第26講 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)

第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第26講三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)一、能耗制動(dòng)二、反接制動(dòng)

三、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行

四、回饋制動(dòng)n1ABC120TTL-n1n31n￠正向點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行反向點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行一、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)若電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)；若兩者方向相反，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同，又分為回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行及能耗制動(dòng)。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)1、能耗制動(dòng)過(guò)程：（1）三相異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，如果突然切斷電源;（2）同時(shí)把直流電通入定子繞組，產(chǎn)生空間固定的磁通勢(shì)；（3）轉(zhuǎn)子因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流；（4）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與恒定磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流均為零，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。在上述制動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻中，故稱(chēng)為能耗制動(dòng)過(guò)程。2、定子等效電流異步電動(dòng)機(jī)定子通入直流電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)，其幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流有關(guān)。異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)機(jī)械特性表達(dá)式的推導(dǎo)比較復(fù)雜。為了分析方便，用三相交流電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)代替直流磁通勢(shì)，等效條件如下：（1）保持磁通勢(shì)幅值不變；（2）保持磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子之間相對(duì)轉(zhuǎn)速不變，0-n=-n。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)如圖當(dāng)直流電流從定子繞組的A進(jìn)B出，電動(dòng)機(jī)定子繞組Y接，則A相和B相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)相等，相差60°，則合成磁通勢(shì)為：把直流磁通勢(shì)等效為由三相交流電流產(chǎn)生，每相交流電流的有效值為I1，則交流磁通勢(shì)的幅值為：二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)等效原則為：于是得到：二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)3、轉(zhuǎn)差率及等效電路磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為（-n），而磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/p，能耗制動(dòng)的轉(zhuǎn)差率用表示，則：轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小及頻率為：二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)例如：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，；

n=n1時(shí)，

n=-n1時(shí)，其中，E2是磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速為-n1，即n=-n1時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)。把轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到定子邊后，三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的等效電路圖如圖所示。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)4、能耗制動(dòng)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)時(shí)，忽略電動(dòng)機(jī)鐵損耗。根據(jù)等效電路畫(huà)出定子電流、勵(lì)磁電流以及轉(zhuǎn)子電流之間的相量圖為：它們之間的關(guān)系為：忽略鐵損耗后，則有：另外，有：二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)把上面公式聯(lián)合求解得：電磁轉(zhuǎn)矩為：

能耗制動(dòng)的機(jī)械特性通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，圖中曲線1和曲線2具有相同的轉(zhuǎn)子電阻，但2比1具有較大的直流勵(lì)磁電流；1和3具有相同的直流勵(lì)磁電流，但3比1具有較大的轉(zhuǎn)子電阻。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)由圖可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)（曲線1），初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較小。對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)，為了增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，就必須增大勵(lì)磁電流（曲線2）。對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，可以采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（曲線3）。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載運(yùn)行時(shí)，采用能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A→B→0，最后準(zhǔn)確停在n=0處。如果負(fù)載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，需要在轉(zhuǎn)速等于零時(shí)切斷直流電源，且及時(shí)用機(jī)械抱閘將電動(dòng)機(jī)軸剎住，才能保證及時(shí)停車(chē)。能耗制動(dòng)時(shí)，既要有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又要電流不致過(guò)大，因此對(duì)鼠籠式異步電機(jī)?。簩?duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)取：n1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制動(dòng)過(guò)程能耗制動(dòng)運(yùn)行三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)概念:

處于正向電動(dòng)運(yùn)行的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r(shí)，同時(shí)在轉(zhuǎn)子回路中串入三相對(duì)稱(chēng)電阻電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入了反接制動(dòng)過(guò)程。過(guò)程：電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，K2閉合，K1斷開(kāi)，K2斷開(kāi)，K1閉合，則改變了電源相序。改變相序后，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向由原來(lái)逆時(shí)針變?yōu)轫槙r(shí)針，電磁轉(zhuǎn)矩方向隨之改變，變?yōu)橹苿?dòng)性質(zhì)，其機(jī)械特性曲線變?yōu)榍€2。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)定子兩相反接瞬間，n來(lái)不及變化，工作點(diǎn)由A變?yōu)锽，系統(tǒng)在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下迅速減速，工作點(diǎn)沿曲線2移動(dòng)，到達(dá)C點(diǎn)，制動(dòng)結(jié)束。若為繞線式電機(jī)，在定子兩相反接的同時(shí)，還在轉(zhuǎn)子回路中串制動(dòng)電阻，此時(shí)對(duì)應(yīng)機(jī)械特性為曲線3，制動(dòng)過(guò)程為B/C/段。如果制動(dòng)的目的只是為了快速停車(chē)，則在轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，應(yīng)立即切斷電源。否則工作點(diǎn)將進(jìn)入第三象限，此時(shí)，如果為反抗性負(fù)載，且在C(C/)點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)將反向啟動(dòng)并加速到D(D/)點(diǎn)，處于反向電動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)若為拖動(dòng)位能性負(fù)載，則電動(dòng)機(jī)在位能負(fù)載拖動(dòng)下，將一直反向加速到第四象限的E(E/)點(diǎn)處于穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，這稱(chēng)為回饋制動(dòng)狀態(tài)。反接制動(dòng)過(guò)程中，電源為負(fù)序，n≥0，s≥1，轉(zhuǎn)子回路總電阻折合值為，機(jī)械功率為：說(shuō)明在反接制動(dòng)過(guò)程中，負(fù)載向電動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率。而電磁功率為：轉(zhuǎn)子回路銅損耗為：

從上面公式可以看出，轉(zhuǎn)子回路中消耗了從電源輸入的電磁功率以及由負(fù)載輸送的機(jī)械功率，數(shù)值較大，因此在轉(zhuǎn)子回路必須串入較大電阻。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)n1ABC120TTL-n1n反向制動(dòng)過(guò)程-TL從轉(zhuǎn)子回路串電阻反接制動(dòng)的機(jī)械特性來(lái)看為了使整個(gè)制動(dòng)過(guò)程都保持較大的電磁轉(zhuǎn)矩，可以采用轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻并分級(jí)切除的方法。

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向啟動(dòng)例題8-4

四、三相異步電動(dòng)機(jī)的倒拉反接制動(dòng)這種反接制動(dòng)適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載的情況，能夠使重物獲得穩(wěn)定的下方速度。如起重機(jī)其原理圖和機(jī)械特性如圖所示。電動(dòng)機(jī)原來(lái)工作在固有特性曲線的A點(diǎn)，轉(zhuǎn)子回路串入電阻RB時(shí)，特性曲線變?yōu)?。串入電阻瞬間，n來(lái)不及變化，工作點(diǎn)由A到B，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TB小于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，減速提升，工作點(diǎn)沿曲線2由B移動(dòng)至C。該過(guò)程中，電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)C點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速降至零，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TC仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，重物將倒拉電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，并加速到D點(diǎn)，此時(shí)，TD=TL，拖動(dòng)系統(tǒng)將以轉(zhuǎn)速nD穩(wěn)定下方重物。該過(guò)程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，拉著電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，而電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用。四、三相異步電動(dòng)機(jī)的倒拉反接制動(dòng)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)

電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在此點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。在db段，電機(jī)轉(zhuǎn)速為-n，因此轉(zhuǎn)差率為由此可見(jiàn)，s>1時(shí)反接制動(dòng)的特點(diǎn)。機(jī)械功率為

電磁功率為

機(jī)械功率為負(fù)，說(shuō)明電機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率；電磁功率為正說(shuō)明電機(jī)從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。

而轉(zhuǎn)子銅耗

表明，軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，反接制動(dòng)的能量損耗較大。五、三相異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1。對(duì)于位能性負(fù)載在反相序反接制動(dòng)時(shí)，若不及切斷電源，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)最后轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速-n1，在第四象限內(nèi)穩(wěn)定高速下放重物，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，進(jìn)入反向回饋制動(dòng)狀態(tài)，如圖中的從A→B→

C→

D→

E，最后穩(wěn)定在E點(diǎn)。n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向啟動(dòng)五、三相異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)

在回饋制動(dòng)過(guò)程中始終有n>n1，回饋制動(dòng)的轉(zhuǎn)差率為：電動(dòng)機(jī)的電磁功率：

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率：由電磁功率小于零，機(jī)械功率小于零可知，電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)時(shí)，負(fù)載向電動(dòng)機(jī)輸送功率，電磁功率不是由定子向轉(zhuǎn)子輸送，而是由轉(zhuǎn)子向定子輸送。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的有功分量為：

五、三相異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)

若忽略勵(lì)磁電流I0，定子電流的有功分量，則電動(dòng)機(jī)輸入功率P1為此式說(shuō)明，異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)不是從電源吸取電功率，而是向電源輸送有功功率，電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)回饋的電能時(shí)由拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換而成的。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量為：

五、三相