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文档简介
异步机的起动特性:起动电流大:
IS=KIIN=(5~7)IN
起动转矩小:TS=KSTN=(1.6~2.2)TN影响:频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低,影响其他负载工作。三相异步电动机的起动
良好的起动性能:
起动电流小起动转矩大1、三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起,到达额定转速为止这一段过程。三相异步电动机在启动时的启动转矩并不大,但转子绕组中的电流I很大,通常可达额定电流的4~7倍,从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4~7倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。
(1)启动电流过大使电压损失过大,启动转矩不够使电动机根本无法启动。(2)使电动机绕组发热,绝缘老化,从而缩短了电动机的使用寿命。(3)造成过流保护装置误动作、跳闸。(4)使电网电压产生波动,进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。因此,电动机启动时,在保证一定大小的启动转矩的前提下,还要求限制启动电流在允许的范围内。
4.2.1笼形异步电动机的启动
三相笼形异步电动机的启动有两种方式,第一种是直接启动,即将额定电压直接加在电动机定子绕组端。第二种是降压启动,即在电动机启动时降低定子绕组上的外加电压,从而降低启动电流。启动结束后,将外加电压升高为额定电压,进入额定运行。两种方法各有优点,应视具体情况具体确定。从电动机容量的角度讲,通常认为满足下列条件之一的即可直接启动,否则应采用降压启动的方法。(1)容量在10kW以下(2)符合下列经验公式一、笼式异步电动机的起动1.直接起动(全压起动)
(a)小容量的电动机;
(b)电源容量足够大时。规定:
7.5kW以下直接起动
7.5kW以上,且电源容量能满足起动电流倍数≤
3+1
4IS
INKC=电源容量(kV·A)电机容量(kW)
2.三相笼形异步电动机的降压启动
降压启动方式是指在启动过程中降低其定子绕组端的外施电压,启动结束后,再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。这种方法虽然能达到降低启动电流的目的,但启动转矩也减小很多,故此法一般只适用于电动机的空载或轻载启动,具体方法包括:三相异步电动机的起动1起动性能起动:
n=0,s=1,接通电源。电动机从接通电源到开始转动,转速逐渐增高,一直到达稳定转速为止,这一过程称为起动过程。起动过程的时间虽然只有几秒至几十秒但对电网电压及电动机的转矩影响很大。
异步电动机的起动性能包括:起动电流、起动转矩、起动时间、起动的可靠性。其中最重要的是起动电流和起动转矩。起动电流在起动瞬间,旋转磁场对静止的转子有很大的相对转速,由于转子电流很大,与变压器负绕组增加引起原绕组电流增加的原理相似,所以定子电流也很大,中小型鼠笼式电动机起动电流为额定电流的5-7倍。起动转矩在刚起动时,虽然转子电流很大,但是由于转子感抗X20也很大,所以这时转子的功率因素很低,因此起动转矩Tst=KΦIstcosΦ2并不大。与额度转矩相比,通常起动转矩太小,就不能带负载起动,或者起动时间拖得很长。起动转矩太大,在起动时可能使传动机构受到冲击而损坏。一般,为了限制起动电流,并得到适当的电磁转矩,对于不同容量的异步电动机应采用不同的起动方法。
7.5.2起动方法(1)直接起动直接起动就是把电动机直接接到电网上起动。这种方法即简单又经济,不需要专用得着起动设备,起动时间短,起动方式可靠。在电网容量允许的条件下,起动不太频繁的电动机通常都用这种方法。二、三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。(2)降压起动:星形-三角形(Y-)
换接起动自耦降压起动(适用于笼型电动机)(3)转子串电阻起动(适用于绕线型电动机)1.降压起动Y-换接起动——仅适用于正常运行时定子绕组采用三角形接法的电动机。在起动时先接成星形待转速稳定后再接成三角形。
2.1.1、定子串电阻起动原理:电动机在起动时在三相定子绕组中串接电阻,使电动机定子绕组电压降低,起动结束后再将电阻短接。主电路:KM1实现串电阻起动,KM2实现全压运行。KM2KM1RL1L2L3QSFUFRMSB2SB1FRKM1KTKM1KM2KT图2-8(a)控制线路:1、基本原理:用时间继电器KT控制KM1、KM2切换。2、KM1、KM2允许同时吸合,但是电动机正常运行后,一般应该将KM1释放,以降低运行损耗。3、图2-8(a)为KM1不退出的控制线路。4、图2-8(b)为KM1退出而KT不退出的控制线路。5、图2-8(c)为KM1、KT都退出的控制线路SB2SB1FRKM1KTKM1KM2KT图2-8(a)起动完成后KM1不退出,不足之处:运行损耗大图2-8(b-1)
KM1退出而KT不退出问题:KT延时触点切换是否可行??切换要求:起动过程平稳,减少冲击。对于主触点要求:KM2先闭合KM1后断开KM2KM1RL1L2L3QSFUFRMSB2SB1FRKTKM1KM2KTKTKT(2)自耦变压器减压起动降压比KA=UUN定子线电压比定子相电压比M3~UUN定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比=
=
KAUUNU1LaU1Lb=
=
KAU1LaU1LbU1PaU1Pb=
=
KAU1PaU1PbI1PaI1Pb==
KAI1PaI1PbISaISb==
KAKAISaISbIaIb2=(
)=
KAU1PaU1PbTSaTSb222.1.3串自耦变压器启动的控制线路串自耦变压器降压启动的控制线路如图2-11所示。这一线路的设计思想和串电阻启动线路基本相同,也是采用时间继电器完成按时动作,所不同是启动时串入自耦变压器,启动结束时自动切除。2—11定子串自耦变压器降压启动控制线路串联自耦变压器启动和串电阻启动相比,其优点是在同样的启动转矩时,对电网的电流冲击小,功率损耗小。
缺点是自耦变压器相对电阻结构复杂,价格较高。这种线路主要用于启动较大容量的电动机,以减小启动电流对电网的影响。图2-8(b-1)
KM1退出而KT不退出KT延时触点切换带来KM1、KM2线圈瞬时断电,切换过程带来冲击KT常开延时触点和KM常闭触点平稳切换!!SB2SB1FRKTKM1KM2KTKTKTSB2SB1FRKTKM2KM1KM2KTKT图2-8(b-2)
KM1退出而KT不退出SB2SB1FRKTKM2KM1KM2KTKT
SB2按下,KM1动作→电机降压起动;KT绕组上电开始计时,→KT延时时间到,KT延时闭合的常开触点闭合→KM2线圈上电,→→KM2主触点闭合→电机全压起动。→KM2延时断开的常闭触点断开→KM1线圈失电→KM主触点断开→降压起动回路断开。KM2KM1RL1L2L3QSFUFRM问题:如果要求切换时确保KM2先断开KM1后闭合,图2-8(b-1)是否可靠,为进一步增加可靠性应怎样做?方法:用KM1的常闭触点替代KT延时常开触点。图2-8(b-1)
KM1退出而KT不退出KT延时触点切换带来KM1、KM2线圈瞬时断电,切换过程带来冲击SB2SB1FRKM1KM1KM2KTKTKTKM1KM2KTSB2SB1FRKTKTKT切换顺序比较SB2SB1FRKTKM2KM1KM2KTKTSB2SB1FRKTKM1KM2KTKTKTSB2SB1FRKM1KM1KM2KTKTKTKM2先通电,KM1后断电;KM1,KM2同时切换;KM1先断电,KM2后通电
图2-8(b-2)KM1退出带来的自锁回路的改变,
采用KA触点扩展采用KT瞬时动作触点SB2SB1FRKTKM1KM2KTKTKM2SB2SB1FRKTKM1KM2KTKAKAKM2自锁回路的转换星形-三角形
减压起动
适用于:正常运行为△联结的电动机。2.减压起动起动时运行时UVWUNI1LYUVWUNI1L
△Y-
起动时,起动电流减小的同时,起动转矩也减小了。D=StstYT∴T31所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合。图2-12星形-三角形降压启动电路起动时将适当的R串入转子电路中,起动后将R短路。起动电阻
2.绕线型电动机转子电路串电阻起动Rst•RstRst4.软起动采用软起动器:主要工作原理软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,国外称为SoftStarter。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器,将其接入电源和电动机定子之间软起动与传统减压起动方式的不同之处是:(1)无冲击电流。软启动器在起动电机时,通过逐渐增大晶闸管导通角,使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击,提高了供电可靠性,平稳起动,减少对负载机械的冲击转矩,延长机器使用寿命。(2)有软停车功能,即平滑减速,逐渐停机,它可以克服瞬间断电停机的弊病,减轻对重载机械的冲击,避免高程供水系统的水锤效应,减少设备损坏。(3)起动参数可调,根据负载情况及电网继电保护特性选择,可自由地无级调整至最佳的起动电流。
2.转子绕组串频敏变阻器启动
根据上述分析知:要想获得更加平稳的启动特性,必须增加启动级数,这就会使设备复杂化。为此采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法。所谓频敏变阻器,是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器,其结构示意图如图4.11所示。它是一个铁损耗很大的三相电抗器,如果忽略绕组的电阻和漏抗时,其一相的等效电路如图4.12所示。
图4.11频敏变阻器结构示意图图4.12频敏变阻器一相等效电路
频敏变阻器启动原理如图4.13所示。合上开关Q,KM1闭合,电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时,电动机转子转速很低,故转子频率较高,f2≈f1,频敏变阻器的铁损很大,Rm和Xm均很大,且Rm>Xm,因此限制了启动电流,增大了启动转矩。随着电动机转速的升高,转子电流频率下降,于是Rm、Xm随n减小,这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时,KM2闭合将频敏电阻器短接,启动过程结束。图4.13三相绕线形异步电动机串频敏电阻器启动原理图7.6
三相异步电动机的调速异步电动机起动投入运行后,为适应生产过程的需要,有时要人为的改变电动机的转速,这个操作称为调速。调速不是指电动机负载变化所引起的转速变化。如何实现调速?
公式表明:异步电动机的转速和f1、S、p这三个因素有关,可以通过改变这三个参数达到改变n的目的。所以异步电动机的调速方法有:改变极对数p——有级调速;改变转差率S——无级调速;改变电源频率
(变频调速)f1——无级调速。1.改变极对数p
有级调速。由上式可看出,异步电动机调速的方法有三种:3.2
三相异步电动机的调速三相异步电动机的转速2.改变转差率s
无级调速。3.改变电源频率f1(变频调速)
无级调速。
第三种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。7.6.2变频调速
(无级调速)此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。频率调节范围:0.5——几百赫兹,变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异,因而正获得越来越广泛的应用。7.6.2变极调速(有级调速)变极调速——一般用在鼠笼式异步电动机中。如前所述,当异步电动机的外加电压频率恒定,改变极对数p时可改变定子旋转磁场的同步转速而达到调节转子转速n的目的。改变定子极对数p的基本方法为:(1)在定子槽内安装两套或多套绕组,各套绕组设计成不同的极对数,它们彼此独立,没有电的联系。(2)定子槽内只有一套绕组,用改变绕组的连接法的到不同的极对数。具有这种绕组的异步电动机称为单绕组多速异步电动机。7.6.3变转差率调速(无级调速)
变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少,缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。适用于绕线式电动机.方法:在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻,改变电阻的大小,就可得到平滑调速。7.7
三相异步电动机的制动制动方法:1.抱闸:加机械抱闸2.反接制动:3.能耗制动4.发电反馈制动3.3
三相异步电动机的制动2.能耗制动
电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全,采用一定的方法让高速运转的电动机迅速停转,就是所谓的制动。制动方法:n0=0R+-M~3NSnF+当电动机三相定子绕组与交流电源断开后,把直流电通入两相绕组,产生固定不动的磁场n0。电动机由于惯性仍在运转。转子导体切割固定磁场感应电流,载流导体受到与转子惯性方向相反的电磁力使电机迅速停转。能耗制动常用于生产机械中的各种机床制动。1.机械制动:抱闸制动3.反接制动n0NSnF+把与电源相连接的三根火线任意两根的位置对调,使旋转磁场反向旋转,产生制动转矩。电动机由于惯性仍在运转。转子导体切割反向旋转磁场感应电流,载流导体受到与转子惯性方向相反的电磁力使电机迅速停转。反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。ABM~3C4.再生发电制动n0=0NSnF+起重机快速下放重物,使重物拖动转子出现n>n0情况时,电动机处于发电状态,此时在转子导体中感应电流,感应电流的方向与原电流方向相反,因此产生的电磁转矩方向也相反,这种制动称为再生发电制动。
在断开三相电源的同时,给电动机其中两相绕组通入直流电流,直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用,产生了与转子旋转方向相反的转距(制动转距),使转子迅速停止转动。7.7.1能耗制动7.7.3发电反馈制动
当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时,旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化,由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态。7.7.2反接制动
停车时,将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调,使电
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