机电传动控制资料.ppt

1、机电学院 机电工程系,1,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,机电学院 机电工程系,2,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，S0，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（fn0），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

2、类,机电学院 机电工程系,3,5-1 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,机电学院 机电工程系,4,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，nn0，S0，(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,机电学院 机电工程系,5,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

3、动， nn0 。,3、实际应用,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,6,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，nn0,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,7,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(n0)方向，M0;,2）反转反接制动 改变n方向，n0;,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,8,第五章

4、异步电动机的电气制动,基本原理,改变定子三相电源任意两相相序 使n0 1, M0，产生制动。, 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(n0)方向,M0;,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,9,第五章 异步电动机的电气制动,基本原理：, 在转子绕组中串入电阻R2， 使M1; n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,n0;,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,10,第五章 异步电动机的电气制动,三、反接制动,2.主要应用,1）

5、两相反接制动 减速制动；,2）反转反接制动 限速制动；,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,11,第五章 异步电动机的电气制动,三、反接制动,3.主要特点,优点： 方法简单、制动力矩大，能实现减速和限速制动；,缺点： S1，能量损耗较大；,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,12,第五章 异步电动机的电气制动,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，定子接直流电源， 使f1=0，n0=0；,当n0=0时，n=n0-n0，I20，M0 ，产生制动；,5-1 异步电动机电气制动的种类,机电学院 机电工程系,

6、13,第五章 异步电动机的电气制动,基本原理将定子的三相交流激磁改成直流激磁，使定子的旋转磁场变成静止磁场，转子在负载力矩作用下进行发电制动。,动力制动-需要解决的问题：,1）三相交流激磁与直流激磁的等效关系及其接线方式；,2）直流励磁方式对动力制动机械特性的影响；,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,14,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,等效关系-需要解决的主要问题 ：, 如何将三相定子绕组与直流电源进行连接？, 在定子绕组中应通入多大的直流激磁电流？,基本要求：,保证三相交流激磁与直流激磁的磁势平衡关系；,主要因素： 取决于电动机三相定子的连接方

7、式（ Y 或连接）；,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,15,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,设：任意时刻t，定子线圈三相绕组的相电流为：,1）三相交流励磁的变化规律,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,16,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,（1）当t=0瞬时，定子的三相交流电为：,= 0,= -1.23I1,= +1.23I1,交-直流的等效关系：,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系

8、,17,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,（2）当t=/2时，定子的三相交流电为：,= +1.41 I1,= -0.707I1,= -0.707I1,交-直流的等效关系：,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,18,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（）接法的等效关系,设：三相绕组的相电流为：,电源线电流与绕组相电流的关系,1）三相交流励磁的变化规律,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,19,第五章 异步电动机的电气制动,一、

9、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（）接法的等效关系,（1）当t=/2时，电源三相线电流：,交-直流励磁的等效关系：,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,20,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（）接法的等效关系,（2）当t=/3时，电源三相线电流：,交-直流励磁的等效关系：,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,21,第五章 异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,各种接线方式与等效电流的关系如表5-1,5-2 动力制动的工作原理,

10、机电学院 机电工程系,22,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路将转子回路的电源参数（I2、E2）和电路参数（R2、X2）按一定的等效折算原则，折算到定子一侧的电路。,基本定义：,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,23,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路的实际意义： 可利用电路原理及其计算方法，对异步电机的定子与转子工作参数进行定量计算和分析，并得出电机在动力制动状态下的机械特性方程和特性。,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,24,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路的等

11、效折算关系,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,2、转子回路的电势平衡关系,5-2 动力制动的工作原理,3、定子回路的电势平衡关系,机电学院 机电工程系,25,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,26,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,1）电动机状态下,当U1一定，恒定； I1随I/2变化；,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,27,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关

12、系,2）动力制动状态下,定子磁势W1I1 恒定（直流励磁） 合成气隙磁通，随I2变化。,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,28,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,（5-21）,5-2 动力制动的工作原理,其中,机电学院 机电工程系,29,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2 动力制动的工作原理,（5-21）,（5-21）,机电学院 机电工程系,30,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2 动力制动的工作原理,（5-21

13、）,（5-21）,机电学院 机电工程系,31,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,32,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,3、定子回路的电势平衡关系,根据 W1 产生E1 电磁作用关系， = k I0 因此，E1可以用励磁电流I0表示 ：,式中：xm电动机的磁励电抗。,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,33,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,得定子电路的等效过程：,5-2 动力制动的工作原理,3、定子回路的电势平衡关系,机电学院 机

14、电工程系,34,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,4、电机的等值电路,根据定子电动势E1和转子开路等效电动势E20的基本关系，可得 ：,定子回路a、b两点与转子回路c、d两点的电位相同。,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,35,第五章 异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,4、电机的等值电路,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,36,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,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 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,37,第五章 异步电

15、动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,1）求出转子电流,（5-24）,5-2 动力制动的工作原理,（5-22）,机电学院 机电工程系,38,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,2）动力制动特性方程,5-2 动力制动的工作原理,（5-25）,机电学院 机电工程系,39,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,（5-26）,2）动力制动特性方程,特性方程：,式中：,若不考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为常数，上式可简化成为：,5-2 动力制动的工作原理,机电学院 机电工程系,40,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,3）动力

16、制动特性曲线,特性方程：,5-2 动力制动的工作原理,定子励磁电流I1一定，Mm一定； 转子电阻R2一定， Sm 一定；,机电学院 机电工程系,41,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点 ：,动力制动状态,电动机状态,3）动力制动特性曲线,5-2 动力制动的工作原理, 最大力矩Mmax,机电学院 机电工程系,42,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点 ：,动力制动状态,电动机状态,其中：,故，动力制动时，Sm非常小 ，需要串电阻R2增大Sm,3）动力制动特性曲线,5-2 动力制动的工作原理,临界转差率Sm,

17、机电学院 机电工程系,43,第五章 异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点 ：,动力制动状态,电动机状态,3）动力制动特性曲线,5-2 动力制动的工作原理,转差率S的意义与表示,转差率的意义相同，表示方式不同。,机电学院 机电工程系,44,第五章 异步电动机的电气制动,一.计算方法及步骤,1.计算方法,1）先计算I/2；,2）然后计算电磁功率Ps；,3）计算制动转矩M， 得出机械特性,5-3 动力制动机械特性的计算,机电学院 机电工程系,45,第五章 异步电动机的电气制动,1）计算 I/2,（5-24）,考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为I0的函数；,5-3 动

18、力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院 机电工程系,46,第五章 异步电动机的电气制动,将5-24式两边平方得：,由式(5-22) (5-23)得：,（5-29）,化简后得 ：,或,（5-30）,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,1）计算 I/2,机电学院 机电工程系,47,第五章 异步电动机的电气制动,根据 ：,（5-30）,在I1给定的条件下，设定一个I0值，在磁化曲线上找到相对应的xm或E/20值，然后利用式（5-30）计算出I/2 。,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,1）计算 I/2,机电学院 机电工程系,48,第五章 异步电动机的电气

19、制动,2）计算转差率S,在 I/2 、 R/2 、 x/2已知的条件下，由式（5-29）得：,（5-31）,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院 机电工程系,49,第五章 异步电动机的电气制动,3）计算电磁功率 Ps,得出I/2 、 R/2 、S的条件下：,4）制动转矩M计算,5）制动特性的绘制,设定一个 I0，可算出一点S和M，作特性上的一个点; 再改变 I0值，可得另一点S和M，通过逐点计算，得出特性曲线。,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院 机电工程系,50,第五章 异步电动机的电气制动,2.计算步骤,已知条件,1）异步电动机磁化曲线,或

20、,2）定子绕组与转子绕组的变比,3）转子绕组电阻 r2 和漏电抗 x2 ，及转子附加电阻 R2 ；,4）定子给定的励磁电流 Id 或 I1。（见表5-1）,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院 机电工程系,51,第五章 异步电动机的电气制动,1）根据定子绕组的连接方式，按表5-l由，励磁电流 Id 得出 I1,2）设定一个 I0 ，在磁化曲线上查到对应的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）逐点计算出若干组（S，M），将数据绘出机械特性曲线。,（5-30）,（5-31）,（5

21、-32）,5-3 动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,2.计算步骤,机电学院 机电工程系,52,第五章 异步电动机的电气制动,二.实用计算方法,1、简化计算式,忽略,1）定子侧的简化计算,令：x/2= 0 ，式（5-30）（5-31）和（5-32）可简化为：,（5-34）,（5-35）,（5-36）,5-3 动力制动机械特性的计算,机电学院 机电工程系,53,第五章 异步电动机的电气制动,2）转子侧的简化计算,用变比系数KT ，将I/2、 E/20 、 R/2 还原成转子原电路参数 ，得：,（5-37）,（5-38）,（5-39）,5-3 动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,1、

22、简化计算式,忽略,机电学院 机电工程系,54,第五章 异步电动机的电气制动,2、万用磁化曲线,特定系列电动机的通用磁化曲线。,横座标 相对励磁电流,纵座标 转子相对电势,5-3 动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,机电学院 机电工程系,55,第五章 异步电动机的电气制动,5-3 动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,机电学院 机电工程系,56,第五章 异步电动机的电气制动,3、磁化曲线应用,1）已知：定子额定励磁电流I0N,2）设定I0 ，得,3）由I*0和万用磁化曲线，得E*20,4）已知：转子额定电压E2N ，由E*20=E20/E2N ，可得； E20,5）利用式（3-34）（

23、3-35）（3-36）求S、M，作曲线；,5-3 动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,机电学院 机电工程系,57,第五章 异步电动机的电气制动,三.计算举例,例5-1计算某异步电动机的动力制动特性,5-3 动力制动机械特性的计算,机电学院 机电工程系,58,第五章 异步电动机的电气制动,例5-1计算某异步电动机的动力制动特性,计算结果分析：,1）在转子回路无附加电阻时，Sm=0.026 ;,2）当R2=R21=0.309=11r2时，Sm=0.33；,3）当R2=R22=1.719=61r2时，Sm=1.64；,4）当Sm=0.33时，电动机状态下：附加电阻R2=1.5r2； 动力制动状态：附加电阻R21=11r2；,5）考虑x/2时，最大力矩较简化计算下降约小5%。,三.计算举例,5-3 动力制动机械特性的计算,机电学院 机电工程系,59,第五章 异步电动机的电气制动,四.直流励磁电流的估算,工程问题：,已知：制动力矩M； 求Id、Ud；(电源容量),计算依据：,直流励磁电流Id与最大制动转矩Mmax的关系曲线，图5-