异步电动机电气制动课程课件

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<0，使F与n方向相反;2）基本方法

（1）在重力载荷作用下，使n>n0时，产生制动——限速制动；（2）采用调频电源（f↓→n0↓），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

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n>n0S<03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2、工作特性特性方程主要特点：制动时，n>n0，S<0，(S为负值)

制动特性，位于第2象限；§5-1异步电动机电气制动的种类4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）在恒频电源下，通过重力负载实现限速制动。主要特点：勿需改变正常接线方式；

不增加任何设备;节能效果好——向电网反馈电能;

使用条件：

——用于重力负载的限速制动，

n>n0。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，n<n0§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φ(n0)方向，M<0，n>0;2）反转反接制动

改变n方向，n<0，M>0;§5-1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①改变定子三相电源任意两相相序使n0

<0→S>1,M<0，产生制动。②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φ(n0)方向,M<0,n>0;§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：①在转子绕组中串入电阻R2，使M<ML，转速n<0,S>1;②n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,n<0,M>0;§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电气制动三、反接制动3.主要特点优点：方法简单、制动动力矩大，能实实现减速和限速速制动；缺点：S>1，能量损耗较大；；§5-1异步电动机电气气制动的种类11机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动四、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，定子接接直流电源，使f1=0，n0=0；当n0=0时，Δn=n0-n<0，I2<0，M<0，产生制动；§5-1异步电动机电气气制动的种类12机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动基本原理——将定子的三相交交流激磁改成直直流激磁，使定定子的旋转磁场场变成静止磁场场，转子在负载载力矩作用下进进行发电制动。。动力制动--需要解决的问题题：1）三相交流激磁与与直流激磁的等等效关系及其接接线方式；2）直流励磁方式式对动力制动机械特特性的影响；§5-2动力制动的工作作原理13机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动一、交-直流励磁电流的的等效关系等效关系--需要解决的主要要问题：①如何将将三相定子绕组组与直流电源进进行连接？②在定子绕绕组中应通入多多大的直流激磁磁电流？基本要求：保证三相交流激激磁与直流激磁磁的磁势平衡关关系；主要因素：取决于电动机三三相定子的连接接方式（Y或△连接）；§5-2动力制动的工作作原理14机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动一、交-直流励磁电流的的等效关系1、三相绕组星形形（Y）接法的等效关系系设：任意时刻t，定子线圈三相绕绕组的相电流为为：1）三相交流励磁磁的变化规律§5-2动力制动的工作作原理15机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动一、交-直流励磁电流的的等效关系1、三相绕组星形形（Y）接法的等效关系系（1）当t=0瞬时，定子的三三相交流电为：：=0=-1.23I1=+1.23I1交-直流的等效关系：2）三相交流励磁磁的瞬时等效关关系§5-2动力制动的工作作原理16机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动一、交-直流励磁电流的的等效关系1、三相绕组星形形（Y）接法的等效关系系（2）当ωt=π/2时，定子的三相相交流电为：=+1.41I1=-0.707I1=-0.707I1交-直流的等效关系：2）三相交流励磁磁的瞬时等效关关系§5-2动力制动的工作作原理17机电学院机机电工程系第五章异步电动机的电电气制动一、交-直流励磁电流的的等效关系2、三相相绕组组三角角形（（Δ）接法的的等效效关系系设：三三相绕绕组的的相电流流为：电源线电流流与绕组组相电流流的关系1）三相相交流流励磁磁的变变化规规律§5-2动力制制动的的工作作原理理18机电学学院机机电工工程系系第五章章异步电电动机机的电电气制制动一、交交-直流励励磁电电流的的等效效关系系2、三相相绕组组三角角形（（Δ）接法的的等效效关系系（1）当ωt=π/2时，电电源三三相线电流流：交-直流励励磁的的等效效关系系：2）三相相交流流励磁磁的瞬瞬时等等效关关系§5-2动力制动的工作原原理19机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动一、交-直流励磁电流的等等效关系2、三相绕组三角形形（Δ）接法的等效关系（2）当ωt=π/3时，电源三相线电流：交-直流励磁的等效关关系：2）三相交流励磁的的瞬时等效关系§5-2动力制动的工作原原理20机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动一、交-直流励磁电流的等等效关系各种接线方式与等等效电流的关系如如表5-1§5-2动力制动的工作原原理21机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路等值电路——将转子回路的电源源参数（I2、E2）和电路参数（R2、X2）按一定的等效折算算原则，折算到定定子一侧的电路。。基本定义：§5-2动力制动的工作原原理22机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路等值电路的实际意意义：可利用电路原理及及其计算方法，对对异步电机的定子子与转子工作参数数进行定量计算和分析，并得出电机在动动力制动状态下的的机械特性方程和和特性。§5-2动力制动的工作原原理23机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路等值电路的等效折折算关系1、定子磁势与转子子磁势的平衡关系系2、转子回路的电势势平衡关系§5-2动力制动的工作原原理3、定子回路的电势势平衡关系24机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路1、定子磁势与转子子磁势的平衡关系系§5-2动力制动的工作原原理25机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路1、定子磁势与转子子磁势的平衡关系系1）电动机状态下当U1一定，φ恒定；I1随I/2变化；§5-2动力制动的工作原原理26机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路1、定子磁势与转子子磁势的平衡关系系2）动力制动状态下下定子磁势W1I1——恒定（直流励磁））合成气隙磁通φ，随I2变化。§5-2动力制动的工作原原理27机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路2、转子回路的电势势平衡关系（5-21）§5-2动力制动的工作原原理其中28机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路2、转子回路的电势势平衡关系§5-2动力制动的工作原原理（5-21）（5-21）29机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路2、转子回路的电势势平衡关系§5-2动力制动的工作原原理（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机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路2、转子回路的电势势平衡关系§5-2动力制动的工作原原理31机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路3、定子回路的电势势平衡关系根据φ→W1→产生E1电磁作用关系，φ=kI0因此，E1可以用励磁电流I0表示：式中：xm——电动机的磁励电抗抗。§5-2动力制动的工作原原理32机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路得定子电路的等效效过程：§5-2动力制动的工作原原理3、定子回路的电势势平衡关系33机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路4、电机的等值电路路根据定子电动势E1和转子开路等效电电动势E20的基本关系，可得得：定子回路a、b两点与转子回路c、d两点的电位相同。。§5-2动力制动的工作原原理34机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动二、交流异步电机机的等效电路4、电机的等值电路路§5-2动力制动的工作原原理35机电学院机机电工工程系第五章异步电动机的电气气制动三、动力制动状态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动力制动的工作原原理36机电学院机机电工工程系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性1）求出转子子电流（5-24）§5-2动力制动的的工作原理理（5-22）37机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性2）动力制动动特性方程程§5-2动力制动的的工作原理理（5-25）38机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性（5-26）2）动力制动动特性方程程特性方程：：式中：若不考虑铁铁心的磁饱饱和，励磁磁电抗xm为常数，上上式可简化化成为：§5-2动力制动的的工作原理理39机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性3）动力制动动特性曲线线特性方程：：§5-2动力制动的的工作原理理定子励磁电电流I1一定，Mm一定；转子电阻R2一定，Sm一定；40机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性与电动机特特性的不同同点：动力制动状状态电动机状态态3）动力制动动特性曲线线§5-2动力制动的的工作原理理①最大力矩Mmax41机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性与电动机特特性的不同同点：动力制动状状态电动机状态态其中：故，动力制制动时，Sm非常小，需要串电电阻R2增大Sm3）动力制动动特性曲线线§5-2动力制动的的工作原理理②临界转差差率Sm42机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三、动力制制动状态下下的机械特特性与电动机特特性的不同同点：动力制动状状态电动机状态态3）动力制动动特性曲线线§5-2动力制动的的工作原理理③转差率S的意义与表表示转差率的意意义相同，表示方式式不同。43机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动一.计算方法及及步骤1.计算方法1）先计算I/2；2）然后计算算电磁功率率Ps；3）计算制动动转矩M，得出机械特特性§5-3动力制动机机械特性的的计算44机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动1）计算I/2（5-24）考虑铁心的的磁饱和，，励磁电抗抗xm为I0的函数；xmI0§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤45机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动将5-24式两边平方方得：由式(5-22)(5-23)得：（5-29）化简后得：：或（5-30）

§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤1）计算I/246机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动根据：（5-30）在I1给定的条件件下，设定定一个I0值，在磁化曲线线上找到相相对应的xm或E/20值，然后利利用式（5-30）计算出I/2。§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤1）计算I/247机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动2）计算转差率率S在I/2、R/2、x/2已知的条件件下，由式式（5-29）得：（5-31）§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤48机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动3）计算电磁功功率Ps得出I/2、R/2、S的条件下：：4）制动转矩矩M计算或（5-32）5）制动特性性的绘制设定一个I0，可算出一点点S和M，作特性上的的一个点;再改变I0值，可得另另一点S和M，通过逐点计计算，得出出特性曲线线。§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤49机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动2.计算步骤已知条件1）异步电动动机磁化曲曲线或2）定子绕组组与转子绕绕组的变比比3）转子绕组组电阻r2和漏电抗x2，及转子附附加电阻R2；4）定子给定定的励磁电电流Id或I1。（见表5-1）§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤50机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动1）根据定子子绕组的连连接方式，，按表5-l由，励磁电电流Id得出I12）设定一个个I0，在磁化曲曲线上查到到对应的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）逐点计算算出若干组组（S，M），将数据绘出出机械特性性曲线。（5-30）（5-31）（5-32）§5-3动力制动机机械特性的的计算一.计算方法及及步骤2.计算步骤51机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动二.实用计算方方法1、简化计算式式忽略1）定子侧的的简化计算算令：x/2=0，式（5-30）（5-31）和（5-32）可简化为为：（5-34）（5-35）（5-36）§5-3动力制动机机械特性的的计算52机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动2）转子侧的的简化计算算用变比系数数KT，将I/2、E/20、R/2还原成转子子原电路参参数，得得：（5-37）（5-38）（5-39）§5-3动力制动机机械特性的的计算二.实用计算方方法1、简化计算式式忽略53机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动2、万用磁化曲曲线——特定系列电电动机的通用磁化化曲线。横座标——相对励磁电流纵座标——转子相对电势§5-3动力制动机机械特性的的计算二.实用计算方方法54机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动§5-3动力制动机机械特性的的计算二.实用计算方方法55机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动3、磁化曲线线应用1）已知：定定子额定励励磁电流I0N2）设定I0，得

3）由I*0和万用磁化化曲线，得得E*204）已知：转转子额定电电压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动力制动机机械特性的的计算二.实用计算方方法56机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动三.计算举例〔例5-1〕计算某异步步电动机的的动力制动动特性Mmr2R21R22令：x/2=0x/2≠0§5-3动力制动机机械特性的的计算57机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动〔例5-1〕计算某异步步电动机的的动力制动动特性计算结果分分析：1）在转子回回路无附加加电阻时，，Sm=0.026;2）当R2=R21=0.309=11×r2时，Sm=0.33；3）当R2=R22=1.719=61×r2时，Sm=1.64；4）当Sm=0.33时，电动机状态态下：附加电阻R2=1.5r2；动力制动状状态：附加电阻阻R21=11×r2；5）考虑x/2时，最大力力矩较简化化计算下降降约小5%。三.计算举例§5-3动力制动机机械特性的的计算58机电学院机机电工程系系第五章异步电动机机的电气制制动四.直流励磁电电流的估算算工程问题：：已知：制动动力矩M；求Id、Ud；(电源容量