三相异步电动机的起动方法与特性

第九章

三相异步电动机的电力拖动

一、异步电动机的机械特性(△)二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法(△)三、绕线式三相异步电动机的起动方法(△)四、三相异步电动机的调速(△)五、三相异步电动机的制动(△)六、三相异步电动机四象限运行(△)一、异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1、机械特性：电机的电磁转矩和其转速的关系。物理表达式：参数表达式：实用表达式：2、固有的机械特性：当且电机定子和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时的机械特性。3、固有的机械特性的绘出：起动点；额定工作点；同步点；最大转矩点；回馈制动最大转矩点；电动机机械特性：机械特性机械特性4、人工机械特性：定子端电压降低；转子电路内串入对称电阻；定子电路串联对称电抗；定子电路串联对称电组；转子电路接入并联电抗；二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法

1、关于电动机起动电机起动：电机从不工作状态到正常工作状态的过程。问题起动电流起动转矩起动时间起动限制条件起动转矩Tst≥1.1TN电机容许最大电流电源容量每小时最大起动次数2、电动机的的直接起动直接起动：电电机在静止状状态下直接施施加额定电压压实施的起动动过程。直流它励电机机的起动起动电流Ist＝UN/Ra起动转矩Tst=CTΦIst三相感应电机机的起动起动电流起动转矩3、电动机的的直接起动相相关说明：（1）三相笼型允许许直接全压起起动；（2）起动电流很大大，可达额定电流流的4～7倍；（3）定子绕组漏阻阻抗压降增大大，每极气隙磁通量下降降；（4）转子侧侧功率因数低低；（5）起动转转矩不大；（6）直接起起动适用范围围：非频繁、、负载较轻、电源相对对电机容量足足够大。4、电动机的的起动指标起动电流倍数数直流电机5－－20，感应应电机4－7。起动转矩倍数数感应电机0.9－1.3。起动电流降低低倍数起动转矩降低低倍数注：前两个指指标用于衡量量起动性能，，后两个指标标用于衡量各各种起动方法法的特点5、电动机的的起动方法直流他励电机机降低电枢电压压起动电枢回路串电电阻起动三相感应电机机降低电源电压压起动绕线式感应电电机转子串电电阻起动特殊起动方式式绕线式转子串串频敏电阻起起动（属转子子串电阻起动动）深槽和双鼠笼笼电机的起动动（属转子串电电阻起动）Y-Δ起动（属降降低电压起动动）定子串电抗器器起动（属降降低电压起动动）6、三相笼型转子子异步电动机机的起动直接起动：电电流大、起动动转矩不大。。不能在转子绕组中串电电阻或电抗。。，改善起动性能能的方法为：：（1）降压起起动；（2）改变转转子结构；（3）变频变压起动动；(一）降压起动因为：电磁转矩、起起动转矩均与与电压Us的平方成正比比关系减少，，而临界转差差率与Us无关。所以：降压起动仅适合空载、、轻载起动。。（1）星三角角降压起动：：Y-Δ起动对正常运行采采用Δ接法的电机机，在起动时时改接成Y接接法进行起动动，起动完成成后还原成ΔΔ接法正常运运行。设Δ接法直接接起动时起动动线电流为IstΔ起动转矩为TstΔ改为Y接法时时：优点:UI＝In／3缺点:Ut＝Tn／3（2）三相感应电机机变压器降压起动变压器----自耦变压器降压起动:设直接起动时时起动线电流流为Ist起动转矩为Tst使用变压器时时降压变比为为k优点：起动定定子绕组电源源电压可调缺点：起动转转矩相应下降降。（3）定子绕绕组串电阻、、串电抗降压压起动：三相感应电机机定子串电抗抗器起动：起动转矩下降降规律不变，，功耗比起冷冷两种方式为为大。（二）改变转转子结构采用电阻率高高的转子绕组组导条：转子电阻增加加，起动转矩矩增大；转差差率也增大。。斜槽深槽双笼型集肤效应集肤效应集肤效应（三）变频变压起动动通过改变电动动机电源的电电压和频率，，也可以改变电动动机的起动性性能。具体的做法是是：电压和频频率同步下降降，由此：气隙磁磁通没有变化化；感应电动势下下降了；电阻不变，，而漏阻抗抗下降了，，相当于电阻增增加；结论：电流流下降，转转矩下降不不多；三、绕线式式三相异步步电动机的的起动方法1、绕线式式三相异步步电动机的的起动方法法绕线式三相相异步电动动机的起动动，前述的的方法仍然有效。。不过绕线式三相相异步电动动机的应用往往是是在鼠笼式式三相异步步电动机，，受电源容量和最最小起动转转矩Tmin的的限制条件件，不能使用的的场合来应应用。故：：绕线式三相相异电动机的起起动方法，，一般只讲讲转子串电阻阻起动。电源容量限限制条件2、作用：：1>增大起动转转矩；2>减小起动电电流；3>最大电电磁转矩转转子绕组电电阻大小无无关；4>临界转转差率转子子绕组电阻阻成正比；；；3、结论：：如果能在转转子回路串串入附加电电阻使临界界转差率＝＝1，则可达到到既减小起起动电流又又获得最大大起动转矩矩的目的。4、实现方方法：1>逐级切切除附加起起动电阻的的起动法：：（1）起动电阻确确定方法的的依据：（2）图解法确定定起动电阻阻的方法：：由于转矩一一定时，转转差率与转转子电阻成成正比;所以，对额额定转矩，，有:其中：为每相转子子绕组的额额定电阻；；额定状态时时，额定转转差率很很小。有有：(3)图解解法确定起起动电阻的的步骤：绘出固有机机械特性：：取：电阻切除时时，转速不不变。据此此绘出相应应的人工机械特特性；确定的级数数m符合合要求；读取时时的转差率值(见图图)；据此转差率值，，可确定各各分级电阻阻；图示：（4））解析法法确定定起动动电阻阻的方方法：：由于转转矩一一定时时，转转差率率与转转子电电阻成成正比比;所以，，S一定即即转速速一定定时，，电磁磁转矩矩和转转子电电阻成成反比比，有:依此，，有：：可令：：若起动动分为为m级，则则有：：由于转转矩一一定时时，转转差率率与转转子电电阻成成正比比，可可有：：2>转转子绕绕组串串频敏敏变阻阻器起起动方方法频敏变变阻器器原理理：一定的的工艺艺，使使变阻阻器的的铁磁磁损耗耗值，，做的的比较大；；三相异异步电电动机机的转转子频频率：：频敏变变阻器器串入入电机机的转转子回回路。。四、三三相异异步电电动机机的调调速1、三三相异异步电电动机机的调调速方法：：1、改改变电电机极极数；；2、改改变电电机转转差率率；3、改改变电电源频频率。。2、改变转转差率率调速速调速原原理：方法：：1）消耗耗型：将将转差功功率全部部消耗在在转子电电路中：：调压（笼笼型）、、串电阻调调速（绕绕线转子子）；2）回馈馈型：将将转差功功率大部部分回馈馈电网：：串极调速速（绕线线转子））；3）转差差功率不不变型：：变极调调速、变变频调速速。笼型电机机降压调调速：特点：1）电电压压低调节节时，最最大转矩矩下降的的比较多；；2）临界转差差率和电电压大小小无关；；3）方法法简单；；4）不属属于恒转转矩性质质调速；；5）低速速下效率率低；6）低速速下功率率因数也也比较低低；应用范围围：长期高高速，短短时低速速。绕线转子子绕组串串电阻：：1>不同附加加电阻下下的机械械特性n=f(T)；；（1）同步步点不不变变，与附附加电阻阻无关；；（2）极限点不不变，，与附加加电阻无关关；（3）临界转差差率，随附加电电阻增大而增增大。2>附加电阻阻的计算算方法：：电动机起起动分析析可知，，在同步步转速到到临界转速的的范围内内，n=f(T)近似似为直线线；当：已知时，可可求得。3>负载性性质：有电磁转矩矩为：1）当电压压一定时，，磁通基本本上不变化化；2）由于为为不变变，所以有有，；3）保持电电流不变化化时，转矩矩不变。所所以是恒转矩调速速；4>存在的的问题：由于有功电电流不变化化，所以电电源提高的的有功功率不不变化。调调速中，转差功率为为：在电阻上增增加了消耗耗。电动机：损耗大、效效率低。5>串极调调速（改进进）：在转子串电电阻调速中中，有：由于：，，所所以它和总总是同相位位。串极调速就就是在转子子电势中，，加入一个个非电阻产生的的电势，，使使其和转子电势同同频率且相位相差差180度度，则可控控制使用。。原理其中s’为为时时的转差差率。这时：即有：机械特性中的有功分分量代入下下式。用电压改变变来调节速速度用改变转子子电阻来调调节速度从机械特性性看结果对而而来来说：（1）绝对值增大大时，机械械特性向下下移动，最最大转矩、起起动转矩减减小；（2）绝对值增大大时，机械械特性向上上移动，最最大转矩、起起动转矩增增大；（3）超前时时，合成成电势也是是超前的，，转子电流稍有增长长，功率因因素提高；（4）超前角角，则其cos分量与同同相，使电动机调调速，sin分量将提高高定子的功功率因数。。有关问题：：困难：串入入电势频率率如何跟踪踪n、s的的变化而变变化；实现：将转转子绕组电电势整流成成直流后再再逆变回电网；优点：效率率高；缺点：价高高，对恒转转矩负载调调速范围较较小。3、改变磁磁极对数调调速通过改变电电机部分绕绕组的接线线，进而改变磁极对数数调速的方方法；绕组的布线线和磁极对数不不变的电动动机的情况不同，，实际上是是几种磁极极对数电机机的接线，折折衷的结果果，是每种种情况都打打折，而在一一个电动机机上实现。。变磁极对数数调速的原原理变磁极对数数调速的原原理4、改变供供电电源频频率调速－－变频调速速1>方法：：改变供电电电源频率；；以下：为不使磁通通饱和，必须同同时降压；；以上：受绝缘耐压压限制，电电压只能维维持额定，磁通通必随频率率上升而下下降。2>额定转转速以下保保持为为常数的的变频调速速（1）电动机机的等校电电路：（2）电磁转转矩的表述述：推证：令dT/ds=0，，可得：对应转速：：对同一电机机为为与无无关关的常数；最大电磁转转矩：与f无关，，为常数。。（3）机械特性：：负载能力：：Es/f=常数的的变频调速速属恒转矩调速；难点：Es测量困困难；替代：用保持Us/f=常数近似；（4）用保保持Us/f=常数数近似的问问题：S很小时，，转矩近似似与S成正正比，机械械特性是一段直线线；机械特性的的情况：不同f时机机械特性为为一族平行行曲线。最大大电电磁磁转转矩矩：：随频频率率减减少少而而减减少少。。S接接近近于于1时时，，转转矩矩近近似似与与S成成反反比比，，机械械特特性性是是关关于于原原点点对对称称的的一一段段双双曲曲线线：Us/f=常常数数近近似似的的机机械械特特性性：：Us/f=常常数数近近似似时时的的结论论：：与Es测测量量相相比比，，Us的的测测量量容容易易；高低低速速最最大大电电磁磁转转矩矩不不一一致致；；Rs影影响响：：低低速速时时补补偿偿Rs的的压压降降。。3>在额定频频率以上保持持Us为额定定不变的弱磁磁升速机械特性情况况的分析：负载能力分析析：以上分析说明明，由于运行行时若保持电电流不变，S将基本不变变。为：恒功率调速。。特点：变频调调速平滑性好好，无级，调调速范围较宽。缺点：动态性性能较差，低低速时性能受受定子参数影响较大，，可能发生不不稳定现象。。机械特性：三相电压型逆逆变器异步电动机频频率变化时的的转速—转矩矩曲线（忽略定子电电阻）异步电动机频频率变化时的的转速—转矩矩曲线（定子电阻不不能忽略）感应电动机的的转速控制同步电动机的的转速控制五、三相异步步电动机的制制动三相异步电动动机的制动三相异步电动动机的制动的的方法：1、回馈制动；2、反接制动；3、能耗制动；1、回馈制动1>条件：2>功率平衡关系系