交流異步電動機的電力拖動注冊電氣工程師供配電專業(yè)課件

1、第 十一章 異步電動機的電力拖動11.1 三相異步電動機的起動11.2 三相異步電動機的制動第1頁，共60頁。11.1 三相異步電動機的起動 一、電動機的起動指標： 起動轉(zhuǎn)矩足夠大。 起動電流不超過允許范圍。異步機的實際起動情況： 起動電流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起動轉(zhuǎn)矩?。篢st =stTN = (1.62.2) TN 不利影響：(1) 大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響自身及其他負載 工作。 (2) 頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。 第2頁，共60頁。二、籠型異步電動機的直接起動1. 小容量的電動機（7.5kW）2. 電動機容量滿足如下要求：Ist INsc =

2、143 +電源總?cè)萘?kVA)電動機容量(kVA)第3頁，共60頁。三、籠型異步電動機的減壓起動1. 定子串聯(lián)電阻或 電抗減壓起動：M33R(L)Q1Q2FU運行起動第4頁，共60頁。適用于：正常運行為聯(lián)結(jié)的電動機。Y型起動，型運行。2. Y 減壓起動： Y型起動WVUWVUIstYUN型起動（型運行）UNIstZZZZZZ3 | Z |UNIstY =3UNIst =| Z |第5頁，共60頁。 Y型起動的起動電流為：IstY =13IstT U12 ，TstY =13Tst Y型起動的起動轉(zhuǎn)矩為： 1 3U1 =U1 Y 減壓起動的特點： (1) 電源電壓不變，改變定子繞組接法； (2)

3、減壓比為: 13Y起動相電壓U1 起動相電壓U1=第6頁，共60頁。否則不能采用此法。(1) IstYImax （線路中允許的最大電流）；(2) TstYTL 。 Y 減壓起動的使用條件：第7頁，共60頁。定子電流： kAIst線路電流：IstA= kA2Ist3. 自耦變壓器減壓起動M3UN= kAUNkAIstIstA 降壓比為:U1kA =U1UNU1定子電壓： 自耦變壓器減壓起動的起 動電流為：IstA= kA2Ist第8頁，共60頁。 自耦變壓器減壓起動的特點：(1) 定子繞組接法不變，改變定子繞組的電壓；(2) 降壓比 KA 可調(diào): U1 = ( 0.4、0.6、0.8) UN U

4、1 = ( 0.55、0.64、0.73) UN 自耦變壓器減壓起動的起動轉(zhuǎn)矩為：TstA = kA2 Tst第9頁，共60頁。(1) IstAImax （線路中允許的最大電流）；(2) TstATL 否則不能采用此法。自耦變壓器電壓比的選擇：自耦變壓器減壓起動的使用條件：kA2 Ist ImaxkA2 Tst TL kA2 TLTstImaxIst第10頁，共60頁。4. 延邊三角形減壓起動2 5143614362 5適用于：正常運行為聯(lián)結(jié)的電動機。延邊三角形起動，型運行。第11頁，共60頁。說明：關于起動轉(zhuǎn)矩大小的幾點考慮 設減壓起動的起動轉(zhuǎn)矩為：Tst 起動電流為：Ist 帶負載起動時，

5、要求： Tst TL1.考慮加速轉(zhuǎn)矩 Tst (1.11.2)TL2.考慮電源電壓波動3.考慮諧波的影響Tst (1.11.2)TL(0.850.95) 2第12頁，共60頁。四、改善起動性能的三相籠型異步電動機1.深槽異步電動機 槽深 h 與槽寬 b 之比為：h / b = 10 12漏電抗小漏電抗大增大電流密度 起動時： f2 高，漏電抗大，電流的集膚效應使導條的等效面積減小，即 R2 Tst 運行時： f2 很低，漏電抗很小，集膚效應消失，R2第13頁，共60頁。2.雙籠型異步電動機電阻大漏抗小電阻小漏抗大 起動時 f2 高： 漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外籠， 外籠 R2 大

6、上籠（外籠）下籠（內(nèi)籠） Tst 大; 運行時 f2 很低 ： 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在內(nèi)籠,外籠 起動籠。內(nèi)籠 工作籠。第14頁，共60頁。1. 分級起動過程3 M3Q2 Q2Q1 Q1Rst1Rst2n0TnO3(R22)TLT2 T12(R21)1(R2)abcdef(1)串聯(lián) Rst1和 Rst2 起動(特性3)： 總電阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2(2) 合上 Q1 ，切除 Rst2 (特性2)： 總電阻 R21 = R2+ Rst1(3) 合上 Q2 ，切除 Rst1 (特性1)： 總電阻: R2五、繞線型異步機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動第15頁，共6

7、0頁。2. 起動級數(shù)與起動電阻的計算(1) 選擇 T1 和 T2: 起動轉(zhuǎn)矩： T1 = (0.8 0.9) TM 切換轉(zhuǎn)矩： T2 = (1.1 1.2) TL 起切轉(zhuǎn)矩比： =T1T2R2 = sN E2N3 I2N(2) 求出 R2 ：第16頁，共60頁。(3) 起動級數(shù)與起動電阻的關系n0TnO3(R22)TLT2 T12(R21)1(R2)abcdefT = +2TM sMs ssM當 ssM 時：T = 2TMsM s當 s 不變時：T 1sM 1R2 T1 R22T2 R21 =b點和 c點=R21R2d 點和 e點=當 sM 不變時： T sT1 seTN sN =sasM3s

8、esM1=1R22seR2= sNT1TNR2R22第17頁，共60頁。T1 R2mT2 R2(m1)=R2(m1)R2(m2)= 對于 m 級起動：=R21R2=R21 =R2R22 =R21 R2m = R2(m1)=2R2 =m R2Rst1 = R21R2Rst2 = R22R21Rstm = R2mR2(m1)= R2m R2 mm =R2mR2 lg lg= TN sNT1 m第18頁，共60頁。 頻敏變阻器： 頻率高：損耗大，電阻大； 頻率低：損耗小，電阻小。 轉(zhuǎn)子電路起動時: f2 高，電阻大， 轉(zhuǎn)子電路正常運行時: f2 低，電阻小，Tst 大， Ist 小。自動切除變阻器。

9、二、轉(zhuǎn)子電路串頻敏變阻器起動第19頁，共60頁。M33Q111.2 三相異步電動機的制動一、能耗制動1. 制動原理n+UQ2 RbI1FF制動前： Q1 合上，Q2 斷開，M 為電動狀態(tài)。制動時： Q1 斷開，Q2 合上。M 為制動狀態(tài)。定子：UI1轉(zhuǎn)子：nE2 I2TT第20頁，共60頁。2. 能耗制動時的機械特性OnT特點： 因T 與 n 方向相反， n T 曲線在第、 象限。 因 n = 0 時， T = 0， n T 曲線過原點。 制動電流增大時， 制動轉(zhuǎn)矩也增大； 產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。I1I1第21頁，共60頁。3. 能耗制動過程 迅速停車TLOnT12(1) 制動原理：制動前：

10、特性 1。制動時：特性 2。a 點b 點原點 O (n = 0，T = 0)，慣性ab(T0，制動開始)n制動過程結(jié)束。(2) 制動效果： RbI1T制動快(3) 制動時的功率： 定子輸入：P1 = 0，軸上輸出：P2 = T0動能 P2 轉(zhuǎn)子電路的電能， PCu2消耗掉。第22頁，共60頁。4. 能耗制動運行 下放重物TLOnT12aa 點b 點慣性(T0，制動開始)bn原點 O (n = 0，T = 0),在TL作用下n 反向增加cc 點(T = TL),制動運行狀態(tài)以速度 nc 穩(wěn)定下放重物。 制動效果： 由制動回路的電阻決定。第23頁，共60頁。二、反接制動1. 定子兩相反接的反接制動

11、迅速停車3 M33 M3Rb電動狀態(tài)制動狀態(tài)(1) 制動原理：第24頁，共60頁。TL制動前：正向電動狀態(tài)；制動時：OnT1n02n0定子相序改變，n0 變向。bs =n0 nn0=n0+nn0即：s 1 (第象限)。同時：E2s、I2 反向，T 反向。aca 點b 點慣性(T0，制動開始)nc 點(n = 0，T 0),制動結(jié)束。到 c 點時，若未切斷電源，M 將反向起動。TLd第25頁，共60頁。取決于 Rb 的大小。(2) 制動效果：aOnT1n02n0bc(3) 制動時的功率：Pe = m1I22R2+ Rb s0PCu2 = m1(R2 + Rb ) I22 = PePm = Pe

12、+ |Pm|0Pm = (1s ) Pe三相電能電磁功率 Pe轉(zhuǎn)子機械功率 Pm定子轉(zhuǎn)子電阻消耗掉第26頁，共60頁。2. 轉(zhuǎn)子反向的反接制動下放重物OnT1n02bcTLad(1) 制動原理： 定子相序不變，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻 Rb。a 點b 點慣性(TTL)nc 點 ( n = 0，TTL )在TL 作用下M 反向起動d 點( n0，T = TL )制動運行狀態(tài)(2) 制動效果： 改變 Rb 的大小，改變特性 2 的斜率，改變 nd 。下放重物： TcTL 。3e第27頁，共60頁。(3) 制動時的功率：s =n0nn0第象限：1 (n0)Pe = m1I22R2+ Rb s0pCu2

13、= m1(R2+ Rb ) I22 = PePm = Pe + |Pm|0Pm = (1s ) Pe 定子輸入電功率 軸上輸入機械功率 （位能負載的位能） 電功率與機械功率均 消耗在轉(zhuǎn)子電路中。第28頁，共60頁。三、回饋制動用于高速下放重物，不用于迅速停車。在調(diào)速過程中也會自動出現(xiàn)回饋制動現(xiàn)象。1. 下放重物時的回饋制動G3 M3RbOnTn01TLTTnTLbac反向電動回饋制動第29頁，共60頁。（1） 制動時的功率：s =n0nn0=n0+nn0第象限：0 (nn0)Pe = m1I22R2+ Rb s0PCu2 = PePm|Pe | = |Pm|PCu20Pm= (1s ) Pe=

14、 m1I221ss(R2+ Rb )定子發(fā)出電功率， 向電源回饋電能。軸上輸入機械功率 （位能負載的位能） 機械能轉(zhuǎn)換成電能 （減去轉(zhuǎn)子銅耗等）。第30頁，共60頁。（2） 制動效果：Rb特性 2 斜率下放速度 為了避免危險的高速，一般不串聯(lián) Rb。2. 減壓調(diào)速與變極調(diào)速時的回饋制動TnOfNf1TLabcdTnOYYYTLabcd?第31頁，共60頁。 例3：一臺繞線型異步 M 的技術(shù)數(shù)據(jù)為：PN = 75 kW， nN = 1 460 r/min，MT = 2.8 ，U2N = 399 V，I2N = 116 A。在固有特性上帶動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載運行，TL= 0.8TN 。為使電動機快速

15、反轉(zhuǎn)，采用反接制動。(1) 要求制動之初的電磁轉(zhuǎn)矩為T = 2TN ，求轉(zhuǎn)子每相應串聯(lián)的電阻值Rb；(2) 電動機反轉(zhuǎn)后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為多少？ sN =n0nN n0=150014601500= 0.027R2 =sN U2N3 I2N=0.027399 1163= 0.0536 解：(1)第32頁，共60頁。aOnT1n02n0bcTL固有特性上的臨界轉(zhuǎn)差率：sM = sN ( MT +MT21 )= 0.027 ( 2.8 +2.821 )= 0.146( )2sa = sMMTTNTLMTTNTL1( )2= 0.1462.80.82.80.81= 0.0213sb = 2sa = 1.98

16、( )2sM = sbMTTNTb+MTTNTb1第33頁，共60頁。+ 1 ( )2sM =1.982.822.82= 4.71Rb = ( 1) R2sMsM= 1.676 = ( 1)0.05364.710.146(2) M 反轉(zhuǎn)后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速:TLaOnT1n02n0bcTLd( )2= 4.712.80.82.80.81= 0.687nd = (1sd ) n0 =(10.687)(1500)= 469.5 r/min( )2sd = sMMTTNTLMTTNTL1第34頁，共60頁。 例4：一臺繞線型異步 M 的技術(shù)數(shù)據(jù)為：PN = 75 kW， nN = 1 460 r/min，M

17、T = 2.8 ，U2N = 399 V，I2N = 116A。 該 M 拖動起重機的提升機構(gòu)，如果：TL= 0.8TN，下放速度為 300 r/min，問：應當采用什么制動方法？并具體計算。sN =n0nN n0= 0.027OnT1n0TLa2bc解：采用轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的反接制動法。R2 =sN U2N3 I2N= 0.0536 300第35頁，共60頁。= 0.146在固有特性上：sM = sN ( MT +MT21 )當 TL = 0.8TN 時：( )2sa = sMMTTNTLMTTNTL1= 0.0213在人為特性上， TL = 0.8TN 時( c 點)：sc =n0nc n0=15

18、00(300)1500= 1.2則：Rb = ( 1) R2scsa= ( 1)0.05361.20.0213= 2.966 第36頁，共60頁。 三相異步電動機的反轉(zhuǎn)第37頁，共60頁。第 十二章 異步電機的制動第38頁，共60頁。12 三相異步電動機的調(diào)速1. 改變磁極對數(shù) p2. 改變轉(zhuǎn)差率 s 3. 改變電源頻率 f1(變頻調(diào)速)調(diào)速方法： n = (1 s) n0 = (1 s)60 f1 p 有級調(diào)速。無級調(diào)速。第39頁，共60頁。一、電動機的調(diào)速指標1. 調(diào)速范圍 D =nmax nmin 重型銑床的進給機構(gòu)： D = 300 (2 600 mm/min)2. 調(diào)速方向3. 調(diào)速

19、的平滑性 平滑系數(shù) =ni ni14. 調(diào)速的穩(wěn)定性 靜差率= 100%n0nn0 TnOn01n02nNnN D、nN 的關系(nN = nmax)D =nNnN (1)第40頁，共60頁。例如：nN = 1 430 r/min，nN = 115 r/min ， 要求30%、則 D = 5.3。 要求20%、則 D = 3.1。 再如： nN = 1 430 r/min， D = 20，5%， 則 nN = 3.76 r/min。5. 調(diào)速的經(jīng)濟性6. 調(diào)速時的允許負載 不同轉(zhuǎn)速下滿載運行時： 輸出轉(zhuǎn)矩相同 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。輸出功率相同 恒功率調(diào)速。第41頁，共60頁。TL二、變極調(diào)速n0TnO

20、YYY0.5n0n0TnOYY0.5n0TL1. 調(diào)速方向 YYY ()：n Y () YY ： n2. 調(diào)速范圍:D = 2 4第42頁，共60頁。3. 調(diào)速的平滑性： 平滑性差。4. 調(diào)速的穩(wěn)定性： 穩(wěn)定性好。靜差率：% =n0nn0 nn0 =(基本不變）5. 調(diào)速的經(jīng)濟性： 經(jīng)濟性好。6. 調(diào)速時的允許負載：(1) YYY：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 滿載輸出功率：P2 =3 UN IN cos1滿載輸出轉(zhuǎn)矩：T2 = P2= 12 INYINYY= 12 Y YY第43頁，共60頁。如果 cos1不變，則：= 12 P2YP2YY= 1 T2YT2YY（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）(2) YY（近似）恒功率調(diào)速：

21、= 3 IPN 2 IPN ININYY= 3 2 = 12 YY如果cos1不變，則： P2P2YY= 3 2 1（恒功率調(diào)速） T2T2YY= 2 3 2 = 1.732第44頁，共60頁。n0TnOsMUNTLTL三、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速）1. 調(diào)壓調(diào)速:TL(1) 調(diào)速方向: U1(UN)U1n0TnOsMUNU1n(2) 調(diào)速范圍： D 較小。第45頁，共60頁。(3) 調(diào)速的平滑性:若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n 可實現(xiàn)無級調(diào)速。(4) 調(diào)速的穩(wěn)定性： 經(jīng)濟性較差。 需要可調(diào)交流電源； cos1和均較低。(6) 調(diào)速時的允許負載： 既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又非恒功率調(diào)速。TU1p2穩(wěn)定性差。(

22、5) 調(diào)速的經(jīng)濟性：U1T (n)P2第46頁，共60頁。n0TnOTMR2R2+Rr2. 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速TLM33RrKM(1) 調(diào)速方向:n(2) 調(diào)速范圍：D 較小。第47頁，共60頁。(3) 調(diào)速的平滑性:Rr %(5) 調(diào)速的經(jīng)濟性： 初期投資不大，但運行效率較低。(6) 調(diào)速時的允許負載： 取決于 Rr 的調(diào)節(jié)方式。(4) 調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 調(diào)速前后 U1 、 f1 不變，m不變，T = CTm I2N cos2 基本不變。第48頁，共60頁。3. 串級調(diào)速(1) 串級調(diào)速的原理 在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)一個與 e2s 頻率相等、相位相同或相反的附加電動勢 ead ，

23、以代替 Rr 上的電壓降，從而使這部分能量不致?lián)p耗掉。轉(zhuǎn)子相電流：sE2 EadR2 + j sX2I2s = I2s = sE2 + EadR22 + (sX2 )2 e2s 與 ead 同相位時：在引入 ead 的瞬間：I2sTnsE2I2sTT =TL第49頁，共60頁。I2s = sE2EadR22 + (sX2 )2 e2s與ead 相位相反時：在引入 ead 的瞬間：I2sTnsE2I2sTT =TL(2) 串級調(diào)速的機械特性n0TnOE2sE2s+EadE2sEad第50頁，共60頁。(3) 串級調(diào)速的調(diào)速性能 調(diào)速方向: 調(diào)速范圍： D 較大。 調(diào)速的平滑性：平滑性好（無級調(diào)速

24、）。 調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性好。 調(diào)速的經(jīng)濟性： 初期投資大；運行效率較高，運行費用不大。 調(diào)速時的允許負載：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 調(diào)速前后 U1 、 f1 不變，m不變， 基本不變。 T = CTm I2N cos2 第51頁，共60頁。三、變頻調(diào)速 U、f 可 變M33整流電路逆變電路50 Hz控制電路 直 流n0TnOn0f1fNU1L= UNn0TnOn0f1fN ，=常數(shù)U1f1 TLTL第52頁，共60頁。1. 調(diào)速方向:f1fN 時：nf1fN 時：n2. 調(diào)速范圍:3. 調(diào)速的平滑性:5. 調(diào)速的經(jīng)濟性：4. 調(diào)速的穩(wěn)定性：D 較大。平滑性好（無級調(diào)速）。穩(wěn)定性好。 初期投資大；運行費用

25、不大。6. 調(diào)速時的允許負載：(1) f1fN 時：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。=常數(shù)U1f1 m基本不變， T = CTm I2N cos2 基本不變。第53頁，共60頁。 P2 = T2U14.44 f1 kw1N1m=T(2) f1 fN 時：恒功率調(diào)速。 U1L = UN T = CTm I2N cos2 1f11n1nT n P2 = 常數(shù)第54頁，共60頁。(1) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n；(2) 當 U1 = 0.8 UN 時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；(3) 當 U1L = 0.8 UN，f1 = 0.8 fN 時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;(4) 當 R2 + Rr = 0.05 時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 例2：某三相異步 M 的技術(shù)數(shù)據(jù)為：P

26、N = 30 kW， UN = 380 V，nN = 980 r/min，MT = 2.2， R2 = 0.02 ，TL = 0.8 TN。求：解：(1)sN =n0nN n0=10009801000= 0.02sM = sN ( MT +MT21 )= 0.02 ( 2.2 +2.221 )= 0.083第55頁，共60頁。( )2s = sMMTTNTLMTTNTL1= 0.0156( )2= 0.0832.20.82.20.81n = (1s) n0 = 1 000 (10.0156) = 984.4 r/min (2) 當 U1L = 0.8UN 時，n0、sM 不變，TMU12：TM = 0.82MTTN= 0.822.2 TN = 1.408 TN = 0.026