09三相电动机电力拖动ok

第九章三相异步电动机的电力拖动一、异步电动机的机械特性(△)二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法(△)三、绕线式三相异步电动机的起动方法(△)四、三相异步电动机的调速(△)五、三相异步电动机的制动(△)六、三相异步电动机四象限运行(△)一、异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1、机械特性：电机的电磁转矩和其转速的关系。•物理表达式：•参数表达式：•实用表达式：'2'2cosICTmTem2'12'1'2)()(2rrrsemXXRRSRUfmpTSSSSTTcrcremmax22、固有的机械特性：当且电机定子和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时的机械特性。3、固有的机械特性的绘出：•起动点；•额定工作点；•同步点；•最大转矩点；•回馈制动最大转矩点；;50;111HzfUUN电动机机械特性：nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2？•机械特性•机械特性4、人工机械特性：•定子端电压降低；•转子电路内串入对称电阻；•定子电路串联对称电抗；•定子电路串联对称电组；•转子电路接入并联电抗；二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法1、关于电动机起动•电机起动：电机从不工作状态到正常工作状态的过程。•问题–起动电流–起动转矩–起动时间•起动限制条件–起动转矩Tst≥1.1TN–电机容许最大电流–电源容量–每小时最大起动次数2、电动机的直接起动•直接起动：电机在静止状态下直接施加额定电压实施的起动过程。•直流它励电机的起动–起动电流Ist＝UN/Ra–起动转矩Tst=CTΦIst•三相感应电机的起动–起动电流–起动转矩2'212'211'211)()(xxrrUzzUIst])()[(22'212'211'22111'221xxrrfrpUmrImTstst3、电动机的直接起动相关说明：（1）三相笼型允许直接全压起动；（2）起动电流很大，可达额定电流的4～7倍；（3）定子绕组漏阻抗压降增大，每极气隙磁通量下降；（4）转子侧功率因数低；（5）起动转矩不大；（6）直接起动适用范围：非频繁、负载较轻、电源相对电机容量足够大。4、电动机的起动指标•起动电流倍数–直流电机5－20，感应电机4－7。•起动转矩倍数•感应电机0.9－1.3。•起动电流降低倍数•起动转矩降低倍数–注：前两个指标用于衡量起动性能，后两个指标用于衡量各种起动方法的特点NstTstTTNstIstII电流直接起动时电源提供的电源提供的起动电流Iu直接起动时的起动转矩起动转矩Tu5、电动机的起动方法•直流他励电机–降低电枢电压起动–电枢回路串电阻起动•三相感应电机–降低电源电压起动–绕线式感应电机转子串电阻起动–特殊起动方式•绕线式转子串频敏电阻起动（属转子串电阻起动）•深槽和双鼠笼电机的起动（属转子串电阻起动）•Y-Δ起动（属降低电压起动）•定子串电抗器起动（属降低电压起动）6、三相笼型转子异步电动机的起动•直接起动：电流大、起动转矩不大。不能在转子绕组中串电阻或电抗。2'rs2'rss'rsXXRRUI，2'rs2ss2smaxXXRRU43Tfp2'rS2s'rXXRRcrSpf60n0•改善起动性能的方法为：（1）降压起动；（2）改变转子结构；（3）变频变压起动；(一）降压起动nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2？•因为：电磁转矩、起动转矩均与电压Us的平方成正比关系减少，而临界转差率与Us无关。•所以：降压起动仅适合空载、轻载起动。222ITstsstsstuuIUTUI（1）星三角降压起动：U1U2V1V2W1W2a)Y联接U1U2V1V2W1W2b)ΔIsyIsΔIΔIy•Y-Δ起动–对正常运行采用Δ接法的电机，在起动时改接成Y接法进行起动，起动完成后还原成Δ接法正常运行。–设Δ接法直接起动时起动线电流为IstΔ起动转矩为TstΔ–改为Y接法时：•优点:UI＝In／3•缺点:Ut＝Tn／33/)(3/3/3/3/3/3/211ststYstststYstststYststYstYstYTIITTIIIIIIIUU（2）三相感应电机变压器降压起动•变压器----自耦变压器降压起动:–设直接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst–使用变压器时降压变比为k–优点：起动定子绕组电源电压可调–缺点：起动转矩相应下降。222''22''st1'1)(kuTkIITTkuIkkIIkIIkUUTststststIstststTstst变压器原边电流电机线电流（3）定子绕组串电阻、串电抗降压起动：•三相感应电机定子串电抗器起动：•起动转矩下降规律不变，功耗比起冷两种方式为大。22'21'21'211ITststtItstuuITZZZZZuZZZUI起动电流（二）改变转子结构•采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起动转矩增大；转差率也增大。•斜槽•深槽•双笼型•集肤效应•集肤效应•集肤效应（三）变频变压起动•通过改变电动机电源的电压和频率，也可以改变电动机的起动性能。•具体的做法是：电压和频率同步下降，由此：气隙磁通没有变化；感应电动势下降了；电阻不变，而漏阻抗下降了，相当于电阻增加；结论：电流下降，转矩下降不多；三、绕线式三相异步电动机的起动方法1、绕线式三相异步电动机的起动方法•绕线式三相异步电动机的起动，前述的方法仍然有效。不过绕线式三相异步电动机的应用往往是在鼠笼式三相异步电动机，受电源容量和最小起动转矩Tmin的限制条件，不能使用的场合来应用。故：绕线式三相异电动机的起动方法，一般只讲转子串电阻起动。•电源容量限制条件taastRRUI])((kVA)3[41kVAIINstIst起动电动机容量电源总容量2、作用：1增大起动转矩；2减小起动电流；3最大电磁转矩转子绕组电阻大小无关；4临界转差率转子绕组电阻成正比；；2'rs2'rss12'rs2'rss'rsXXRRU)XX()SR(RUIS2'2''2sst)()(U2TrsrsrXXRRRfmp2'rs2ss2smaxXXRRU43Tfp2'rS2s'rXXRRcrS3、结论：如果能在转子回路串入附加电阻使临界转差率＝1，则可达到既减小起动电流又获得最大起动转矩的目的。Tn0TsScr0TemScr1Scr2Rr增加，Irs减小，Scr增大，Tem不变'’S10•4、实现方法：1逐级切除附加起动电阻的起动法：UVWU1V1W1M3~KM1R1R2KM3KM2R3KM40n0nshfdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInN1.8～2.0TN1.1～1.21、铭牌计算2、选3、连4、连S4=1（1）起动电阻确定方法的依据：SSTTSSSSSSTTcremNcrcrcremmaxmax22一般：trtrcrRRSRRS:因此转矩一定时：（2）图解法确定起动电阻的方法：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;•所以，对额定转矩，有:4332122111SRSRRRRSRRRSRRSRrNtttrttrtrNr•其中：为每相转子绕组的额定电阻；额定状态时，额定转差率很小。有：NS)1S(I3ESRRRXjSRZI3ES4rNrNNrrNrrNrrfrNrNNrNR(3)图解法确定起动电阻的步骤：•绘出固有机械特性：•取：•电阻切除时，转速不变。据此绘出相应的人工机械特性；•确定的级数m符合要求；•读取时的转差率值(见图)；•据此转差率值，可确定各分级电阻；ZBATTTT)2.1~1.1(85.0maxiS1TT•图示：0n0nshfdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInNS4＝1（4）解析法确定起动电阻的方法：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;•所以，S一定即转速一定时，电磁转矩和转子电阻成反比，有:CStremRR1T＝•依此，有：•可令：2312r121321121rt1rBARRRRRRRRRTTttrtttrtrttrRRRRRRRRRRRRBATT•若起动分为m级，则有：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比，可有：rm22r1RR,,R,RRmrR1mBNNmANNrmmANNrmANm1mmN1mATSTTSTRR,TSTRRTTS1S,STST，2转子绕组串频敏变阻器起动方法•频敏变阻器原理：•一定的工艺，使变阻器的铁磁损耗值，做的比较大；•三相异步电动机的转子频率：•频敏变阻器串入电机的转子回路。fBKpmfeFe11125050*nnnSfSf四、三相异步电动机的调速1、三相异步电动机的调速•方法：1、改变电机极数；2、改变电机转差率；3、改变电源频率。)1(60)1(nn0spfs2、改变转差率调速•调速原理：PcusPFesPemPcur=PfP1PMP0P2转差功率=Pem·s(4-82)输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率P0＝Pfv+Ps=风摩损耗＋杂散损耗（含各谐波损耗）•方法：1）消耗型：将转差功率全部消耗在转子电路中：调压（笼型）、串电阻调速（绕线转子）；2）回馈型：将转差功率大部分回馈电网：串极调速（绕线转子）；3）转差功率不变型：变极调速、变频调速。•笼型电机降压调速：nsn00scr10TTmaxTLUUUNs1s212恒转矩风机•特点：1）电压低调节时，最大转矩下降的比较多；2）临界转差率和电压大小无关；3）方法简单；4）不属于恒转矩性质调速；5）低速下效率低；6）低速下功率因数也比较低；•应用范围：长期高速，短时低速。2maxTSU•绕线转子绕组串电阻：1不同附加电阻下的机械特性n=f(T)；（1）同步点不变，与附加电阻无关；（2）极限点不变，与附加电阻无关；（3）临界转差率，随附加电阻增大而增大。pfn1060XXUf4p3T'rs2smax'rs'n'rcrXXRRS2附加电阻的计算方法：电动机起动分析可知，在同步转速到临界转速的范围内，n=f(T)近似为直线；当：已知时，可求得。故有：时所以当：trRRS,CTnr2NrNRRSRS)RR1(TSSTrnLLNNrLLNNRSTST，，，，nR3负载性质：有电磁转矩为：1）当电压一定时，磁通基本上不变化；2）由于为不变，所以有，；3）保持电流不变化时，转矩不变。所以是恒转矩调速；rrmTemIKTcosSRRSRnrNrrNrcoscos4存在的问题：由于有功电流不变化，所以电源提高的有功功率不变化。调速中，转差功率为：在电阻上增加了消耗。电动机：损耗大、效率低。S)SRI3(SSPPCI,CSR'r2'remf'r'r5串极调速（改进）：在转子串电阻调速中，有：由于：，所以它和总是同相位。串极调速就是在转子电势中，加入一个非电阻产生的电势，使其和转子电势同频率且相位相差180度，则可控制使用。ksjXRrRjXRrEIIErrtrrr)()(.tksRrIE.ksE.rE.•原理其中s’为时的转差率。这时：即有：0ErrcTrksr'rksL|RsEREEsI0Eksrks'EEssnsE'ks•机械特性中的有功分量代入下式。rrmTemcosIKTsjXREEIrrksrfrfksrrrksmTrrrrmTemTTsXRREKXsRsREKT2222)()/(/nsn00scr10TTmaxEEEks=0ks1ks2－Tksn0T0ks•用电压改变来调节速度•用改变转子电阻来调节速度•从