三相异步电动机的运行.pptx

机床电气系统装调与维修,王民权 刘萍 梅晓妍,宁波职业技术学院,模块1：变压器与电动机,1-1 变压器的工作原理 1-2 变压器的计算与选择 1-3 三相异步电动机的工作原理 1-4 三相异步电动机的运行,王民权 宁波职业技术学院 教授,1-4 三相异步电动机的运行,学习内容 1-4-1 三相异步电动机的机械特性 1-4-2 三相异步电动机的起动 1-4-3 三相异步电动机的调速 1-4-4 三相异步电动机的制动,学习目标 了解三相异步电动机的机械特性 熟悉三相异步电动机的起动方法 了解三相异步电动机的调速方法 熟悉三相异步电动机的制动方法,1-4-1 三相异步电动机的机械特性,电动机的电磁转矩,转矩常数,主磁通,转子电流,转子功率因数,电动机的机械特性是分析电动机起动、运行、调速的基础。,定子线圈结构系数,转子线圈结构系数,2. 电动机的机械特性,最大转矩,启动转矩,额定转矩,机械特性：电动机转速与输出转矩之间的关系曲线。,D：额定工作点，对应的是额定转矩-额定转速。,AB：稳定运行段。随着负载转矩的增加，电动机转速略有下降；,BC：启动运行段，处于不稳定的过渡状态。,电动机若要带负载起动，起动转矩Tst 必须大于转轴上的负载转矩TL。,3. 关键参数分析-1, 额定转矩TN：电动机在额定电压下，驱动额定负载，输出额定功率(kW)时的电磁转矩(Nm)。, 最大转矩Tm ：电动机输出的最大转矩,如果负载转矩大于最大电磁转矩，即T LTm 电动机停转(闷车)电动机电流过大绕组烧毁,过载系数,3. 关键参数分析-2, 起动转矩Tst：异步电动机接通电源尚未转动时的转矩,此时转速n=0， s=1,起动转矩倍数,学与练,【例1-4-1】一台三相异步电动机额定功率30KW，Tst/TN=1.7，额定电压380V，形联结。为减小启动电流，该电机采用降压启动。启动电压为额定电压的65%。试问当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，该电动机能否起动？,【解】通过本例了解电机的启动转矩与启动电压的关系,Tst=1.7TN,Tst=0.652Tst= 0.652 1.7TN0.7 TN, Tst0.7 TN0.8TN,带80%额定负载不能起动, Tst=0.7 TN0.5TN,带50%额定负载能起动,当启动电压为0.65UN时，起动转矩为：,启动转矩与额定转矩的关系为：,1-4-2 三相异步电动机的起动,起动：电动机从转子开始转动到稳定运转的过程。在起动瞬间，n=0，s=1 ， 转子感应电势E2最大， Ist最大。,电机启动的特点： 起动转矩大，能够带负载甚至重载启动 起动电流大，引起电动机本身发热 使得母线电压降低 ，影响同一母线其他设备正常运行,续,根据电动机起动的特点和运行要求，电动机有以下几种起动形式： 全压起动 降压起动 定子绕组串电阻起动 Y-降压起动 自耦变压器降压起动 *转子串电阻起动（绕线式异步电动机）,1. 全压起动,优点 设备简单，操作方便，启动时间短。,缺点 启动电流较大，线路电压下降，影响负载正常工作。,适用范围 容量10kW以下的电动机,全压起动是将电动机直接接到额定电压上进行起动，又叫直接起动。,M 3,2. 降压起动-1,降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。, 定子绕组串电阻起动,2. 降压起动-2,降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。,M 3, 定子绕组串电阻降压起动,2. 降压起动-3,优点 设备简单，操作方便，可有效降低起动电流。 缺点 起动过程消耗能量，起动转矩变小，可空载或轻载起动。 适用范围 大容量、不宜重载起动的电动机,降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。,M 3, 定子绕组串电阻降压起动, Y-降压起动运行-1,Y-起动运行是指电动机Y形接线起动，形接线运行的一种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。,电路原理图,接线盒, Y-降压起动运行-2,Y-起动运行是指电动机Y形接线起动，形接线运行的一种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。,Y形起动, Y-降压起动运行-3,Y-起动运行是指电动机Y形接线起动，形接线运行的一种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。,S,U1,V1,W1,U2,V2,W2,形运行,优点 设备简单 操作方便 起动电流：IYst=Ist1/3 缺点 起动转矩：TYst=Tst1/3 可空载或轻载起动 适用范围 仅适合正常运行接法 不宜重载起动的电动机,学与练,【例1-4-2】某三相异步电动机定子绕组采用接法，电源电压 380V，IN=20A，Ist/IN=7，Tst/TN=2，试进行以下计算： 接法时的起动电流Ist Y接法时的起动电流IYst 若负载转矩为额定转矩的80%，可否采用Y-起动电动机,【解】通过本例熟悉Y-降压起动电路参数的计算, 接法时的起动电流, Y接法时的起动电流,Ist=7 IN =720=140A,IYst= Ist1/347A, 负载转矩为额定转矩的80%,TYst= Tst1/3=21/3TN=0.67TN0.8TN,-不能采用Y-方式起动运行, 自耦变压器降压起动-1,自耦变压器降压起动是一种把电动机接在自耦降压器副边，可根据电机性质调整起动电压的起动方式。,电路原理, 自耦变压器降压起动-2,自耦变压器降压起动是一种把电动机接在自耦降压器副边，可根据电机性质调整起动电压的起动方式。,设自耦变压器的U2/U1=n，则 起动电流：Ist=n2Ist 起动转矩：Tst=n2Tst,优点 起动电压、电流可调 适合Y接和接的电动机 缺点 需要专用设备 适用范围 容量大、正常运行不宜重载起动的电动机,学与练,【例1-4-3】一台三相笼型异步电动机 ，铭牌数据如下。,试求以下参数： （1）若电源电压为380V，电机应采取何种方式接线？ （2）若电源电压为220V，电机应采取何种方式接线？此时把电机接在自耦降压器二次侧进行降压启动，二次侧有80%、70%、60%三个电压抽头。此时若负载转矩为额定转矩的80%，为减小启动电流，选择哪个电压抽头进行启动最合适？此时的启动转矩、启动电流各为多少？,【解】通过本例学习自耦变压器降压起动电路参数的计算,若电源电压为380V，电机应采取Y型接线，满足电机正常运行。,续,【例1-4-3】一台三相笼型异步电动机 ，铭牌数据如下。,若电源电压为220V，为满足电机正常运行，电机应采取型接线。此时电机接在自耦变压器的二次侧，二次侧的三个抽头对应的启动转矩分别为：,Tst=0.82 2TN =1.28TN,Tst=0.72 2TN =0.98TN,Tst=0.62 2TN =0.72TN,通过与负载转矩0.8TN对比，二次侧为0.7的电压抽头最合适。,此时的启动转矩和启动电流分别为：,Tst=0.72 2TN =0.98 9550 20/970=193N.m,Ist=0.72 7IN =0.49 7 68.3=234.3A,IN= PN/(N cos N 1.732 220)=68.3A,3. *转子绕组串电阻起动,转子串电阻是绕线式异步电动机独有的起动方式。,优点： 起动电流小，起动转矩大 起动和调速性能都优于鼠笼式异步机 缺点 结构复杂，维修不易、造价较高。,起动电流,起动转矩,1-4-3 三相异步电动机的调速,为满足生产需要，电机需要在负载不变时，通过改变电机参数实现电机速度的调整。异步电动机转速公式如下：,1. 改变极对数,2. 改变转差率,3. 改变电源频率, 改变极对数调速,优点： 方法简单，仅需简单设备即可实现 缺点 不能连续调速,1对磁极,2对磁极,多对磁极, 改变转差率调速-1,电磁转矩T与转子电阻R2和转差率s的关系为：, 改变转差率调速-2,电磁转矩T与转子电阻R2和转差率s的关系为：,当转矩相同时，随着转子电阻的增加，转速与转差率的关系如下图所示。, 改变转差率调速-3,电磁转矩T与转子电阻R2和转差率s的关系为：,当转矩相同时，随着转子电阻的增加，转速与转差率的关系如下图所示。, 改变转差率调速-4,优点： 可连续、平滑调速 缺点 需要专用设备，转子消耗能量, 改变电源频率调速,定子旋转磁场与电源频率的关系为：,实现过程,交流,优点： 可连续、平滑调速 缺点 需要较昂贵的专用设备，造价、运行费用高,50Hz交流电源,1-4-4 三相异步电动机的制动-1,电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动(*)。,1.能耗制动,1-4-4 三相异步电动机的制动-2,1.能耗制动,正常运行,S,U,V,W,电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动(*)。,1-4-4 三相异步电动机的制动-3,1.能耗制动,+,-,能耗制动,S,U,V,W,当交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，产生恒定不变的磁场，这个磁场对任意转向的电机转子均有制动作用。,优点： 电动机可迅速停止 缺点 需要专用设备，定子线圈消耗能量,电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动(*)。,2. 反接制动-1,反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。,2. 反接制动-2,反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。,反接制动,U,V,W,优点： 受到反向作用力，可使电动机迅速停止 不需专用设备，造价低。 缺点 反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。,2. 反接制动-3,反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。,反接制动,R,U,V,W,优点： 受到反向作用力，可使电动机迅速停止 不需专用设备，造价低。 缺点 反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。,措施 为限值制动电流，制动时一般要在主回路中串入电阻，防止电机绕组过热。,小结, 电动机的电磁转矩, 电动机的机械特性, 电动机的起动转矩,续, 电动机的起动 全压起动 降压起动 定子绕组串电阻、Y-起动运行、自耦变压器降压起动 转子绕组串电阻启动, 电动机的调速 变频调速 变极对数调速 变转差率调速, 电动机的制动 能耗制动、反接制动、*回馈制动,