异步电机拖动——制动和四象限运行 反接、能耗、回馈制动和四象限运行

1、三相异步电动机的制动nTs=0s=0电动电动n0TLs=0s=0s1反向电动反向电动电动状态下n电磁转矩为拖动性转矩，即Tem与n同向n正向电动运行 I象限n反向电动运行III象限制动状态下n电磁转矩为阻力矩，即Tem与n反向n有无正、反向制动运行呢？1、反接制动2、回馈制动3、能耗制动三相异步电动机的制动的方法1、反接制动 1)条件： 转子实际旋转方向与定子磁场旋转方向相反：n与n0方向相反。 转差率：1nnns00 3 M 33 M 3Rb制制动动前前的的电电路路制制动动时时的的电电路路 2)功率平衡关系： 电动机输入功率为： 反接制动时，电动机既从轴上吸入机械功率，也从电网输入电功率，并

2、全部消耗在转子绕组电阻中。 因此转子回路必须串入大电阻，减小I2。0sRI3P222em 0Rss1I3PP222M2 222em2RI3PP 3）机械特性 电源反接制动nTs=0反接制动电动n0TLn0快速停车s=0s1 倒拉反转（转向反向反接制动） 绕线转子回路接入电阻（位能转矩）nTs01电动n0反接TLTLT重载低速下放反接制动（绕线转子）TNSNSL1s1 反接制动的产生两个条件：电源反接适用于反抗性负载快速停机倒拉反转（转向反接或绕线转子回路接入电阻） 适用于位能负载的匀低速下放 TLTL制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。 制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变， n

3、 n0 0 变向。变向。OnT1 n02n0 b s = n0 n n0= n0n n0即即：s 1 (第第II象限象限)。 同时同时：E2s、I2 反向，反向，Tem 反向。反向。ac a 点点 b 点点(T0，制动开始，制动开始)惯性惯性 n c 点点(n = 0，T 0)， 制动结束。制动结束。 d 4）电源反接制动过程快速停车制动过程制动过程若到若到 c 点时，若未切断电源：点时，若未切断电源：（a）若为反抗性负载）若为反抗性负载TLTLOnT1 n02n0 b ac d 若若|Tc|TL|，则反向起动，则反向起动进入进入III象限，稳定运行象限，稳定运行在在d点，此时为反向电动点，此

4、时为反向电动状态状态若到若到 c 点时，若未切断电源：点时，若未切断电源：（b）若为位能性负载）若为位能性负载TLTLOnT1 n02n0 b ac d 进入进入III象限，象限，Tem和和TL均为拖动转矩，均为拖动转矩，使电机反向起动，使电机反向起动，直到进入直到进入IV象限，象限，稳定运行在稳定运行在e点，点，此时此时Tem0，ne|-n0|,电机发电运行电机发电运行状态，为回馈制动状态状态，为回馈制动状态e 取决于取决于 Rb 的大小。的大小。 制动效果制动效果aOnT1n02n0b c 制动时的功率制动时的功率 Pem = 3I22 R2Rb s0 PCu2 = 3(R2Rb ) I2

5、2 = PemPM = Pe|PM|0 PM = (1s ) Pem 三相电能三相电能 电磁功率电磁功率Pem转子转子机械功率机械功率PM定子定子转子转子电阻电阻消耗消耗掉掉On T 1n02b c TLad 制动过程制动过程 定子相序不变，转子定子相序不变，转子 电路串联对称电阻电路串联对称电阻 Rb。a 点点 b 点点(TbTL)， 惯性惯性 n c 点点 ( n = 0，TcTL ) 在在TL 作用下作用下 电机电机 反向起动反向起动d 点点( nd0，Td = TL ) 制动运制动运 行状态行状态 制动效果制动效果 改变改变 Rb 的大小，的大小， 改变特性改变特性 2 的斜率，的斜率

6、， 改变改变 nd 。3e 低速提低速提 升重物升重物 5）倒拉反转过程LT 制动时的功率制动时的功率s =n0n n0第第IV象限：象限： 1 (n0)Pem = 3I22R2Rb s0 PCu2 = 3(R2Rb ) I22 = PemPM = Pem|PM|0 PM = (1s ) Pem 定子输入电功率定子输入电功率 轴上输入机械功率轴上输入机械功率 （位能负载的位能）（位能负载的位能） 电功率与机械功率均电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。消耗在转子电路中。倒拉反转运行与反接制动运行的异同n功率关系相同nn与n0反向，s1q倒拉反转 n00，n1q电源反接 n00，s1n倒拉反转运

7、行时的负载向电动机送入机械功率是靠负载贮存的位能的减小；而反接制动是靠电机惯性。2、回馈制动 1）条件： 0nnnsnn000 ,2）功率平衡关系：（电动机发电运行）PemP1PMP0P2转差功率输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率=风摩损耗杂散损耗（含各谐波损耗）回馈IsIm2cufemppsPFep1Cup12EE2I2(1) s Rs2R0fvppp 3）机械特性：22122211232emRpUsTRfRXXsnTs01回馈制动电动n0S0T n O f1 f1f1 f11. 调速过程中的回馈制动（转向不变）调速过程中的回馈制动（转向不变）TL a b c d T n O Y YY

8、 TL a b c d 4）回馈制动的产生2. 位能性负载拖动电机高于同步转速回馈制动位能性负载拖动电机高于同步转速回馈制动（转向不变）（转向不变）如：电车下坡如：电车下坡nTs01回馈制动电动n0S n0)M 33S1 制动前制动前 S1 合上，合上，S2 断开，断开， 电机为电动状态。电机为电动状态。 n U S2 Rb3、能耗制动 1)条件： 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。 M 33S1 制动前制动前 S1 合上，合上，S2 断开，断开， 电机为电动状态。电机为电动状态。 制动时制动时 S1 断开，断开，S2 合上。合上。 定子定子:

9、U IZ 转子转子: n E2 I2 电机为制动状态。电机为制动状态。n U S2 RbIZFFT T 3、能耗制动 1)条件： 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。 T与与n反向反向2) 能耗制动过程 迅速停车TLOnT12 制动过程制动过程 制动前：特性制动前：特性 1。 制动时：特性制动时：特性 2。原点原点 O (n = 0，T = 0)，a 点点 b 点点惯性惯性 ab (T0，制动开始，制动开始)n制动过程结束制动过程结束 制动效果制动效果 Rb IZ T 制动快。制动快。 制动时的功率制动时的功率 定子输入：定子输入：P1 = 0，轴

10、上输出：轴上输出：P2 = T0 。 动能动能 P2 转子电路的电能转子电路的电能 PCu2消耗掉消耗掉 3)定子等效电流电磁转矩Tem的产生，仅与定子磁动势的大小以及它与转子之间的相对运动有关。可以用三相交流电流产生的旋转磁动势F等效代替直流磁动势FZ。等效原则：a）保持磁动势幅值不变b）保持磁动势与转子之间相对转速不变，为0-n=-n。0nn能耗制动转差率Y接，输入直流电流IZ，则A相和B相绕组分别产生,ABFF1ABZFFN I合成磁动势133ZAZFFN I三相绕组中通过三相交流电流，合成磁动势F1111322FI NIN定子相电流的有效值定子每相绕组匝数133ZAZFFN I由F=F

11、Z得11133322ZAZFFN II NF123ZII即定子Y接方式，IZ产生的磁动势可以由定子绕组通入大小为 的三相交流电流产生的磁动势等效。123ZII2221222222222cos(90)2sinmmmmIIII IIII I122222222mmmmmEEI ZIXXXIRXX222222sinXRX从相量图中，由余弦定理得忽略铁损 4)电磁转矩及机械特性mI222122222()mmI XIRXX2222221200220233() mememmRRII XPTRXX由前式得到电磁转矩2222221200220233() mememmRRII XPTRXX由上式可知，异步电动机能

12、耗制动时的转矩决定于等效电流I1，并且还是转子相对转速与转子回路电阻R2的函数。令0emdTd可求得能耗制动时的最大转矩Tm及对应的临界相对转速m22mmRXX2210232()mmmI XTXX机械特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax机械特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax变电阻变励磁能耗制动时的机械特性特点： OnT 因因T 与与 n 方向相反，方向相反， nT 曲线在第二、曲线在第二、 四象限。四象限。 因因 n = 0 时，时， T = 0， nT 曲线过原点。曲线过原点。 制动电流增大时，制动电流增大时， 制动转矩也增大；制动转矩也增大； 产生最大转矩的转速不

13、变。产生最大转矩的转速不变。I1 I1 n采用能耗制动停车，既要有较大的制动转矩，又不要使定、转子回路电流过大而使绕组过热，根据经验：对鼠笼式异步电动机：对绕线式异步电动机：0(4 5)ZII0(2 3)ZII222(0.2 0.4)3NsNERRI222NNEIR转子堵转时两集电环间的感应电动势转子额定电流转子每相绕组回路电阻2223NNNs ERI01(0.2 0.5)NII5) 能耗制动运行 下放重物TLOnT12a a 点点 b 点点 惯性惯性 (T0，制动开始，制动开始)b n 原点原点 O (n = 0，T = 0)在在TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 c c 点点(T =

14、TL), 制动运制动运行状态行状态以速度以速度 nc 稳定下放重物。稳定下放重物。 a）若为反抗性负载）若为反抗性负载电动机停车电动机停车b）若为位能性负载）若为位能性负载三相异步电动机四象限运行nTs=0s=0反接制动反接制动电动电动n0TL快速停车快速停车s=0s=0s1能耗制动能耗制动回馈制动回馈制动反向电动反向电动反接制动反接制动| |倒拉反转倒拉反转能耗制动能耗制动n例：某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，例：某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，电动机额定数据为：电动机额定数据为：PN=40kW，nN=1464r/min，T=2.2，R2=0.06。电动机的负载转矩。

15、电动机的负载转矩TL的情况是，的情况是，提升重物提升重物TL1=261Nm，下放重物，下放重物TL2=208Nm。n（1）提升重物，要求有低速、高速两档，且高速时）提升重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速转速nA为工作在固有特性上的转速，低速时转速为为工作在固有特性上的转速，低速时转速为nB=0.25nA，工作与转子回路串电阻的特性上。求两，工作与转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子回路应串入的电阻值。档转速及转子回路应串入的电阻值。n（2）下放重物，要求有低速、高速两档，且高速时）下放重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速转速nC为工作在负序电源的固有机械特性上的转速，为工作在负序

16、电源的固有机械特性上的转速，低速时转速低速时转速nD=-nB，仍然工作于转子回路串电阻的特，仍然工作于转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子应串入的电阻值。说明电动性上。求两档转速及转子应串入的电阻值。说明电动机运行在哪种状态。机运行在哪种状态。解：首先首先根据题意画出该电动机运行时的机械特性0nTABDC-n0n0TL2TL1A、B为提升重物时的两个工作点C、D为下放重物时的两个工作点其次其次计算固有机械特性相关数据额定转差率00150014640.0241500NNnnsn固有特性临界转差率22(1)0.024(2.22.21)0.1mNTTss额定转矩6040()9550261Nm21

17、464NNNPTn（1）提升重物时负载转矩1261LNTT即高速点A点为额定工作点1464 / minANnnr低速点B点0.25366 / minBAnnrB点转差率0015003660.7561500BBnnsn过B点机械特性临界转差率22(1)0.756(2.22.21)3.145mBBTTss低速时每相串入电阻RsB22mmBsBsRsRR23.145(1)(1)0.061.8270.1mBsBmsRRs（2）下放重物时负载转矩22080.8LNTT负载转矩为0.8TN，在固有机械特性上运行的转差率s，20.8TNNmmTTssss得01500281528 / minCnnnr 相应转速降落为0.0188()