电机拖动第十一章(异步电动机的电力拖动1)

电机与拖动第十一章三相异步电动机的电力拖动电机与拖动三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的机械特性笼型转子异步电动机的起动绕线转子异步电动机的起动三相异步电动机的调速三相异步电动机的电磁制动三相异步电动机的不正常运行电机与拖动三相异步电动机的电力拖动本章要求：熟练掌握三相异步电动机机械特性的概念；自然机械特性和各种人工机械特性的意义及其形状；掌握机械特性上几个特殊点的意义及其使用；会利用力矩实用公式绘制机械特性。掌握三相异步电动机的起动方法；并能进行简单的起动计算，能利用机械特性分析起动的物理过程；可根据需要选用合适的起动方法；会判断并排除简单的起动故障。电机与拖动掌握三相异步电动机常用的调速方法；会利用机械特性阐述调速的物理过程；掌握调速计算；能根据需要选用合适的调速方法。掌握三相异步电动机的各种制动方法及其应用场合；能利用机械特性阐述电磁制动的物理过程；掌握简单的制动计算。掌握三相异步电动机的四象限机械特性。电机与拖动第一节三相异步电动机的机械特性电动机的转速与电磁转矩的关系，即n=f(Tem)称为电动机的机械特性。在UN，fN，Rc=0的额定条件下，n=f(Tem)称为电动机的固有机械特性（自然机械特性）。在非额定条件下，n=f(Tem)称为电动机的人工机械特性。一、自然机械特性1、Tem=f（S）曲线因为n=(1-s)n1，所以机械特性，可以通过Tem=f（S）曲线得到。电机与拖动.2Ir1jx1+-.1U.1Ir2´jx2´´'rss12电磁功率：Pem=m1I2´2(r2´/s)s'rx)s/'rr(UmP2k2212121em电磁转矩为：kememxsrrsrUfpmPT2212212111)/'('2电磁转矩参数表达式由公式可以得出Tem=f(s)曲线pfpfn1111260/602602电机与拖动kemxsrrsrUfpmT221221211)/'('21）当S较小时，分母中r2´/s数值较大。sksrsrUfpmTem)/'('222212112）当S较大时，分母中r2´/s数值较小。skxrsrUfpmTkem1'221221211起动点临界转差率最大值点同步点TemS0smTmax1Tk电机与拖动由n=(1-s)n1，可以从Tem--S曲线，计算出机械特性。Temno同步点：s=0,Tem=0;n=(1-s)n1=n1,Tem=0;n1额定点：s=sN,Tem=TN;n=(1-sN)n1=nN,Tem=TN;TNnNTk最大值点：s=sm,Tem=Tmax;n=(1-sm)n1=nm,Tem=Tmax;Tmax起动点：s=1,Tem=Tk;n=(1-s)n1=0,Tem=Tk;TemSO1smTmaxTksNTN2、n=f(Tem)曲线电机与拖动二、最大电磁转矩和过载能力决定电动机短时带负载能力的物理量是Tmax和过载能力（最大转矩倍数）。)5.2~6.1(maxNTTkemxsrrsrUfpmT221221211)/'('2得出最大值点由0dsdTemk2k12mx'rxr'rs22TemnOn1TNTkTmax电机与拖动k2k12mx'rxr'rs22k1121k21211211maxxf4UpmxrrUf4pmT式中“+”为电动状态，“-”为发电状态结论：1、Sm与电压无关，与转子电阻成正比。2、Tmax与电压平方成正比，与转子电阻无关。3、一般设计为1.6~2.5。4、忽略空载损耗时)602/(NNNemnPTTTemn0n1TNTkTmax电机与拖动三、起动电磁转矩kemxsrrsrUfpmT221221211)/'('2起动时n=0，s=1kkxrrrUfpmT221221211)'('2结论：1、Tk与电压平方成正比。与转子电阻有关。2、f1增加Tk减小。3、起动转矩倍数λi=Tk/TN。一般设计为0.8~2.0。电磁转矩Temn0n1TNTkTmax电机与拖动四、电磁转矩实用公式ssssTssssTTmmNmmem22max在知道电机额定值和一些技术数据(PN,nN,)时，利用实用公式可以计算Tem与S(或n)的关系。)602/(NNNemNnPTT忽略T0：将TN、SN代入实用公式可计算出Sm)1(2NmssTemSO1smTmaxTksNTN电机与拖动五、人工机械特性1、降压人工机械特性kemxsrrsrUfpmT221221211)/'('2与自然特性比较，特性变软；S相同点，Tem随U成平方减小。Sm未变。降压时Tmax、Tk下降，会影响电机稳定运行和起动。降压特性SmTemn0n1TNTkTmax自然特性kmxrs'2kxfUpmT1121max4电机与拖动例：设当U1=UN时，Tk=1.1TN，Tmax=2TN,能满载起动并运行。当U1=0.8UN时，Tk=0.80.81.1TN=0.704TN，Tmax=0.80.82TN=1.28TN,此时不能满载起动,但能满载运行。降压时Tmax、Tk下降，会影响电机稳定运行和起动。当U1=0.7UN时，Tk=0.70.71.1TN=0.539TN，Tmax=0.70.72TN=0.98TN,此时不能满载起动和运行。SmTemn0n1TLNTmax自然特性电机与拖动2、定子外串对称阻抗人工机械特性22'2121211)/('2kemxsrrsrUfpmT相当于定子阻抗变大：该人工机械特性与降压特性类似。k12mxr'rs22人工特性Temnon1TNTkTmax自然特性电机与拖动3、绕线式转子外串电阻Rc人工机械特性2211'22'112''2((')/)cemkcrRUmpsTfrrRsxkemxsrrsrUfpmT221221211)/'('2在U,f相同条件下，产生相同力矩(Tem=Tem´)必须'sRrsr's'R'rs'rc22c22或电阻实际值可见，转子串电阻后，其它条件不变时，产生相同Tem(负载转矩不变)，S会增加，即n会减小。电机与拖动转子串电阻特性为：与自然特性比较：1）特性变软；2）Tmax不变，Sm变大；3）Tem相同点满足：'sRrsr's'R'rs'rc22c22或Temnon1TNTkTmax自然特性串电阻特性ABkmxrs'2kxfUpmT1121max4电机与拖动例：绕线异步机，r2=0.5，nN=1450rpm，sm=0.067，求：1）转子串多大Rc，使Tk=Tmax?2）当TL=0.8TN时，串电阻后n=?分析：1）Tk=Tmax，串电阻后最大值点在横轴上，Sm’=1cd两特性上c,d点有：Temc=Temd=Tmax，即1R5.0067.05.0,sRrsrcdc2c20.8TNEFRc=6.96Temnon1TNTmaxAnA电机与拖动2)串电阻前工作于E点，串电阻前工作于F点，两特性上E、F点有：TemE=TemFFc2E2sRrsr只要求出E点速度，就可以计算出F点的速度；有两种方法。方法一：利用相似三角形n1nEEAnA0.8TNTNAEA1E1TTnnnn18.014501500n1500E方法二：Tem=f(S)曲线。当S较小时，Tem与s成正比。SE=0.8SNnF=902rpmcd0.8TNEFTemnon1TNTmaxAnA电机与拖动4、变频人工机械特性变f1一般往小于fN变m11w111kNf44.4E励磁电流会大大增加，电机发热严重，可能损坏电机。变f1一定要变压，保证磁通不变。常数11fEpf60n11变f1特性为与自然特性平行的曲线。Temn0n1TNTkTmax自然特性变频特性常数或11fU电机与拖动作业：8-22；23电机与拖动第二节笼型异步电动机的起动一、起动要求电动机的起动指定子接通电网，转速从n=0到n=nN。起动要求：1）起动力矩Tk尽可能的大；2）起动电流Ik尽可能的小；在满足Tk足够大的条件下，尽量减少Ik。3）起动设备尽可能的简单。电机与拖动二、直接起动kI.rkjxk+-NU.直接起动瞬间，n=0,s=1;相当于堵转.NKNkIZUI11)7~4(直接起动电流大，其危害1）使电网U降低，影响其它设备运行。（主害）2）本身发热严重，绝缘易损坏。直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大，电网U下降不大，可以采用直接起动。但当直接起动电流太大，就需采用降压起动，限制Ik。电机与拖动直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大，电网U下降不大，可以采用直接起动。但当直接起动电流太大，就需采用降压起动，限制Ik。U1V1W1其他用电设备K电机与拖动三、降压起动21UTemU1Tk降压起动,只适合对起动转矩要求不高的场合。降压起动常用的方法有：大型车床1）定子串电抗起动；2）星--三角起动；3）自耦变压器降压起动。电机与拖动1、定子串电抗起动定子串电抗，来降低定子绕组电压。当定子绕组直接加U1N时：kNkNzUI3121NkNUcT定子串电抗后，定子绕组上电压减小为：U1=U1N/kkIzUIkNkk31221kTUcTkNk特点：起动设备简单；投资少；起动力矩小，适用轻、空载起动。不采用定子串电阻降压起动。jx.NUABCjxjx定子绕组U1电机与拖动2、星─三角（Y─）起动电机运行为接；起动时可以Y接，来降低绕组相U。ABC.NU.NUABC直接起动)(31线值kNkzUI21NkUcTY接起动，绕组相电压为：3UUN11331kkNkYIzUI321kkYTUcT特点：起动设备简单；力矩小，适用轻、空载起动，且电机运行应为接。电机与拖动3、自耦变压器降压起动A.NUUkIk2Ik1直接起动U1=U1NkNkNzUI121NkNUcT自耦变压器降压为ka倍电压起动原边U1=U1N，付边Uk=U1N/ka电机定子电流：akNkaN12kkIzk/UI自耦变压器原边电流：21akNkkII2akN2kkkTUcT特点：变比可调，适用范围广；投资大，设备复杂。电机与拖动第三节绕线异步电动机的起动一、转子串三相对称电阻起动转子串电阻后，限制Ik，且增加了Tk。ikNkRzUI122cosICTTk起动过程：转子先串入全部电阻，定子再加额定电压；随着转速的增加，逐步切除电阻；起动完毕，切除所有电阻。R45R34R23R12rr2R4R3R2R1Rpr电机与拖动R45R34R23R12rr2R4R3R2R1Rpr1、起动过程：TlTbTkTaTmaxRprr2R4R3R2n1nedcbR1aTemoR12=R1-R2R34=R3-R4R23=R2-R3R45=R4-R5Ta：启动转矩上限Tb：启动转矩下限电机与拖动5424434332322121;;;ssrRssRRssRRssRR根据“在同一转矩下，转子电阻之比等于转差率之比”基本关系，切换点S不变，可推出各段电阻间的关系。TlTbTkTaTmaxRprr2R4R3R2n1nedcbaTemo2、各段电阻间的关系当Tem=Ta时：当Tem=Tb时：;;;544343323221ssRRssRRssRRqrRRRRRRR24433221421/rRqS1S2S3S4S5R1电机与拖动2421rqqRR2332rqqRR2243rqqRR24qrR1::::::::23424321qqqqrRRRR各级电阻关系：若设计加速过程是从n=0开始的，则s1=1，上式为：45/1sqqssssssss54433221同理可得到各电阻切换转差率间的关系为：451s/sq同样可以推出各段电阻关系为：1::::::2345342312qqqRRRRR4