第512章_异步电机(起动、调速和制动).ppt

1、2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院于5月12日凌晨启动了三相异步电动机。我们知道异步电动机的功能是拖动负载，所以异步电动机的启动、制动和调速是我们关注的焦点。足够大的起动转矩倍数Tst/TN以缩短起动时间；最小化启动电流倍数，以减少对电网的影响；启动时间短，能满足生产技术要求；起动时，绕组消耗的能量和绕组的发热较少；启动设备简单、经济、可靠；启动时的过渡过程很短。异步电动机的起动性能包括：其中最重要的是起动转矩和起动电流的倍数。2006年3月20日星期一，在武汉大学电气工程学院，三相异步电动机直接起动，起动电流大，但起动转矩不大？1)启动电流很大，因为泄漏阻抗小，启动电流很大。另

2、外，当转子静止时，旋转磁场的转速高于转子导体的转速，转子绕组的感应电动势较大，转子电流较大。从简化的形状等效电路可以看出，当异步电动机启动时，n=0，s=1，机械模拟电阻=0，相当于变压器二次侧的直接短路，启动电流只受短路阻抗的限制，大小为：2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应该是黎明时分，2)启动转矩不大， 电机的电磁转矩为：启动时，由于启动电流大，定子的漏抗压降增大，导致感应电动势E1减小，即m变小。 虽然起动电流很大，但起动转矩并不大，因为I2cos2不大，M变小。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院将于5月12.1日拂晓直接开学。这种起动方法是将异步电动机的定

3、子绕组直接连接到额定电压的电网上进行起动。直接启动的优点：设备简单，操作方便；缺点：启动电流大，所以必须有足够的电源。就电机本身而言，笼型异步电机的设计允许部件在额定电压下直接移动。是否用这种方法启动取决于电源容量。如果电网容量足够大，并且启动电流不会导致显著的电压降，则应首选直接启动，因为它简单快速；如果电源容量不够大，导致压降超过15，尽量限制启动电流，采用降压启动。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应该是黎明时分。如果电压降超过15，可能会导致其他电机停止。一般情况下，电机的过载能力为1.6公里。如果电压降至额定电压的85%，电机的最大电磁转矩为Temmax=0.8521.

4、6TN千牛顿=1.156千牛顿。如果电压再次降低，将导致关机。为什么电压下降超过15？2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院将于5月12日拂晓开学。降压起动是通过降低电动机的端电压来限制起动电流。启动时，电压低于额定电压。当电机转速上升到一定值后，电机将承受额定电压。电机的起动转矩与端电压的平方成正比，当电压降低时，起动转矩降低。因此，这种起动方法只适用于起动转矩不高的场合。常用的降压起动方法定子环串联电抗器起动自耦变压器起动星形-三角形转换起动，2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应凌晨1。定子串联电抗器启动，启动后，切断电抗器，进入正常运行。、电机启动时，电抗器起分压

5、作用。三相电源，2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院应黎明，由于起动电流与定子端电压成正比，起动转矩与定子端电压的平方成正比，如果起动时电机端电压下降到额定电压的1K倍，起动电流下降到额定电压的lK倍，但起动转矩下降到1K2倍3360，其中k为电机端电压与k=un/的比值。IstN是额定电压下直接起动的起动电流，TstN是额定电压下直接起动的起动转矩。因此，这种起动方法只能用于容量小于20kW的电机空载或轻载起动。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院的应利明在工程实践中，经常先给出线路的允许起动电流Ist(或允许起动电流倍数kst=Ist/IN)的大小，然后计算降压型

6、倍数和电抗X。其中，短路阻抗为，2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院，应黎明；2.自耦变压器降压启动，自耦变压器比率为Ka；2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应利明，直接起动时，电动机端电压为UN，起动电流为IstN，起动转矩为TstN，自耦变压器降压起动。电机端电压为U=UN/kA，电机侧的启动电流、启动转矩和电源侧的启动电流。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应该是黎明时分。实际上，用于启动的自耦变压器有几个抽头可供选择。例如，QJ 2号有三个抽头，分别为55%(即1/kA=55%)、64%和75%(出厂时连接到73%的抽头)；QJ 3也有三个抽头

7、，分别是40%、60%、80%(出厂时连接到60个抽头)，等等。这也是我们前面提到的优点，但是自耦变压器体积大，价格高，不能在重载下启动。自耦变压器降压起动广泛应用于大容量鼠笼式异步电动机。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院于凌晨3点开学。星形三角形。这里，主要使用星形三角形电压之间的关系，星形连接中的线电压是相电压的倍。请注意，这种方法仅适用于绕组开始时的星形连接，但在运行时适用于三角形连接。直接起动时，相当于绕组的三角形连接，电机端电压为UN，起动电流IstN(Ist)，起动转矩TstN(Tst)，Ist，各相相电流为：2006年3月20日星期一，武汉大学电机学院应在黎明时分

8、，当绕组连接为Y连接时，电机端电压为UN/，起动电流IstY，起动转矩TstY。当Y一起启动时，虽然相电压和相电流比直接启动时减少到1，但影响电源变压器的启动电流减少到直接启动时的13%。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院。到目前为止，上面介绍的鼠笼式异步电动机降压起动方法的主要目的是降低起动电流，但同时它们都不同程度地降低了起动转矩，因此它们只适用于空载或轻载起动。对于重载起动，特别是当起动过程非常快时，需要具有大起动转矩的异步电动机。增加起动扭矩的方法是增加转子阻力。对于绕线式异步电动机，电阻器可以串联在转子电路中。对于鼠笼式异步电动机，只需增加鼠笼本身的电阻值。有两种鼠笼

9、式异步电动机和深槽鼠笼式异步电动机。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院，应黎明，2006年5月12日，3月。理想的转子电阻是R2电阻，它可以随着转速的变化而自动变化。对于绕线转子电机，可以通过在转子电路中连接电阻来启动，在正常运行时切断，以满足上述要求，但由于其结构复杂、成本高、维护不方便，其应用受到限制。笼型异步电动机根据起动和运行时转子频率的不同，在起动过程中通过改变t2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院。深槽异步电动机，也是单笼型电动机，与普通鼠笼型电动机有相同的定子，但转子槽窄而深，槽深与槽宽之比一般为1020，以增强集肤效应。左图为深槽中导体棒的漏磁场分

10、布。可以看出，转子导条下交联处的漏磁通大于上交联处的漏磁通，因此槽附近的磁导率小于槽底附近的磁导率，即槽附近的漏抗小于槽底附近的漏抗。2006年3月20日(星期一)，武汉大学电气工程学院应黎明，当启动s1时，转子电流频率f2f1，漏抗大，是导体棒阻抗的主要成分，导体棒中的电流分布与电抗近似成反比，因此导体棒中的电流密度分布从底部(槽底)到顶部(槽口)逐渐增大。电流密度在导杆表面密集分布，相当于缩短了整个导杆的高度，相应地减小了导杆的面积。如图所示，这种现象称为趋肤效应。2006年3月20日星期一黎明时分，转子电阻R2会增大，从而使起动转矩增大，起动电流减小。同时，由于电流向槽口挤压，减少了交叉

11、链的总磁链数，从而降低了起动时的漏抗，这也有利于起动转矩的提高。当起动结束时，转子电流频率将逐渐降低，集肤效应将减弱，转子电流分布将逐渐均匀。在正常操作中，f2非常低，只有13Hz。此时，转子的漏抗远小于电阻，电流根据导体棒电阻均匀分布在导体棒中，趋肤效应消失，即转子电阻和电抗都恢复到正常值，保证了转子运行中低铜耗和高效率的要求，具有更好的运行性能。目前，为了提高中小型异步电动机的起动转矩，经常采用深槽式。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院。双笼异步电动机，由黄铜或青铜制成，具有高电阻率、小横截面、大电阻R2、低电阻率、大横截面、小电阻R2、大漏磁通磁阻、小漏抗。在启动s1时，

12、转子电流频率f2f1，转子频率高，漏抗大于电阻，电流分布取决于漏抗，上笼中漏抗小，电流被挤压到上笼中，转子在启动时具有较大的电阻、较高的功率因数和较大的启动转矩。正常运行时，转子电流频率为f2sf1，转子频率低，漏抗远小于电阻，电流分布取决于电阻，上笼电阻小，电流主要集中在下笼、起动笼和工作笼。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院，黎明，5点12分。三相绕线式异步电动机的起动，用适当的串联电阻起动异步电动机转子，不仅可以降低起动电流，用绕线式异步电动机转子侧的串联电阻起动也可以提高电动机的起动性能。一般来说，随着转速的增加，串联电阻需要逐渐切断，一般有两种串联电阻：分段电阻和频率敏

13、感电阻。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应该在黎明时分开学。首先，转子串联电阻应分阶段启动。为了在整个起动过程中尽可能地保持较大的起动转矩，绕线式异步电动机可以通过逐步切断起动电阻来分阶段起动。转子串联电阻对电机机械特性的影响(Ts曲线):转子串联电阻后，转子的功率因数增加，所以电机的起动转矩增加，但不是串联电阻越大，起动转矩越大。2006年3月20日，星期一频率敏感电阻：高频大电阻；低频和低电阻；当接触器触点K断开时，电机转子与频率敏感变阻器串联启动。启动过程结束后，接触器触点K再次闭合，频率敏感变阻器被移除，电机进入正常运行。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学

14、院，应利明，频率敏感变阻器：大铁损变压器。每相的等效电路与空载运行时变压器的等效电路相同。当忽略绕组泄漏阻抗时，励磁阻抗由励磁电阻和励磁电抗串联而成。但是，它与一般的变压器励磁阻抗不完全相同：当频率为5OHz的电流通过时，阻抗比一般的变压器励磁阻抗小得多。转子电路中的这种串联不仅限制了起动电流，而且由于起动电流太小，也不会降低起动转矩。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院，应利明、当一个频率为5Hz的电流通过时，频率敏感变阻器中的磁密度较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小。然而，铁芯由厚铁板或钢板制成，磁滞涡流损耗很大。频率敏感变阻器的铁芯单位重量损耗比普通变压

15、器大几百倍，因此铁损电阻大。当绕线式三相异步电动机的转子串联频率敏感变阻器启动时，s1，转子电路中电流的频率为5OHz。转子电路中的电阻远大于电抗，所以转子电路主要与电阻串联。这样，转子回路的功率因数大大提高，不仅限制了起动电流，而且提高了起动转矩。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院，应黎明，5.13三相异步电动机的制动。我们知道，当异步电动机的电磁转矩和转子速度同向时，电动机处于制动状态。根据扭矩和速度的不同，可分为反向制动、反馈制动、能耗制动、反向牵引和反向旋转等。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院，应黎明，5.13.1，反向制动，反向制动过程，三相绕线异步

16、电动机在正向电动运行时，当改变三相电源的相序时，电动机进入反向制动过程。在反向制动时，电机电源的相序为负，如图所示，接触器触点K1闭合，进行正向电气操作，K1断开，K2闭合。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院应该反转制动，将转子电路与大电阻串联。电机从加速档转到减速档后，节气门可以准确停止。当转子电路与大电阻串联时，反向制动的机械特性，电动机的运行点，以及恒转矩负载的电阻。2006年3月20日，星期一，武汉大学电气工程学院应该是黎明时分，但是在反向制动过程中，由于接入了反相序电源，相应的转差率s1在转速高n0时。如果转子电路总电阻的转换值为R2，则机械功率为，即负载向电机输入机械功率。显然，负载通过旋转部件减少动能来提供机械动力。从定子到转子的电磁功率是转子电路中的铜损耗。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院的应利明在转子回路中消耗了电源输入的电磁功率和负载送出的机械功率，这两种功率都很大。转子电路中必须连接大的外部串联电阻，以消耗转子电路中的大部分铜损耗，并防止电机过热。2006年3月20日星期一，武汉大学电气工程学院应该是黎明时分