电机与拖动-精品课件——三相异步电动机的电力拖动..ppt

第五章三相异步电动机的电力拖动,5.1三相异步电动机的机械特性,电动机作为一种将电能转化成机械能，从而带动其他机械进行工作的设备，我们最关心的是电动机的机械特性。所谓三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动机的转速n与转矩T之间的关系n=f（T）。三相异步电动机的转速n与转差率s之间存在一定关系，所以三相异步电动机的机械特性也往往用T=f（s）的形式表示。,5.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式,根据前面章节的学习，我们知道三相异步电动机的等效电路图可以化简为如图所示。从电路的观点分析知，电磁功率为；,一、电磁转矩的物理表达式,我们把公式进行整理（利用前面已学的公式）可得；（5-1）式中转矩常数上式表明三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。,二、电磁转矩的参数表达式,将,代入,可得,该式表明了电磁转矩与转差率之间的关系称为转矩特性T=f(s)，由于转速n=(1-s)nl，故可将T=f(s)曲线转化为异步电动机转速n与电磁转矩T之间的关系，称之为机械特性。,（5-2）,机械特性曲线,如果把T,s,n1画在同一个坐标系中,并且机械特性上还有几个特殊的点1.起动点A起动转矩。电动机起动时n=0,s=1,代入（5-2）式中可求得起动转矩为，,2.最大电磁转矩点B最大电磁转矩Tm与临界转差率sm。用数学方法将式(5-2)对s求导，令dT/ds=0,即可求得产生最大电磁转矩Tm的sm称为临界转差率，且,画在机械特性中,过载系数。为了保证电动机不会因短时过载而停转，一般电动机都具有一定的过载能力。最大电磁转矩愈大，电动机短时过载能力愈强，因此把最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力，用表示，即,2.额定运行点C异步电动机带额定负载运行，sN=0.01-0.06，其对应的电磁转矩为额定转矩TN。若忽略空载转矩，TN即为额定输出转矩。,4.理想空载运行点D该点n=nl=60f/p,s=0，电磁转距T=0,机械特性曲线,三、电磁转矩的实用表达式,已知电机的额定功率、额定转速、过载能力,将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式,异步电动机按规定方式接线，工作在额定电压、额定频率下，定、转子电路均不外接电阻情况下的机械特性，称为固有机械特性。当电机处于电动机运行状态时，其固有机械特性如图所示。,四.固有机械特性,五.人为机械特性,人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。,1.降压时的人为机械特性,0.5UN,2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性,串电阻后,、不变，增大。,在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。,串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。,除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。,r2+Rs1,r2+Rs3,六.稳定运行的条件,线性段,曲线段,起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流大,起动转矩不大。,1.起动电流大的原因,起动时,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.,2.起动转矩不大的原因,从下述公式分析,起动时,远大于运行时的,转子漏抗很大,很低,尽管很大,但并不大.,由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小.,由上述两个原因使得起动转矩不大.,第二节三相异步电动机的起动,一般地说，容量在7.5kw以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。,一、直接起动,经验公式,起动转矩倍数KM和起动电流倍数KI,5.2.1三相笼型异步电动机的起动,习题,二.自耦变压器降压起动,起动转矩减小的倍数：,自耦变压器一般有三个分接头可供选用。,直接起动时的起动电流：,降压后二次侧起动电流:,变压器一次侧电流:,电网提供的起动电流减小倍数,三、Y一起动,适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接线，运行时接线。,起动电流关系:,特点：Y-降压起动设备简单，成本低。但起动转矩降低很多，多用于空载或轻载起动的设备上。,起动转矩关系:,四.延边三角形降压起动,5.2.2、三相绕线式异步电动机的起动,1、转子回路串电阻分级起动,为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻，随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。,为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。起动过程中功率因数高，但设备投资大，维修不便。,2.转子回路串频敏变阻器起动,频敏变阻器类似只有一次绕组的三相三柱式变压器，其铁心是由几片或十几片厚钢板或铁板叠成。,频敏变阻器是利用铁心涡流损耗随频率变化而变化的原理改变起动电阻的。频敏变阻器的电阻随频率降低而逐渐减小。,频敏变阻器静止无触点，结构简单，成本低，大大提高了转子回路功率因数，既限制了起动电流，又提高了起动转矩，应用较为广泛。,练习,填空:1.用Y-降压起动时,起动电流为直接用接法起动时的,所以对降低很有效但起动转矩也只有直接用接法起动时的，因此只适用于启动。2,笼型异步电机的降压起动方法有：、。3.绕线型异步电机的降压起动方法有：、。,判断题,1.三相异步电动机进行降压起动时，起动电流变小，起动转矩变大。（）2.三相异步电动机在起动的瞬间，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。（）3.三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。（）.,5.3三相异步电动机的制动,5.3.1能耗制动,实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。,直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。,制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上能耗制动。,对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。,对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。,制动电阻大小：,5.3.2反接制动,一、倒拉反转的反接制动(转子反向的反接制动),条件:适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。,实现：在转子回路串联适当大电阻RB。,电机工作点由ABC，n=0，制动过程开始，电机反转，直到D点。在第四象限才是制动状态。,由于电机反向旋转，n1。,二、电源两相反接的反接制动,实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。,机械特性由曲线1变为曲线2，工作点由ABC，n=0,制动过程结束。,绕线式电动机在定子两反接同时,可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩,曲线3。,5.3.3回馈制动,实现：电动机转子在外力作用下，使nn1.,回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。,5.3.4三相电动机各种运行状态,反接制动,能耗制动,固有特性,反抗性负载,位能性负载,填空,1.交流电动机常用的制动方法有：制动、制动和制动2.反接制动时，当电机接近于时，应及时防止。3.三相异步电动机当电磁转矩T达到最大转矩Tm时，此时转差率为Sm叫，当电源电压下降时，Tm的变化是，Sm的变化是；电动机最终稳定运行机械特性曲线中,段,选择,1.三相异步电动机在运行时出现一相电源断电，对电动机带来的影响主要是（）A电动机立即停转B电动机转速降低、温度升高C电动机出现振动及异声2.把运行中的异步电动机三相定子绕组出线端的任意两相电源接线对调，电动机的运行状态变为（）A反接制动B反转运行C先是反接制动随后是反转运行,5.4三相异步电动机的调速,由异步电动机的转速公式,可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：,（1）改变定子极对数调速。,（2）改变电源频率调速。,（3）改变转差率调速。,5.4.1变极调速,一、变极原理,变极调速只用于笼型电动机。,以4极变2极为例：,A相两个半相绕组线圈，正向串联，定子绕组产生4极磁场：,若改变界线方式,使两个半相绕组反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：,2极磁场,反向串联,反向并联,结论:若使一相绕组中的一个半相绕组内电流改变方向,就可以使极对数P成倍的改变,则转子的转速也成倍的改变,1)Y-YY(双Y)变换制造变极电动机时，在三相绕组中每一相绕组的中点都抽出一个头来,三相绕组的接线方式,经Y-YY变换以后，其中一个半相绕组的电流反向，而且每相绕组的接法，都是从正向串联改为反向并联。从变极原理可知，此时电动机的极对数减少一半，即由P=2变为P=1。若Y接法时同步转速为n1,，则YY接法同步转速为2n1,2)D-YY变换端点1,2,3接电源，中点4,5,6空着，三相绕组的另一端依次首尾相接，形成D接法,经过D-YY后,每相绕组的接法都从正向串联改为反向并联。其中一个半相绕组中的电流反向。因此D接法时极对数P=2，同步转速为n1;变换成YY接法时，P=1,同步转速为2n1。,变极调速时的机械特性,1.Y-YY联结方式,2.-YY联结方式,变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载.,改变电动机的电压时，机械特性为,二、调压调速,调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。,三、电磁转差离合器调速,四、绕线转子电动机的转子串接电阻调速,绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为,从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。,串入电阻的大小与转差率的关系,特点:改变调速电阻的大小,可得到平滑调速,设备简单,投资少,但能量消耗大,广泛应用于起重设备中,五变频调速,电压随频率调节的规律,当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，,频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式成立：,1、恒转矩变频率调速,此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。,对恒转矩负载,2、恒功率变频率调速,此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。,对恒功率负载,得,练习,一.填空1.三相异步电动机的调速方法有：改变调速、改变调速、调速。2.电磁制动是使电动机产生一个与旋转方向的方法实现的；按其产生的制动转矩方法的不同可分为：、。3.异步电动机的同步转速与磁极对数成，与电流的变化频率成4.绕线型异步电动机起动方法有、，起动转矩（变大或变小），所以它们适用的场所是。,5.改变交流电机的转向可以通过改变实现。6.感应电动机起动时，转差率s=，此时转子电流的值，,起动转矩。7.绕线型感应电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。8.一台频率为的三相感应电动机，用在频率为的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。9.三相感应电机转速为，定子旋转磁场的转速为，当时为运行状态；当时为运行状态；当与反向时为运行状态,选择,1.绕线式三相感应电动机，转子串电阻起动时（）。A起动转矩增大，起动电流增大；B起动转矩增大，起动电流减小；C起动转矩增大，起动电流不变；D起动转矩减小，起动电流增大。2.一台50HZ三相感应电动机的转速为980r/min,，该电机的级数和同步转速为（）。2极,3000r/min；4极，1500r/min；6极，1000r/min；8极,750r/min，,3.三相感应电动机等效电路中的附加电阻上所消耗的电功率应等于（）：A输出功率；B输入功率；C电磁功率；D总机械功率。4.适当增加三相绕线式感应电动机转子电阻时，电动机的（）。A减少,增加,不变,增加；B增加,增加,不变,增加；C减少,增加,增大,增加；D增加,减少,不变,增加。,5.三相绕线式感应电动机拖动恒转矩负载运行时，采用转子回路串入电阻调速，运行时在不同转速上时，其转子回路电流的大小（）。A与转差率反比；C与转差率无关；B与转差率正比；D与转差率成某种函数关系6.如果有一台三相感应电动机运行在转差率为，此时通过气隙传递的功率有（）。A的转子铜耗；B是转子铜耗；C是输出功率；D是总机械功率。,1.三相绕线式感应电动机在转子回路中串电阻可增大起动转矩，所串电阻越大，起动转矩就越大。（）2.当三相感应电动机转子绕组短接并堵转时，轴上的输出功率为零，则定子边输入功率亦为零。（）3.感应电动机的负载转矩在任何时候都绝不可能大于额定转矩。4.三相感应电动机的起动电流和起动转矩都与电机所加的电源电压成正比。（）5.感应电动机空载运行时的功率因数很高。（）6.绕线型感应电动机转子回路串电阻调速在空载或轻载时的调速范围很大（）,判断,简答,1.感应电动机等效电路中的代表什么含义？能否用电抗或电容代替为什么？,),答代表与转子所产生的机械功率相对应的等效电阻，消耗在此电阻中的功率将代表实际电机中所产生的全（总）机械功