狀態(tài)的機械特性在第二象限的延長部分,回饋制動時，轉(zhuǎn)子電路中不宜串入較大電阻,如果沒有電網(wǎng)能向感應(yīng)電機供給勵磁，而又希望它能發(fā)電則必須在定子繞組上并接三組電容器（可接成星形或三角形）。利用電容器向感應(yīng)電機供給所需的勵磁功率，這稱為自勵發(fā)電。,回饋制動時感應(yīng)電動機的相量圖,回饋制動時電動機的機械特性,7.4感應(yīng)電動機的調(diào)速,要求電動機具有幾種轉(zhuǎn)速；在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；,調(diào)速的方法：,（1）改變定子繞組的極對數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1,以改變n1進行調(diào)速，稱為變頻調(diào)速。（3）改變電動機的轉(zhuǎn)差率；改變定子繞組的端電壓；改變定子繞組的外加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路引進fsf的外加電勢,7.4.1變極調(diào)速,在電源頻率f1不變的條件下，改變發(fā)電機的極數(shù)，電動機的同步轉(zhuǎn)還n1就會發(fā)生變化，電動機的極數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速就降低一半，電動機的轉(zhuǎn)速也幾乎下降一半，從而得到轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。,改變電動機的極數(shù)方法：,調(diào)速原理：,多速電動機均采用籠型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的極數(shù)能自動地與定子極數(shù)相適應(yīng)。,反向法：僅在每相內(nèi)部改變所屬線圈的聯(lián)接方法的變極法。一般變極時均采用這種方法。,多極電動機定子繞組的接線方式最常用的兩種,繞組從單星形（每相只有一條支路）改接成雙星形（每相有兩條支路）寫作Y/YY,三角形改接成雙星形，寫作/YY,改接前后輸出功率之比,Y/YY,接法適用于恒轉(zhuǎn)矩負載,/YY,適用于恒功率負載,倍極比：多速電動機若變極前后的極數(shù)比為整數(shù)，如如4極變8極，2極變4極等，否則就稱為非倍極比，如4極變6極。,特點：調(diào)速的平滑性差，但具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性較好，對于不需要無極調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、通風(fēng)機、升降機等，多速發(fā)動機得到廣泛應(yīng)用。,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的機械特性曲線,恒功率調(diào)速的機械特性曲線,7.4.2變頻調(diào)速,考慮到電動機的運行性能，并使電動機得到充分利用,通常希望氣隙磁通m維持額定值不變,U1E1=4.44f1N1mK1，若要使m為定值，則U1必須隨頻率的變化作正比變化,式中加“”的表示變頻后的量。,為了保證電動機運行的穩(wěn)定性，希望變頻調(diào)速時，電動機的過載能力不變,為了保證變頻前后m不變，就要求,對于恒轉(zhuǎn)矩負載，因為TN=TN，由上式可得定值，這時既保證了電動機的過載能力m不變，同時又滿足m=定值的要求，這說明變頻調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負載。,變頻調(diào)速的調(diào)速性能比較好，它的調(diào)速范圍大，一般可達10-12。平滑性好，特性硬度不變。需要一套專用的變頻電源，設(shè)備投資較高晶閘管技術(shù)的發(fā)展，為獲得變頻電源提供了新的途徑,定子電阻R1的影響，隨著頻率的降低，最大轉(zhuǎn)矩略有減小，當頻率很低時（如圖中的f15、f16），Tm降得很多。為了保證電動機在低速時有足夠大小的Tm值，U1應(yīng)比f1降低的比例小些，使的比值隨f1的降低而增加，如圖中虛線所示。,7.4.3轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速,調(diào)速范圍不大，僅為2-3。,從調(diào)速性質(zhì)來看，轉(zhuǎn)子串電阻屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,轉(zhuǎn)子串接電阻后，增加了轉(zhuǎn)子銅耗，調(diào)速的經(jīng)濟性欠佳。,中小容量的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機中得到廣泛應(yīng)用，如橋式起重機上的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機幾乎都采用這種調(diào)速方法。,轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資不高,電動機的固有特性和轉(zhuǎn)子電路串接Rpa和Rpa時的人為特性，見右圖。串入電阻后，電動機的工作點便由原來的點移到人為特性的b點或c點，調(diào)速過程與直流電動機電樞串電阻調(diào)速相同。,7.4.4串級調(diào)速,串級調(diào)速是繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子電路中引入一個附加電動勢Ef來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，它是一種改變轉(zhuǎn)差率s進行調(diào)速的方法,附加電動勢的方向不同，調(diào)速的結(jié)果也不同。,電動機的一般運行條件下，因為轉(zhuǎn)差率s很小，,可以認為轉(zhuǎn)子電流，即電流與同相。,一、附加電動勢與同相,未加入附加電動勢時，轉(zhuǎn)子電流,引入附加電動勢的瞬間，轉(zhuǎn)子電流,轉(zhuǎn)子電流增加了，同時電磁轉(zhuǎn)矩Tem也相應(yīng)增大，使電動機加速，轉(zhuǎn)差率s變小，合成電動勢也減小，電流I2和轉(zhuǎn)矩T則在躍升到某一最大值后逐漸下降，直到轉(zhuǎn)速升高至某一數(shù)值，使電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩平衡時，電動機穩(wěn)定運行。若穩(wěn)定后的電動機轉(zhuǎn)差率sk，顯然,如果，則sk0，這時電動機仍作電動機運行，但轉(zhuǎn)速n將高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流I2不是由轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢所產(chǎn)生，而是附加電動勢所產(chǎn)生。,二、與反相,情況和上述相反，這時電動機將減速，同理可推出，穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)差率：,三、與相位相差90,有了附加電動勢后，電動機的功率因數(shù)提高了；反之，若附加電動勢滯后，則將使電動機的功率因數(shù)減小。,一般情況下，附加電動勢可以與相差角，這時可將分解為兩個分量，與同相的分量使電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，與成90的分量使電動機的功率因數(shù)發(fā)生變化。,7.5三相感應(yīng)電動機起動的過渡過程,三相感應(yīng)電動機在電力拖動系統(tǒng)的過渡過程中，其轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem都是時間t的函數(shù)。,假設(shè)在起動過渡過程中感應(yīng)電動機空載，即Tz=0，此時運動方程式：,上式右側(cè)各個參量都是機械量，將TmA稱作機械時間常數(shù),式中,確定過渡過程所需時間，以及求得轉(zhuǎn)速與時間的函數(shù)式n=f（t），進一步可確定電磁轉(zhuǎn)矩與時間的函數(shù)關(guān)系式的Tem=f（t）。這樣便可得到過渡過程中轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩變化曲線。于是：,7.5.1空載起動時間tp,設(shè)s0為起動過程中起動點的轉(zhuǎn)差率、sx為起動過程結(jié)束時的轉(zhuǎn)差率。那么,可知，只要知道起始點、結(jié)束點的轉(zhuǎn)差率，便可求出時間tp，同時可以發(fā)現(xiàn)tp與sm值有關(guān)，如需求得最短過渡過程時間，可令，求得相應(yīng)的sm值為,7.5.2函數(shù)關(guān)系n=f（t）、Tem=f（t）,分段進行近似求解，即按ssm，ssm兩段進行近似處理。,1）當ssm時,于是求得電磁轉(zhuǎn)矩Tem：,解方程得：,那么,2）當ssm時,函數(shù)關(guān)系式n=f（t），Tem=f（t）分段確定后，便可作出過渡過程中轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線,式中,于是可求得電磁轉(zhuǎn)矩Tem：,ns,1,tm,t,tm,t,7.6拖動系統(tǒng)電動機的選擇,電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇，主要是確定電動機的功率和工作方式，同時還要確定電動機的電流種類、型式、額定電壓和額定轉(zhuǎn)速。,選擇電動機的原則：1）滿足生產(chǎn)機械負載要求；2）經(jīng)濟合理,在決定電動機的功率時，要考慮電動機的發(fā)熱、過載能力和啟動能力三方面的因素，其中一般以發(fā)熱問題最為重要。,7.6.1電動機的發(fā)熱與冷卻,一、電動機的發(fā)熱過程,電動機在運行過程中會發(fā)熱：實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換過程中電動機內(nèi)部產(chǎn)生損耗，并轉(zhuǎn)換成熱量而使電動機的溫度升高,為研究方便，通常假定電動機為一均質(zhì)等溫固體,設(shè)電動機在恒定負載下長期連續(xù)工作，單位時間內(nèi)由電動機損耗所產(chǎn)生的熱量為Q，則在dt時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Qdt,另一部分Q2，則向周圍散發(fā)出去,電動機的熱平衡方程式：,其中Q1為電動機吸收，使電動機溫度升高,電動機的溫升曲線方程：,對應(yīng)于一定的負載，電動機的損耗所產(chǎn)生的熱量是一定的，因此電動機的穩(wěn)定溫升也是一定的，與起始溫升無關(guān)。,若電動機在額定負載時，對應(yīng)于損耗而產(chǎn)生的熱量為QN。此時的穩(wěn)定溫升為，則當電動機在小于額定負載運行時，其穩(wěn)定溫升就不會超過,二、電動機的冷卻過程,電動機的冷卻過程有兩種情況：,冷卻過程的溫升曲線也是一條指數(shù)曲線，如圖：,1）當負載減小時，電動機產(chǎn)生的熱量為，相應(yīng)的溫升由原來的溫升降低到新的穩(wěn)定溫升，仿照發(fā)熱過程對溫升曲線方程的推導(dǎo)，可得冷卻過程的溫升方程。,2）電動機自電網(wǎng)斷開（停機或斷能）時，電動機產(chǎn)生的熱量為零，則,三、電動機的絕緣等級,絕緣等級：電動機在運行中，由于損耗產(chǎn)生熱量，使電動機的溫度升高，電動機所能容許達到的最高溫度取決于電動機所用絕緣材料的耐熱程度。,不同的絕緣材料，其最高容許溫度是不同的。,國際電工協(xié)會規(guī)定，絕緣等級可分為七個等級，電機中常用的絕緣材料，按其耐熱能力，分為A、E、B、F和H等五級。,絕緣材料的最高容許溫度：表示一臺電動機能帶的負載的限度，而電動機的額定功率就代表了這一限度,電動機銘牌上所標的額定功率表示在環(huán)境溫度為40C時，電動機長期連續(xù)工作，而電動機所能達到的最高溫度不超過絕緣材料最高容許溫度時的輸出功率,電動機額定溫升t0=電動機最高允許溫度t-環(huán)境溫度t0，式中t0=+40，t是指電動機繞組的最高允許溫度。對于運行的電動機，由于無法直接測出繞組的實際溫度，只能間接測出機殼外表溫度(即吊環(huán)孔內(nèi)的溫度)，比電動機繞組最熱點約低10左右。故機殼外表實測溫度加上10左右溫差，方為電動機最高允許溫度t。,7.6.2電動機的工作制分類,電動機工作時，負載持續(xù)時間的長短對電機的發(fā)熱情況影響較大，對正確選擇電動機的功率也有影響。電動機的工作制就是對電動機承受負載情況的說明。國家標準把電動機的工作制分為國家標準將電動機工作制分成三大類共8種,一、連續(xù)工作制（S1）,短時工作制：指電動機拖動恒定負載在給定的時間內(nèi)運行。該運行時間不足以使電動機達到穩(wěn)定溫升，隨之即斷電停轉(zhuǎn)足夠時間，使電動機冷卻到與冷卻介質(zhì)的溫差在2K以內(nèi)。其典型負載圖及溫升曲線如圖所示。短時工作制標準時限為15min、30min、60min、90min。,為了充分利用電動機，用于短時工作制的電動機在規(guī)定的運行時間內(nèi)應(yīng)達到容許溫升，并按照這個原則規(guī)定電動機的額定功率，即按照電動機拖動恒定負載運行，取在規(guī)定的運行時間內(nèi)實際達到的最高溫升恰好等于容許最高溫升時的輸出功率，作為電動機的額定功率。,二、短時工作制（S2）,電動機的溫升在一個穩(wěn)定的小范圍內(nèi)波動。,三、斷續(xù)周期工作制,電動機按一系列相同的工作周期運行，根據(jù)一個周期運行狀態(tài)不不同可分為六類，既斷續(xù)周期工作制（S3），包括啟動的斷續(xù)周期工作制（S4）、包括電制動的斷續(xù)周期工作制（S5）、連續(xù)周期工作制（S6）、包括電制動的連續(xù)周期工作制（S7）、包括負載與轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化的連續(xù)周期工作制（S8）,負載持續(xù)率FC：斷續(xù)周期工作制中，負載工作時間與整個周期之比,國標規(guī)定FC為15%、25%、40%和60%四種，每個周期的總時間不大于10min.,典型負載圖和溫升曲線,7.6.3電動機容量的選擇,一、連續(xù)工作制電動機容量的選擇,1.恒定負載下電動機容量的選擇,只要計算出負載所需功率PL，選擇一臺額定功率PN略大于PL的連續(xù)工作制電動機即可，不必進行發(fā)熱校核。,2.變化負載下電動機容量的選擇,當電動機拖動周期性變化負載時，其溫升也必然作周期性的波動。圖為負載變動的生產(chǎn)機械的負載圖。,電動機容量應(yīng)在最大負載與最小負載之間，選擇合適，既可使電動機得到充分利用，又可使電動機溫升不超過容許值。,電動機的容量通常按下面幾種方法進行選擇,（1）等效電流法其基本原理是用一個不變的等效電流Idx來代替實際變動的負載電流IL，在同一周期內(nèi)，等效電流Idx與負載電流I