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1第14章三相异步电动机的启动及调速14-1三相异步电动机的启动性能一、对异步电动机启动的要求系统对启动性能的要求:(1)Tst足够大;(2)Ist不能太大。不同的启动方法就是采取不同的措施限制启动电流。额定运行时,转子回路电阻为堵转时转子回路电阻值的20-30倍。2Rs2R2启动过程是指电动机的转速从静止到达稳定转速的过程。启动过程中电流一般较大,约为额定电流的4~7倍。为了避免电机在启动过程中损坏和降低启动电流对电网的影响,一般希望启动过程越快越好。从三相异步电动机的转子电流公式:12222112UIRRXXs1221212stUIRRXX2cosstTstTCI启动电流公式:启动转矩公式:3(1)在启动瞬间,n=0,S=1,f2=f1较大,转子电抗较大,即功率因数很低,从公式知,虽然较大,但功率因数确很低,故Tst仍然不大;(2)在启动瞬间,n=0,S=1,旋转磁场以较大的速率切割转子导体,很小,转子电流则较大,据磁势平衡,定子绕组中也将流过较大的电流,故Ist较大。注:启动时cos2很低,Tst便不大;转子电阻很小,Ist较大。22XSR12222scoXtgRS2cosstTstTCIstI二、实际的异步电动机Tst不大,而Ist较大的原因2RS4三、决定异步电动机起动方法的原则具体情况具体分析:供电变压器与电机容量及具体应用场合。电动机容量相对于电网容量很小时,可以直接起动;电动机容量/供电变压器容量20%时,允许直接起动;起动方法有:笼形异步电动机的直接起动、笼形异步电动机的降压起动(即采用自耦变压器,星角变换,串电抗器起动);绕线式异步电动机转子绕组回路外串电阻起动等。514-2鼠笼式异步电动机的起动方法一、鼠笼式异步电动机直接启动利用闸刀或接触器把电动机直接接到额定电压的电源上。频繁启动电动机:电动机容量/供电变压器容量20%时,允许直接启动;不频繁启动电动机:电动机容量/供电变压器容量30%允许直接启动;如果没有独立的供电变压器时,则限制电网电压降不能超过5%。KM3图三相异步电动机直接启动若供电电源的变压器的容量不够大时,就采取降压启动。由于转矩是按照电压平方的规率而下降的,所以这种方法适合于对转矩要求不高的场合。6二、鼠笼式异步电动机降压启动1、应用自耦变压器(启动补偿器)启动设自耦变压器的变比为,电动机定子绕组的外施电压降低到倍。电动机的启动电流减少到倍;电网供给的启动电流减少到倍;电动机的启动转矩减少到倍。QJ2型自耦变压器有不同的降压抽头,1/k=0.73,0.64,0.55以备选择。图自耦变压器降压启动M3stINUstINaUk1ak21ak1akak21ak72、星-三角(Y-D)启动适合于正常运行为D接法的电动机。电路分析知道:电动机定子绕组的外施电压降低到倍,而。电动机的启动电流减少到倍;电网供给的启动电流减少到倍;电动机的启动转矩减少到倍。13YII13ststTTUNK1图星-三角启动K2abc13132stTU13138D接法的启动电流U3UIZpUIZY接法的启动电流U3pUIZ3YUIZ3313YIUZZIU2、星-三角(Y-D)启动(续)参考下图电流关系推导:9二、鼠笼式异步电动机降压启动(续)3、定子绕组串电阻或者电抗器启动K1M3图定子串电阻降压启动K2RUNK1M3图定子串电抗器降压启动K2XUN10在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来产生一定的电压降,设降压比为K,使得达到降低启动电流的目的。电动机定子绕组的外施电压降低到K倍,而。电动机的启动电流减少到倍;电网供给的启动电流减少到倍;电动机的启动转矩减少到倍。说明:串电阻器启动时,要消耗较大的功率;串电抗器启动时,当开关K2短接启动电抗器时还会产生较大的短路电流,所以串电抗器适合于启动转矩要求不大且启动不频繁的场合。2stTU1K1K21K11三、软起动简介1、定义采用自动控制电路构成的启动器来实现笼型异步电动无级平滑起动的方法,被称为异步电动机的软起动。2、类型(1)磁控式软起动器主要利用了磁性控制元件:磁放大器或饱和电抗器。(2)电子式软起动器(较先进,对起动性能要求较高时采用的方法)极大程度地改善了起动性能。而且兼有保护的功能。1214-3绕线式异步电动机的启动降压启动在限制启动电流的同时,大大降低了启动转矩。在需要较大启动转矩的应用场合,人们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻,以改善其启动和调速性能。则获得最大启动转矩。一、转子回路串电阻分级启动222112stRRRXX如果Ms31221212stUIRRXX313上图中:(1)2C,3C,4C断开,1C闭合,定子绕组加额定电压,串入电阻(R'+R''+R'''),启动点在曲线的a点,启动转矩T2TN,电动机开始旋转(2)转速上升到b时,T=T1,闭合2C,切除电阻R''',则工作点从b点跳到2的c,T=T2(3)转速上升到d时,T=T1,闭合3C,切除电阻R'',则工作点从d点跳到1的e,T=T2(4)转速上升到f时,T=T1,闭合4C,切除电阻R‘,则工作点从f点跳到0的g,T=T2(5)转速继续上升经h到达稳定运行点j。启动电阻器有金属丝电阻器、铸铁电阻器、水电阻器等,但都按短时方式设计。14二、转子绕组外串频敏变阻器启动BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而铁耗与磁通的频率(等于转子频率f2=sf1)的1.3次方成正比。开始启动时,s较大,故f2较大,Rm也较大;随着启动过程的进行,s逐渐变小,所以f2变小,所以Rm变小。启动完毕后,将转子回路短路。频敏变阻器相当于一种无触点变阻器,结构简单,成本低,所以应用较为广泛。作业p254题14-1~41514.4改善起动性能的笼型异步电动机——深槽式和双笼型异步电动机一、深槽式异步电动机1、槽形结构及槽漏磁通分布(1)结构上定子——完全同一般类型的三相异步电动机;转子——基本同一般类型的三相异步电动机,但槽形又深又窄。(2)槽漏磁通分布槽底导体匝链的磁通多X2下大流过的电流较少槽口部分匝链的磁通少X2上小流过的电流较多槽高h电流密度J上下16以上说明了:2、改善起动性能的原理分析据电路理论电流的分布与阻抗成反比分布,即(1)刚启动时,n=0s=1f2=fs=50Hz,较大,即阻抗中电抗起主要作用,则Ist电流分布不均匀,相当于导体有效截面减少,即R2适当增加Tst则使转速n顺利增加。(2)起动后,n=const,运行时的f2=1~3Hz,电抗很小,在漏阻抗中电阻起主要作用,电流均匀分布,相当于转子电阻重新变小,以不影响电机的运行效率。二、双鼠笼型异步电动机1、槽形结构及槽漏磁通分布(1)结构上定子——同普通的三相电动机;上笼:电阻系数较大,截面小转子——有两套分开的短路笼下笼:电阻系数较小,截面大22XX下上IZIZ下上下上2XfLIIXXXXII下下下下上上上上,而,故。IIRRRR下下下上上上,而,故17(2)槽漏磁通分布右图可知:电抗电阻电路关系为:2、改善起动性能的原理分析(1)刚启动时,n=0s=1f2=fs=50Hz,较大,即阻抗中电抗起主要作用,电流主要在上笼流,而上笼电阻R上较大,即R2适当增加,故Ist小,Tst大,故把上笼叫起动笼(器),则使转速n顺利增加。(2)起动后,n=const,运行时的f2=1~3Hz,电抗很小,在漏阻抗中电阻起主要作用,电流主要经下笼流动,运行时下笼起主要作用,因此把下笼叫运行笼(器)。转子电阻相当于重新变小,以不影响电机的运行效率。XXRR下上下上IZIZ下上下上2XfLIIXXXXII下下下下上上上上,而,故。IIRRRRII下下下下上上上上,而,故。1814-5异步电动机的调速方法综述在实际应用中,许多机械需要调速,如车床、电力机车、风机、水泵等。常用闸阀控制。为了节能,则要求设法从电机本身出发进行电气调速。异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电子电力技术的发展,异步电动机的调速问题已经基本解决。异步电动机的调速性能甚至可以做到优于直流电动机。剩余的问题是降低成本、实际应用。异步电动机的速度公式16101nssfnp异步电动机调速方法有:(1)变极调速;(2)变频调速;(3)变滑差调速。(1)(2)适合于鼠笼式异步电动机,(3)用于绕线式异步电动机。1914-6异步电动机的变极调速一、单绕组变极(每相)注:使一半导体的电流方向改变,即可实现变极目的。图A向变极原理(支路数=1)AXAX20二、(每相)双(多)绕组变极定子槽中放置两套以上的绕组,每套绕组极数不一样,通过换接工作绕组达到调速的目的。每套绕组本身又可以采用变极开关,所以可以得到较多的调速等级。三、不同改接方法时,电动机功率及转矩的变化1、-YY变极调速(1)接线图低速倍极数接法,高速少极数YY接法,不同接法时保持电源电压U1和每个绕组中的电流Ip不变。1122AXAX1122AXAXU2121AXXAACB21(2)输出功率关系低速接法时(倍极数时)高速YY接法时(少极数时)假定不考虑cos和h的变化时(3)输出转矩关系倍极数时的T2(2p)=P2(2p)/W(2p)少极数时的T2(p)=P2(p)/W(p)2(2)1(2)(2)12()()()3cos32cos3ppppppppPUIUPIhh2()2(2)21.15473ppPP2(2)2(2)()2()(2)2()321.732121ppppPpTPTPWW22不考虑cos和h的变化时:2221.1547ppPP•结论:•D-YY接法转速变化一倍时,功率只变化了15.47%,接近恒功率调速;低速时的转矩比高速时转矩大到1.732倍。TYY1n12nn0YYTTmYYTmTU2121AXXA23(2)Y-YY变极调速1.接线图低速倍极数Y接法,高速少极数YY接法2.输出功率关系•低速Y接法(即倍极数)时:•高速YY接法(即少极数)时:则:122223cos3ppppUPIh1232cos3ppppUPIh2222ppPP这种接法转速变化一倍时,功率也变化一倍。1122AXAX1122AXAX24不考虑Cos和h的变化时:P2(p)/P2(2p)=2•3.输出转矩关系•倍极数时的T2(2p)=P2(2p)/W(2p)•少极数时的T2(p)=P2(p)/W(p)••结论:Y-YY接法若转速增加一倍时,功率也增加了一倍;Y-YY调速的方法属于恒转矩调速。2(2)2(2)()2()(2)2()121.021ppppPpTPTPWWTn025五、电机变极调速时注意事项注:一般异步电动机在断开电源后,转子电流不会立即降为零,而是按一定的时间常数衰减。这个电流产生的磁通随转子一起旋转,并在定子绕组中产生感应电势。如果转子电流没有衰减到零以前再次合上定子电源,则电源电压和感应电势(残留电压)叠加可能产生比启动电流还大的冲击电流,影响电网和电机寿命。残留电压衰减的时间常数为:变极电机在极数切换时,应该等到转子电流充分衰减后再进行。应该按照铭牌规定的接线方式接线,否则会导致严重后果。变极后异步电动机转速改变了,转向也将改变,这是由于“相带”改变的原因。变极调速工作可靠,但接线太多而繁。222222mmmeXXXLTfRfRR2614-7异步电动机的变频调速一、从基频向下变频调速—使用于恒转矩负载(1)保持E1/f1不变222212122122211112222221121122
本文标题:西安交大的电机学课件
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