第五章三相感应电动机的电力拖动3-4

§5-3三相感应电动机的制动三相异步电动机的电动状态：电磁转矩T与转速n同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外，转变为机械功率送至负载；三相异步电动机的制动状态：T与n方向相反；制动状态方式：•反接制动；•回馈制动；•能耗制动；重物下放的例子：•TZ与转速n方向一致。•稳态时，电磁转矩T＝TZ，方向与n相反。从机械特性分析：A点（电动状态）n0,T0B点（制动状态）n0,T0足够大的电阻ABTS一、反接制动:1.转向反向的反接制动（正接反转）5－3三相感应电动机的制动转向反向的反接制动（适用于将重物低速下放）1s0)1(MPsP0)(2221MsRrImP电磁功率与轴上输入功率全部消耗在转子回路的电阻上。PPPPPMMCu22、定子两相对调的反接制动一、反接制动在反接制动过程中，转子感应电动势比起动时大，故需在转子回路串接电阻。ssssTTmmm2ssTTmm21111nnnnnnsssssTTmmm2mmsrRs)1(2转子回路串电阻的人为机械特性()一、反接制动NNSESEE222两种反接制动，均有S1,机械功率为输入。区别：前者由负载提供机械功率后者由整个转动部分提供储能。二、异步机的回馈制动把转轴上输入的机械功率，经异步机转化为电功率送到电网。轴上外施驱动转矩，电机以同步方向旋转020221211118090),(tan,0,RSXn-nnSnn能量流向：1111122121cos00(1)0ememememPmUIRPmISPSPPSPQT与n方向相反，处于制动状态回馈制动的实现（1）同步转向反向的回馈制动（反接正转）定子两相对调后，位能性负载最后稳定于第四象限，重物以高于同步速的速度下放。（2）同步转向不变的回馈制动电车下坡；变极或变频调速过程；二、回馈制动1、转向反向的回馈制动ssssTTmmm2ssTTmm2机械特性：2、转向不变的回馈制动二、回馈制动电车下坡时回馈制动的机械特性ssssTTmmm2思考题：1三相异步电动机运行于反向回馈制动状态时，是否可以把电动机定子出线端从接在电源上改变为接在负载（用电器如电灯）上？为什么？答：不能。还需从电源吸收无功功率建立磁场。2三相异步电动机拖动反抗性恒转矩负载运行，若TZ较小，采用反接制动停车时应注意什么问题？答：当接近n＝0采用抱闸等停车措施。3一台八极绕线式三相异步电动机起重机的主钩，提升额定负载。现要以相同的速度把负载下放，可采用的方法：A降低电机电源电压；B切断交流电源，在定子绕组输入直流电；C对调定子绕组任意两出线端；D转子绕组中串入三相对称电阻D练习题：某绕线式异步电动机铭牌参数如下：PN＝75kW，U1N＝380V，I1N＝144A，E2N＝399V，I2N＝116A，nN＝1460r/min,M=2.8。（1）当负载转矩TZ＝0.8TN，要求转速nB＝500r/min时，转子每相串入多大电阻？（2）电动机在n＝nN的电动状态，采用定子两相对调的反接制动，如要求开始的制动转矩等于1.5TN，则转子每相应串接多大电阻？（3）如该电动机带位能负载，负载转矩TZ＝0.8TN，要求稳定下放转速n=-300r/min，求转子每相的串接电阻。实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上——能耗制动。三、能耗制动恒定磁场的产生CAIpkNFF1112330cos2nTemA0n1C1B23对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。.101s，n所以能耗制动时由于制动电阻大小：22202043NBNER(.~.)RI三、能耗制动能耗制动的机械特性1等效三相交流电流1I1nnvn:能耗制动时转子的转速n1:正向电动时磁场同步转速11vnnn能耗制动时假想的旋转磁场的同步转速等效的交流电源的频率1116060vfpvnnpf三、能耗制动FF1CIpkNIpkN111112322423CII3212能耗制动时的机械特性222212)()/(xxvrxIImm三、能耗制动12221122211rImsrImT222222111)()(/)(xxvrvrxImmm能耗制动时机械特性的参数表达式22xxrvmm)(2)(22111xxxImTmmmT转子回路串电阻22rRrvvmm三、能耗制动vvvvTTmmmT2实用表达式当时直线表达式mvv0vvTTmmT2思考题：三相笼型异步电动机能耗制动时，若定子接线方式不同而通入的直流电流相同，电动机的制动转矩开始瞬间一样大小吗？不同，只有等效交流电流相同，其制动转矩开始瞬间一样。5.4三相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式116011fnn(s)(s)p可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。p（2）改变电源频率调速。1f（3）改变转差率调速。s5.4.1变极调速一、变极原理变极调速只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：二、三种常用变极接线方式Y→反并YY，2p-pY→反串Y，2p-p∆→YY，2p-p注意：当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序三、变极调速时容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。1.Y-YY联结方式Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为2YYYnnNI2YYYYYYPPTT可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。2.∆-YY联结方式∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为2YYnnNI115058YYYYP.PT.T可见，∆-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。同理可以分析，正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率调速。四、变极调速时的机械特性1.Y-YY联结方式22mYYmYmYYmYstYYstYssTTTT2.△-YY联结方式2323mYYmmYYmstYYstssTTTT变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,有级调速，适合于不需平滑调速的场合;但具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载.5.4.2变频调速一、电压随频率调节的规律当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，11011111122111211214444444wwmTNNNEU.fNk.fNkTmpUUcTf(XX)TfT频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式成立：221111221111NNNNUUUfTfTfTUfT及1、恒转矩变频率调速此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。常数1111ffUU对恒转矩负载2、恒功率变频率调速此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。对恒功率负载1195509550ffnnTTnTnTPNNNNNNNNN常数常数1111fUfU得二、频率调速时电动机的机械特性变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示21121218mmpUT()(LL)f最大转矩212122121118stmpRUT()(LL)ff起动转矩21211121260302mRfRnsnf(LL)pp(LL)临界点转速降在基频以下调速时,保持,即恒转矩调速。常数11/fU在基频以上调速时,电压只能，迫使主磁通与频率成反比降低，近似为恒功率调速。11NUU感应电动机的变频调速特点：1机械特性较硬，调速范围广，可适应不同负载要求。2调速平滑性好。3电压下调，且保持u/f＝常数时，Tm＝常数，nm＝常数，即不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。5.4.3变转差率调速一、绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。21emsemsTR()RsT设、、是转子串联电阻前的量，、、是串联电阻后的量，则转子串接的电阻为：mssemTmssemTsR二、绕线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势同步频率的附加电动势。sE2adEadE通过改变的幅值和相位，也可实现调速，这就是串级调速。改变电动机的电压时，机械特性为三、调压调速调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。练习题一台绕线式三相异步电动机，其额定数据为：PN＝75Kw，nN＝720r/min，UN＝380V，IN＝148A，M＝2.4，E2N＝213V，I2N＝220A。拖动恒转矩负载TZ＝0.85TN时，欲使电动机运行于n＝540r/min。（1）若采用转子回路串电阻，求每相电阻值。（2）若采用降压调速，求电源电压。（3）若采用变频调速，保持U/f＝常数，求频率与电压。习题课补充习题电源转速（r/min）转差率n1（r/min）运行状态极数P1Pm正序14501500＋＋正序11506正序1.8750500反接制动过程10负序0.05500-0.05反向回馈制动4答案电源转速（r/min）转差率n1（r/min）运行状态极数P1Pm正序14500.0331500正向电动4＋＋正序1150-0.151000正向回馈制动6－－正序-6001.8750转向反向的反接制动8＋+负序5001.83600反接制动过程10＋+负序-4750.05500反向电动12＋＋负序－1575-0.051500反向回馈制动4－－一台绕线式三相异步电动机，定子接，其额定数据为：PN＝40Kw，nN＝1470r/min，U1N＝380V，IN＝148A，M＝2.6，r2＝0.08，fN=50Hz。（1）若转子回路每相串入R＝0.52,当TZ＝TN时，电机转速为多少？（2）若TZ＝TN为位能性负载，要使该机进入反接制动状态，则转子每相至少要串入多少电阻？（3）若对该机采用调压调速，当TZ＝TN时，能否将转速降至1300r/min？若能，则线电压应降为多少？若不能，为什么？（4）若采用变频调速，使负载TZ＝0.8TN时转速为n＝1300r/min，且保持U/f＝常数，求此时频率应降为多少？变频器的输出线电压为多少？（1）1275r/min（2）3.92（3）不能，s0.13Sm,不能稳定运行（4）44.13Hz,335.4V