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1、第五章 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)51 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性一、機(jī)械特性的三種表達(dá)式112221122212221602 )1(602)1(602)1(emPnSRImSnSSRImnSSRImPT1、機(jī)械特性的物理表達(dá)式22122111111coscos244.4ICIfkNpfmTMw反映了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比的物理本質(zhì)。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式2、機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式、機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式22222222211cosRXSXSRSR22111111cos244. 4IfkNpfmTw22122112)(XXSR

2、RUI根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù)機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式221221221111XXSRRSRUmT電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式:電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線,是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn): 起動(dòng)點(diǎn) 最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 額定工作點(diǎn) 電動(dòng),發(fā)電,制動(dòng)三種運(yùn)行狀態(tài) 電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式(2)異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線上有一個(gè)最高點(diǎn); 最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。 221212)(0XXRRSdSdTm令:22121212111max21XXRRUmT代入轉(zhuǎn)矩公式,得過載能力:最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比:NmTTmax(1.62.2)最大轉(zhuǎn)矩,過載能力最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比; 最大轉(zhuǎn)矩

3、近似與漏電抗成反比; 最大轉(zhuǎn)矩的位置可以由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整; 最大轉(zhuǎn)矩的值與轉(zhuǎn)子電阻值沒有關(guān)系;異步電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻時(shí)機(jī)械特性的變化。關(guān)于最大轉(zhuǎn)矩的幾個(gè)重要結(jié)論22121212111max21XXRRUmT起動(dòng)電流指起動(dòng)瞬間電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電流;從等效電路求出起動(dòng)電流:22122112)()(XXRRUIIst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,即起動(dòng)瞬間電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩22122122111)()(1XXRRRUmTst若令Sm = 1221212)(XXRR起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。對于繞線式轉(zhuǎn)子可通過外串電阻達(dá)到。起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比; 總漏抗越大,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小; 繞線式異步

4、電動(dòng)機(jī)可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮杩梢栽龃笃饎?dòng)轉(zhuǎn)矩; 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幾個(gè)重要結(jié)論 當(dāng) 時(shí), 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大。221212)(XXRR22122122111)()(1XXRRRUmTst通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法。3 轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式SSSSTTmm2max12mmNmSSmSRXXRXXSRRSXXRRRTT2221212212212212112max)(2二、固有機(jī)械特性當(dāng)定子的對稱三相繞組按規(guī)定的接線方式;定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率的三相電壓;轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗,直接短路。這種情況下得到的nf(T), 稱為固有機(jī)械特性。TS固有機(jī)械特性的特殊點(diǎn)固有機(jī)械特性的特殊點(diǎn):1.

5、起動(dòng)點(diǎn)A:該點(diǎn)S1;2. 臨界點(diǎn)B:該點(diǎn)SSm;3. 額定點(diǎn)C:該點(diǎn)SSn;4. 同步點(diǎn)D:該點(diǎn)S0, 又稱理想空載點(diǎn);S=0S=1T0SnTnSmTm三、人為機(jī)械特性人為地改變電動(dòng)機(jī)地任一個(gè)參數(shù)(如U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。1. 降低定子端電壓的人為特性;2. 改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性;3. 改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性;4. 改變極數(shù)后的人為特性;5. 改變輸入頻率的人為特性;22122122111)()(1XXRRRUmTst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩:22121212111max21XXRRUmT最大轉(zhuǎn)矩:2)(21212XXRRSm臨界轉(zhuǎn)差率

6、:ST改變定子電壓的人為特性TS改變轉(zhuǎn)子電阻的人為特性TS改變定子電抗的人為特性人為特性曲線5-2 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)性能包括: 起動(dòng)電流倍數(shù)Ist/IN; 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Mst/MN; 起動(dòng)時(shí)間 起動(dòng)時(shí)消耗的能量 起動(dòng)設(shè)備的簡單和可靠; 起動(dòng)的過渡時(shí)間異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的問題:電流大但轉(zhuǎn)矩并不大。2212211122)()(cosXXSRRUIICTmMem 起動(dòng)時(shí), S1, 等效阻抗小, 起動(dòng)電流大; f2f1 , 2接近900, cos 2很小, 轉(zhuǎn)子電流用功分量小。 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng), 存在兩種矛盾:1. 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大, 供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能量有效;2. 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,

7、 負(fù)載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動(dòng);異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分四種情況:1. 小容量輕載起動(dòng);2. 中、大容量輕載起動(dòng);3. 小容量電機(jī)重載起動(dòng);4. 中、大容量重載起動(dòng);一、小容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)直接起動(dòng)不僅取決于電機(jī)本身的大小, 還與供電電網(wǎng)容量和供電線路長短有關(guān)。 (要求母線降落不大于10) 電動(dòng)機(jī)容量與供電變壓器的比值; 起動(dòng)是否頻繁; 供電線路距離; 同一臺(tái)變壓器其它用戶的要求;一般7.5KW以下電機(jī)允許直接起動(dòng)。二、中、大容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)降壓起動(dòng)此時(shí)主要矛盾時(shí)電流。 降低電流的方法, 主要靠降低電壓。2212211)()(XXRRUIQ起動(dòng)電流:降壓起動(dòng)時(shí), 起動(dòng)電流與定子電壓成比例降低。待轉(zhuǎn)速升

8、高到一定值, 恢復(fù)全電壓。 注意: 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與U2成正比, 降壓起動(dòng)后, 比起動(dòng)電流降低得更厲害。常用的降壓起動(dòng)方法 定子串電阻或電抗降壓起動(dòng); 用自耦變壓器降壓起動(dòng); Y起動(dòng) 延邊三角形起動(dòng)三、小容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)主要矛盾是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足。解決的方法: 容量大一號的電動(dòng)機(jī); 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)特殊電機(jī)獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原因, 主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。轉(zhuǎn)子參數(shù)自動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。 如雙鼠籠電機(jī)和深槽電機(jī)。集膚效應(yīng) 漏磁通只穿過槽一次, 由 槽底鐵心形成閉合回路。 可以看成許多單元導(dǎo)體的并聯(lián); 越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少, 即漏抗??;接近槽底底單元,漏抗大, 使導(dǎo)體電流密度分布不均, 產(chǎn)生

9、把電流向槽口排擠的“趨表效應(yīng)”; 電機(jī)轉(zhuǎn)速越低, 轉(zhuǎn)子電流頻率越高, 趨表效應(yīng)越突出; 導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小, 轉(zhuǎn)子電阻增加; 深槽式:高度是寬度的1012倍, 堵轉(zhuǎn)時(shí), 電阻達(dá)額定運(yùn)行的3倍, 隨著轉(zhuǎn)速升高, 頻率降低, 電流分布趨向均勻, 轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小。 雙鼠籠式: 兩套繞組, 材料不同, 截面也不同。 外籠: 起動(dòng)籠, 截面小, 材料選用電阻系數(shù)大; 內(nèi)籠: 工作籠, 截面大, 電阻系數(shù)小。 外籠內(nèi)籠四、中、大容量電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)兩種矛盾同時(shí)起作用。 采用繞線式電機(jī), 轉(zhuǎn)子串電阻。 既增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 又減小起動(dòng)電流。 常用的方法:轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。 5-3 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制

10、動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)狀態(tài):電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n同方向,電機(jī)從電源吸收電功率,扣除自身損耗外, 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率送至負(fù)載;三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài):T與n方向相反;制動(dòng)狀態(tài)方式: 反接制動(dòng); 回饋制動(dòng); 能耗制動(dòng);一、反接制動(dòng)1. 轉(zhuǎn)向反向的反接制動(dòng)(正接反轉(zhuǎn))重物下放的例子: TZ與轉(zhuǎn)速n方向一致。 穩(wěn)態(tài)時(shí), 電磁轉(zhuǎn)矩TTZ, 方向與n相反。 從機(jī)械特性分析: A點(diǎn)(電動(dòng)狀態(tài))n0, T0 B點(diǎn)(制動(dòng)狀態(tài))n0足夠大的電阻ABTS 轉(zhuǎn)差率:1)(1111nnnnnnS性質(zhì):等效電阻:0)(12RRSS機(jī)械功率吸收機(jī)械功率;0)(122RRSSI0)(2221SRRImPem電能從定子傳向轉(zhuǎn)子;P

11、Ppemcu 2全部消耗在電阻上;2、兩相對調(diào)ABTS電機(jī)原運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài),兩相對調(diào)后, 氣隙磁密立即反向, 以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn); 電機(jī)機(jī)械特性從1到2; SSSSTTnnnnnnSmmm211111反接的過程, 從反接開始到轉(zhuǎn)子為零的過程。兩種反接制動(dòng), 均有S1, 機(jī)械功率為輸入。區(qū)別: 前者由負(fù)載提供機(jī)械功率 后者由整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分提供儲(chǔ)能。二、異步機(jī)的回饋制動(dòng)把轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械功率, 經(jīng)異步機(jī)轉(zhuǎn)化為電功率送到電網(wǎng)。軸上外施驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 電機(jī)以同步方向旋轉(zhuǎn)020221211118090 ),(tan ,0 ,RSXn-nnSnn能量流向:ememememPSPPSPSRImPIUmP)1 (00c

12、os222111111T與n方向相反, 處于制動(dòng)狀態(tài)回饋制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)(1)同步轉(zhuǎn)向反向的回饋制動(dòng)(反接正轉(zhuǎn))定子兩相對調(diào)后, 位能性負(fù)載最后穩(wěn)定于第四象限, 重物以高于同步速的速度下放。(2)同步轉(zhuǎn)向不變的回饋制動(dòng)電車下坡 ;變極或變頻調(diào)速過程;三、異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)制動(dòng)時(shí), 三相繞組脫離三相電源, 由直流電流過定子繞組,在氣隙中形成恒定磁場。 過程分析:由于慣性, 轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn)切割磁力線感應(yīng)電勢感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下, 轉(zhuǎn)子減速至n0。能耗制動(dòng)可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機(jī), 使位能性負(fù)載勻速下放。 注意:恒定磁場獲得, 需通過定子繞組的改接5-4 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 要求電動(dòng)機(jī)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 ()1 (1601SnSnpf(1) 改變定子繞組的極對數(shù)p;(2)改變電源的頻率f1;(3)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率; 改變定子繞組的端電壓; 改變定子繞組

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