第三章三相异步电动机的机械特性起动制动

第三章三相异步电动机的机械特性起动制动第1页，课件共58页，创作于2023年2月物理表达式的几点讨论：1.三相异步电动机的电磁转矩T是由主磁通和转子电流相互作用产生的2.T和气隙磁通以及转子电流的有功分量成正比；（因为转子电流滞后于转子电势，在气隙磁场同一极性下面的各转子有效导体中，电流方向不完全相同）第2页，课件共58页，创作于2023年2月T,磁通，转子电流的有功分量三者之间的关系：左手定则；n=f(I2)曲线曲线n=f(T)曲线第3页，课件共58页，创作于2023年2月物理表达式的局限性：用于物理分析异步电动机在各种运转状态下，转矩和气隙磁通及转子电流有功分量之间的关系，但不能和具体的参数联系起来。不利于定量地分析问题需要参数表达式第4页，课件共58页，创作于2023年2月异步电动机的机械特性二、参数表达式可得则得第5页，课件共58页，创作于2023年2月由于异步电动机的电磁功率为分子分母同乘以（1-s），即得由异步电动机的近似等效电路得异步电动机的机械特性参数表达式：第6页，课件共58页，创作于2023年2月1.几个状态2.4个特殊点三相异步电动机的固有机械特性第7页，课件共58页，创作于2023年2月临界转差率

使，即可求得最大转矩由于起动转矩起动转矩倍数

第8页，课件共58页，创作于2023年2月三、实用表达式忽略

R1

得机械特性的实用表达式：第9页，课件共58页，创作于2023年2月第二节三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线。三相异步电动机的固有机械特性1）起始点A；2）额定工作点B；3）同步转速点H；4）最大转矩点P和P′。第10页，课件共58页，创作于2023年2月二、人为机械特性三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性（一）降低降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（二）转子电路内串联对称电阻转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。第11页，课件共58页，创作于2023年2月（三）定子电路串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（四）定子电路串联对称电阻与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动。第12页，课件共58页，创作于2023年2月例题3－1第13页，课件共58页，创作于2023年2月一.异步电动机的起动指标1.起动的要求：起动电流要小，以减小对电网的冲击起动转矩要大，以加速起动过程，缩短起动时间2.异步电动机的实际起动情况：（1）转子电路的电阻降低很多，起动电流显著增加，增加的起动电流还会使电机磁路饱和，使漏抗减小，这又会使电流进一步增大。笼形异步电动机起动电流达额定电流的4～7倍，某些型号甚至可达8～12倍第二节三相笼形异步电动机的起动第14页，课件共58页，创作于2023年2月过大的起动电流会造成：电动机发热，影响电动机寿命；过大的起动电流还会使电网产生过大的电压降落，影响接在电网上的其他设备的正常运行。（2）起动电流大，但是异步电动机的起动转矩并不大；因为功率因数小起动转矩小则会对需满载起动的机械造成困难。第15页，课件共58页，创作于2023年2月3.要改善异步电动机的起动性能，关键在于设法限制起动电流，增大起动转矩。4.把异步电动机起动分成4种情况：（1）小容量电动机轻载起动（2）中大容量电动机轻载起动（3）小容量电动机重载起动（4）中大容量电动机重载起动第16页，课件共58页，创作于2023年2月一般规定，异步电动机的功率小于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。一.直接起动－－小容量电动机轻载起动≤如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法。第17页，课件共58页，创作于2023年2月还要考虑其他一些因素：起动是否频繁供电线路的距离同一台变压器其他用户的要求第18页，课件共58页，创作于2023年2月轻载：对起动转矩要求并不高，此时的主要矛盾是电流；降低起动电流的方法，主要靠降低电压；由于笼形异步电动机的转子本身不可能外接任何阻抗，那么只能在定子电路采取措施。二.减压起动－－大中容量电动机轻载起动异步电动机的机械特性参数表达式：第19页，课件共58页，创作于2023年2月减压起动减小起动电流的同时，也减小了起动转矩；所以，只能用于对起动转矩要求不高的场合。若忽略励磁电流，则：降低每相绕组电压的措施：（1）定子绕组串电阻或电抗；（2）自耦变压器（3）星形－三角形起动（改变定子绕组接法）第20页，课件共58页，创作于2023年2月（一）．定子绕组串电阻或电抗减压起动笼型异步电动机电阻减压起动的原理图笼型异步电动机电抗减压起动的原理图第21页，课件共58页，创作于2023年2月等值电路：第22页，课件共58页，创作于2023年2月注意：（1）降压起动方法虽然降低了起动电流，但起动转矩也显著减小，只适用于空载或轻载起动；（2）串电阻降压起动一般用于低压电动机，串电抗降压起动一般用于高压电动机；（3）降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。第23页，课件共58页，创作于2023年2月3.起动电阻或电抗的计算4.Rk和Xk的估算5.例题3－2第24页，课件共58页，创作于2023年2月（二）．自耦补偿减压起动异步电动机自耦补偿起动的原理线路图第25页，课件共58页，创作于2023年2月所以通过自耦变压器，电网所提供的起动电流降低为：自耦变压器的减压原理图第26页，课件共58页，创作于2023年2月总结：与直接起动相比，起动电压降低为；电网所提供的起动电流和起动转矩都降低为与定子串电阻电抗相比，同样的起动电流，采用自耦变压器减压起动，电动机可产生较大的起动转矩，所以，可带较大的负载；适用于容量较大的低压电动机作降压起动。第27页，课件共58页，创作于2023年2月（三）．星形一三角形（Y—Δ）起动笼型异步电动机星形——三角形起动的原理线路图第28页，课件共58页，创作于2023年2月在起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三角形。这样，起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联结时的，由于三角形联结时绕组内的电流是线路电流的，而星形联结时两者则是相等的。因此，联结成星形起动时的线路电流只有联结成三角形直接起动时线路电流的1/3。第29页，课件共58页，创作于2023年2月在起动时，先将三相定子绕组联结成星形，待转速接近稳定时再改联结成三角形。适用于定子绕组在正常工作时三角形联接的三相异步电动机，且轻载。第30页，课件共58页，创作于2023年2月三.小容量电动机重载起动只要矛盾是起动转矩不足解决的办法：1.选择容量大一号的电机2.选择高起动转矩的电动机——特殊电机（1）深槽式异步电动机（2）双鼠笼异步电动机第31页，课件共58页，创作于2023年2月一、深槽异步电动机转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率仅为1～3Hz，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻第32页，课件共58页，创作于2023年2月二、双笼型异步电动机双笼异步电动机的机械特性双笼型转子的结构与漏磁通这种异步电动机的转子上有两套导条，上笼与下笼，两笼间由狭长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小。第33页，课件共58页，创作于2023年2月四.中大容量电动机重载起动要求起动电流小，起动转矩大采用绕线电动机转子串电阻的方法第34页，课件共58页，创作于2023年2月第三节三相绕线转子异步电动机的起动对于笼形异步电动机，无论采用哪一种降压起动的方法，在减小起动电流的同时，电动机的起动转矩也随之减小；对于某些重载起动的生产机械，不仅要限制起动电流，而且还要有足够大的起动转矩；在这种情况下，基本排除了采用笼形转子异步电动机的可能性，而采用起动性能较好的绕线式异步电动机。实现方法：转子串接频敏变阻器或转子串接电阻第35页，课件共58页，创作于2023年2月（一）转子串联频敏变阻器起动当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大，值也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及值跟着下降，使电动机起动平滑。频敏变阻器的等效电路第36页，课件共58页，创作于2023年2月总结：绕线式异步电动机转子串频敏变阻器起动优点：结构简单，运行可靠，价格便宜，维护方便，能自动操作。因此，目前获得了十分广泛的应用。第37页，课件共58页，创作于2023年2月（二）转子串联电阻起动在转子回路中串入多级对称电阻，随着电动机转速的增加，逐渐切除起动电阻。第38页，课件共58页，创作于2023年2月3.起动电阻的计算：解析法4.特点：可得到最大的起动转矩，但起动设备复杂，操作维修不便，特别是大容量电动机，转子电流大，切除电阻时，转矩变化大，对机械传动机构冲击大；同时，需要较多的电阻器、开关元件等，设备的投资大。第39页，课件共58页，创作于2023年2月第四节三相异步电动机的制动1、电动运转状态电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。电动状态下异步电动机的机械特性2、制动运转状态

异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。

第40页，课件共58页，创作于2023年2月一、能耗制动当K1断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。第41页，课件共58页，创作于2023年2月当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，即为制动转矩。第42页，课件共58页，创作于2023年2月第43页，课件共58页，创作于2023年2月能耗制动经验公式对绕线式异步电动机：求定子直流励磁电流求转子回路所串电阻利用估算的值，可以保证电动机拖动系统的快速停车第44页，课件共58页，创作于2023年2月转速反向的反接制动时的异步电动机特性异步电动机转速反向反接制动电路图二、反接制动状态1．转速反向的反接制动第45页，课件共58页，创作于2023年2月转子轴上机械功率为负此时的转差率转子由定子输入的电功率即为电磁功率

为正转子电路的损耗为两者之和，因此能量损耗极大。第46页，课件共58页，创作于2023年2月在该制动状态，由位能负载提供的机械功率和电源输入的电磁功率全部消耗在电动机的转子电路的电阻上。特点：可使位能性负载获得稳定的下放速度，但能量损耗大。第47页，课件共58页，创作于2023年2月异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性2．定子两相反接的反接制动

为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到B此时转差率为

在两相反接时，电动机的转矩为－T，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。第48页，课件共58页，创作于2023年2月第49页，课件共58页，创作于2023年2月在转速接近于0时，若想快速停车，应切断电源；在转速为零的C点，如不切断电源，电动机将反向加速，机械特性进入第三象限，反向的电动状态反抗性负载位能性负载第50页，课件共58页，创作于2023年2月能量关系：和转子反转一样，系统储存的动能变为轴上输入的机械功率，与定子传递给转子的电磁功率一起，全部消耗在转子电路的电阻上。第51页，课件共58页，创作于2023年2月三、回馈制动状态位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态

1.下放重物时的回馈制动转速高于同步速度时，异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。第52页，课件共