异步电动机电气制动课程课件

1、第五章 异步电动机的电气制动 一、概述 1、电力拖动系统的制动方式 机械制动 用于停车制动； 电气制动 用于减速制动、限速制动； 2、交流异步电机的电气制动方式 发电反馈制动；反接制动； 动力制动；5-1 异步电动机电气制动的种类1机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、发电反馈制动 1、基本原理 1）基本原理当n n0时，S n0时，产生制动限速制动； （2）采用调频电源（fn0），使n n0=60f/p时，产生制 动力（称低频制动）减速制动； 5-1 异步电动机电气制动的种类2机电学院 机电工程系5-1 异步电动机电气制动的种类二、发电反馈制动 第五章 异步电动机的电气制动

2、基本原理分析： 如图5-1 重物下放拖动系统(n-n0)Fnn0制动状态nn0 Sn0，Sn0 。3、实际应用 5-1 异步电动机电气制动的种类5机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、发电反馈制动 3、实际应用 2）采用变频电源，通过调频实现制动； 主要特点： 采用变频电源；制动力矩可调，制动效果好；但不能向电网反馈电能，只能消耗在电阻中。 使用条件：用于减速或限速制动，nn0 5-1 异步电动机电气制动的种类6机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、反接制动 1. 制动方式 1）两相反接制动; 改变(n0)方向，M0;2）反转反接制动 改变n方向，n0;5-1

3、异步电动机电气制动的种类7机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 基本原理改变定子三相电源任意两相相序 使n0 1, M0，产生制动。 在转子绕组中串入电阻进行限流 增加,并调节制动力。 主要应用：减速制动； 三、反接制动 1）两相反接制动; 改变(n0)方向,M0;5-1 异步电动机电气制动的种类8机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 基本原理： 在转子绕组中串入电阻R2， 使MML，转速n1; n与M方向相反，产生制动力。 主要应用：限速制动； 三、反接制动 2）反转反接制动 改变n方向,n0;5-1 异步电动机电气制动的种类9机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的

4、电气制动 三、反接制动 2.主要应用1）两相反接制动减速制动；2）反转反接制动限速制动；重力提升重力提升重力下放5-1 异步电动机电气制动的种类10机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、反接制动 3.主要特点优点：方法简单、制动力矩大，能实现减速和限速制动； 缺点： S1，能量损耗较大；5-1 异步电动机电气制动的种类11机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 四、动力制动 动力制动也称为能耗制动；主要应用减速制动和低速限速制动。 基本原理制动时，定子接直流电源， 使f1=0，n0=0；当n0=0时，n=n0-n0，I20，M0 ，产生制动；5-1 异步电动机电气制动

5、的种类12机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 基本原理将定子的三相交流激磁改成直流激磁，使定子的旋转磁场变成静止磁场，转子在负载力矩作用下进行发电制动。 动力制动-需要解决的问题： 1）三相交流激磁与直流激磁的等效关系及其接线方式； 2）直流励磁方式对动力制动机械特性的影响； 5-2 动力制动的工作原理13机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 等效关系-需要解决的主要问题 ： 如何将三相定子绕组与直流电源进行连接？ 在定子绕组中应通入多大的直流激磁电流？ 基本要求： 保证三相交流激磁与直流激磁的磁势平衡关系；主要因素：取决于电动机三相定

6、子的连接方式（ Y 或连接）；5-2 动力制动的工作原理14机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系 设：任意时刻t，定子线圈三相绕组的相电流为： 1）三相交流励磁的变化规律5-2 动力制动的工作原理15机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系 （1）当t=0瞬时，定子的三相交流电为： = 0= -1.23I1= +1.23I1交-直流的等效关系： 2）三相交流励磁的瞬时等效关系5-2 动力制动的工作原理16机电学院 机电工程系第五章 异步

7、电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系 （2）当t=/2时，定子的三相交流电为： = +1.41 I1= -0.707I1= -0.707I1交-直流的等效关系： 2）三相交流励磁的瞬时等效关系5-2 动力制动的工作原理17机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 2、三相绕组三角形（）接法的等效关系 设：三相绕组的相电流为： 电源线电流与绕组相电流的关系 1）三相交流励磁的变化规律5-2 动力制动的工作原理18机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 2、三相绕组三

8、角形（）接法的等效关系 （1）当t=/2时，电源三相线电流：交-直流励磁的等效关系： 2）三相交流励磁的瞬时等效关系5-2 动力制动的工作原理19机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 2、三相绕组三角形（）接法的等效关系 （2）当t=/3时，电源三相线电流：交-直流励磁的等效关系： 2）三相交流励磁的瞬时等效关系5-2 动力制动的工作原理20机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 一、交-直流励磁电流的等效关系 各种接线方式与等效电流的关系如表5-1 5-2 动力制动的工作原理21机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异

9、步电机的等效电路 等值电路将转子回路的电源参数（I2、E2）和电路参数（R2、X2）按一定的等效折算原则，折算到定子一侧的电路。 基本定义：5-2 动力制动的工作原理22机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 等值电路的实际意义： 可利用电路原理及其计算方法，对异步电机的定子与转子工作参数进行定量计算和分析，并得出电机在动力制动状态下的机械特性方程和特性。5-2 动力制动的工作原理23机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 等值电路的等效折算关系 1、定子磁势与转子磁势的平衡关系 2、转子回路的电势平衡关系 5-2 动

10、力制动的工作原理3、定子回路的电势平衡关系 24机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 1、定子磁势与转子磁势的平衡关系 5-2 动力制动的工作原理25机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 1、定子磁势与转子磁势的平衡关系 1）电动机状态下当U1一定，恒定；I1随I/2变化；5-2 动力制动的工作原理26机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 1、定子磁势与转子磁势的平衡关系 2）动力制动状态下定子磁势W1I1 恒定（直流励磁）合成气隙磁通，随I2变化。5-2 动力制动的工作原理

11、27机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 2、转子回路的电势平衡关系 （5-21）5-2 动力制动的工作原理其中28机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 2、转子回路的电势平衡关系 5-2 动力制动的工作原理（5-21）（5-21）29机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 2、转子回路的电势平衡关系 5-2 动力制动的工作原理（5-21）（5-21）各参数的等效关系磁势平衡等效原则视在功率不变 铜耗不变 无功功率不变 30机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、

12、交流异步电机的等效电路 2、转子回路的电势平衡关系 5-2 动力制动的工作原理31机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 3、定子回路的电势平衡关系 根据 W1 产生E1 电磁作用关系， = k I0因此，E1可以用励磁电流I0表示 ：式中：xm电动机的磁励电抗。 5-2 动力制动的工作原理32机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 得定子电路的等效过程：5-2 动力制动的工作原理3、定子回路的电势平衡关系 33机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 4、电机的等值电路 根据定子电

13、动势E1和转子开路等效电动势E20的基本关系，可得 ：定子回路a、b两点与转子回路c、d两点的电位相同。 5-2 动力制动的工作原理34机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 二、交流异步电机的等效电路 4、电机的等值电路 5-2 动力制动的工作原理35机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 分析方法 电磁力矩为： 同步电磁功率： 求出转子电流I /2，可求 5-2 动力制动的工作原理36机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 1）求出转子电流 （5-24） 5-2 动力制动的工作原理（5-22）37机电

14、学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 2）动力制动特性方程 5-2 动力制动的工作原理（5-25）38机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 （5-26） 2）动力制动特性方程 特性方程：式中：若不考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为常数，上式可简化成为： 5-2 动力制动的工作原理39机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 3）动力制动特性曲线 特性方程：5-2 动力制动的工作原理定子励磁电流I1一定，Mm一定；转子电阻R2一定， Sm 一定；40机电学院 机电工程系第五章 异步

15、电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 ：动力制动状态 电动机状态 3）动力制动特性曲线 5-2 动力制动的工作原理 最大力矩Mmax41机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 ：动力制动状态 电动机状态 其中：故，动力制动时，Sm非常小 ，需要串电阻R2增大Sm 3）动力制动特性曲线 5-2 动力制动的工作原理临界转差率Sm42机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动 三、动力制动状态下的机械特性 与电动机特性的不同点 ：动力制动状态 电动机状态 3）动力制动特性曲线 5-2 动力制动的工作原

16、理转差率S的意义与表示转差率的意义相同，表示方式不同。43机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动一.计算方法及步骤 1.计算方法 1）先计算I/2； 2）然后计算电磁功率Ps； 3）计算制动转矩M， 得出机械特性 5-3 动力制动机械特性的计算 44机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动1）计算 I/2 （5-24） 考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为I0的函数；xmI05-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 45机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动将5-24式两边平方得：由式(5-22) (5-23)得： （5-29） 化简后得 ：或（5-30） 5

17、-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 1）计算 I/2 46机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动根据 ：（5-30） 在I1给定的条件下，设定一个I0值，在磁化曲线上找到相对应的xm或E/20值，然后利用式（5-30）计算出I/2 。 5-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 1）计算 I/2 47机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动2）计算转差率S 在 I/2 、 R/2 、 x/2已知的条件下，由式（5-29）得： （5-31） 5-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 48机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动3）计算电磁

18、功率 Ps 得出I/2 、 R/2 、S的条件下： 4）制动转矩M计算 或（5-32） 5）制动特性的绘制 设定一个 I0，可算出一点S和M，作特性上的一个点;再改变 I0值，可得另一点S和M，通过逐点计算，得出特性曲线。 5-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 49机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动2.计算步骤 已知条件1）异步电动机磁化曲线 或2）定子绕组与转子绕组的变比3）转子绕组电阻 r2 和漏电抗 x2 ，及转子附加电阻 R2 ； 4）定子给定的励磁电流 Id 或 I1。（见表5-1） 5-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 50机电学院 机电工

19、程系第五章 异步电动机的电气制动1）根据定子绕组的连接方式，按表5-l由，励磁电流 Id 得出 I12）设定一个 I0 ，在磁化曲线上查到对应的E/20=xmI0 。3）根据式(5-30)计算 I / 2； 4）根据式(5-31)计算S； 5）根据式(5-32)计算M； 6）逐点计算出若干组（S，M），将数据绘出机械特性曲线。 （5-30） （5-31） （5-32） 5-3 动力制动机械特性的计算 一.计算方法及步骤 2.计算步骤 51机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动二.实用计算方法 1、简化计算式 忽略1）定子侧的简化计算令：x/2= 0 ，式（5-30）（5-31）和（5

20、-32）可简化为： （5-34） （5-35） （5-36） 5-3 动力制动机械特性的计算 52机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动2）转子侧的简化计算用变比系数KT ，将I/2、 E/20 、 R/2 还原成转子原电路参数 ，得： （5-37） （5-38） （5-39） 5-3 动力制动机械特性的计算 二.实用计算方法 1、简化计算式 忽略53机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动2、万用磁化曲线 特定系列电动机的通用磁化曲线。 横座标相对励磁电流 纵座标转子相对电势5-3 动力制动机械特性的计算 二.实用计算方法 54机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制

21、动5-3 动力制动机械特性的计算 二.实用计算方法 55机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动3、磁化曲线应用 1）已知：定子额定励磁电流I0N 2）设定I0 ，得 3）由I*0和万用磁化曲线，得E*20 4）已知：转子额定电压E2N ，由E*20=E20/E2N ，可得； E205）利用式（3-34）（3-35）（3-36）求S、M，作曲线； 5-3 动力制动机械特性的计算 二.实用计算方法 56机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动三.计算举例 例5-1计算某异步电动机的动力制动特性 Mmr2R21R22令：x/2= 0 x/2 05-3 动力制动机械特性的计算 57机

22、电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动例5-1计算某异步电动机的动力制动特性 计算结果分析：1）在转子回路无附加电阻时，Sm=0.026 ; 2）当R2=R21=0.309=11r2时，Sm=0.33； 3）当R2=R22=1.719=61r2时，Sm=1.64； 4）当Sm=0.33时，电动机状态下：附加电阻R2=1.5r2； 动力制动状态：附加电阻R21=11r2； 5）考虑x/2时，最大力矩较简化计算下降约小5%。 三.计算举例 5-3 动力制动机械特性的计算 58机电学院 机电工程系第五章 异步电动机的电气制动四.直流励磁电流的估算 工程问题：已知：制动力矩M；求Id、Ud；(电源容量) 计算依据： 直流励磁电流Id与最大制动转矩Mmax的关系曲线，图5-14示计算方法： 见例5-2 5-