ch10-1异步电动机起动教学课件

第十章 三相异步电动机的 起动和调速 v 1.异步电动机的起动性能(难点)v 2.异步电动机的起动方法(重点)v 3.异步电动机的调速性能及方法5/4/20241第一节 异步电动机的起动性能q 一、起动性能指标及其分析 q 二、改善起动性能的方法5/4/20242一、起动性能指标及其分析 1.描述起动性能的指标(Ist Mst)2.起动要求及危害 3.起动性能分析5/4/202431.起动电流较大的原因据等效电路可求得定子起动电流为：5/4/20244起动电流约为额定电流的47倍。起动时，旋转磁场以较大的相对速度切割转子绕组，在转子绕组上感应有较大的电势，产生较大的转子电流，据磁势平衡方程式，从而定子绕组也有较大电流。5/4/20245转矩物理表达式：转子电流：转子功率因数角：定子电压方程：感应电势表达式：2.起动转矩不大的原因 5/4/20246 起动时因起动电流大，约（47）I1N，漏阻抗压降大，电势E1减小，主磁通m相应减小；起动时功率因数很低，大约0.2左右。故起动转矩不大，约12倍的额定转矩。分析及结论：5/4/20247小结：鼠笼式电机的起动电流较大，达（47）倍额定电流；起动转矩不大，仅为（12）倍额定转矩。故起动性能较差。5/4/20248二、改善起动性能的方法 鼠笼式电机：采用特殊结构的转子，如深槽式、双鼠笼；绕线式电机：转子串接附加电阻。5/4/20249 一、起动方法综述 第二节 鼠笼式电机的起动方法 二、鼠笼式电机的全压起动 三、鼠笼式电机的降压起动（重点）5/4/202410一、异步电机起动方法综述 影响异步电机起动方法的因素：供电系统容量；负载性质；起动频繁程度。负载性质（三种）全压直接起动条件（供电容量及起动频繁程度）5/4/202411负载性质三种：3.起动时仅有很小的阻力转矩，起动过程中负载与转速的平方成正比，如水泵、风机。变阻力矩。2.起动时仅有很小的阻力转矩，起动过程中基本不变，额定转速时加负载，如机床；小阻力矩。1.起动时有较大的阻力转矩，起动过程中负载不变，如起重机；大阻力矩。5/4/202412 电机特性与典型负载曲线5/4/202413 1.使用独立变压器：不频繁起动电机容量小于30%变压器容量；频繁起动电机容量小于20%变压器容量。采用全压直接起动。2.使用共同电源：起动压降U5%Ue，可采用全压直接起动，用开关或接触器把异步电动机直接投入电网。直接起动特点：不需任何起动设备，起动简单。当变压器容量与系统计算容量相差不大，则用降压起动。全压直接起动条件（供电容量及起动频繁程度）5/4/202414二、鼠笼式电机的降压起动(重点)定义：起动时以低于额定电压的电压接至定子绕组，当转速上升至额定转速时，再切换到额定电压运行。注：降压起动主要用于起动时负载转矩不大的场合。1用自耦变压器降压起动 2用Y转换开关降压起动 5/4/2024151.自耦变压器降压起动线路图5/4/202416 当采用变比为Ka1的自耦变压器进行降压起动时：电动机绕组中的起动电流（即自耦变压器次级绕组电流I2st）：起动转矩：初级绕组电流(电网母线)：分析及结论：5/4/2024172.Y起动线路图及其分析5/4/202418分析及结论：小结（方案比较）：自耦变压器：需有专用起动设备,可选方案多,有 3个抽头(1:0.55，1:0.64，1:0.73)即3个变压方案可选；Y：起动设备结构简单（定子需角形接法）,但只有一种方案。5/4/202419 例12-1：一台三相异步电动机，额定功率3kW，额定电压380V，额定电流6.81A，额定转矩30.6Nm，定子绕组Y连接，在额定电压下直接起动时，起动电流为Ist=34.3A；起动转矩Mst=58.5Nm；当用变比Ka=2的自耦变压器降压起动时：（1）求此时起动电流与额定电流的比值，起动转矩与额定转矩的比值？（2）问该机能否用Y转换开关起动？5/4/202420解：（1）在额定电压时起动电流倍数 ；起动转矩倍数 =1.91。当用Ka=2的自耦变压器降压起动时 自耦变压器副方电流：自耦变压器原方电流：（A）（A）5/4/202421降压后起动电流倍数：降压后起动转矩倍数:起动转矩：（Nm）5/4/202422 （2）由题意知，该机正常运行时为Y连接，故不能采用Y转换开关起动。5/4/202423本课总结：q 2.鼠龙式电机的起动方法(降压起动两种方法)q 1.异步电动机的起动性能(指标及其分析)作业：P 180：1225/4/202424第三节 绕线式异步电动机起动 一、转子加起动变阻器起动 二、转子接频敏变阻器起动 5/4/202425转子接频敏变阻器起动5/4/202426异步电动机的调速 由式知：有三种调速方式变极调速变频调速变转送率调速 5/4/202427第一节 变极调速 改变定子的极对数，使同步转速改变，电动机转速改变。改变极对数的方法：改变定子绕组联结法的方法。如图5/4/202428三相绕组两种常用联结方法：Y/YY；D/YY转向：P对极时：A、B、C相位为0，120，240度 2P对极时：A、B、C相位为0，240，480（=120）度所以：应改变相序5/4/202429输出功率（或转矩）在变速前后的关系输出功率为式中 电动机效率；电动机定子相电压；电动机定子相电流；定子输入功率；定子功率因数。5/4/202430忽略定子损耗，PTP1，转矩T为 （11-3）式中p极对数。当YYY时，极对数：2PP，n02 n0 为使调速时电动机得到充分利用，在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比为 （11-4）5/4/202431可见这种变极调速方法是近似恒转矩的，图11-3a。5/4/202432 DYY：极对数：2PP，n02 n0 图11-2b，两种联结法的功率比为（近似恒功率（差13.4%）改变定子极对数，还可以在定子上装上两组独立的绕组，各联结成不同的极对数。如将两种方法配合，则可得更多的调速级数。5/4/202433第二节 变频调速显然，频率可平滑调节,可平滑调节转速。由定子电路的电动势方程式可见，在忽略定子漏阻抗的情况下，得 （11-6）为使在f1变化时 保持不变，则由式（11-6）可见 必5/4/202434 恒转矩恒转矩变频调速时，如果能保持 ，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通 基本不变的要求。恒功率调速时:若满足 ，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。若此时按恒转矩调速满足 的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。图11-4上绘出了变频时异步电动机的机械特性，其中f11f12f13f14f15f16。5/4/202435 变频调速的优点：调速范围大，平滑性较高，变频时Ux按不同规律变化可实现转矩或恒功率调速，低速时特性的静差率较高。变频调速的缺点：专用的变频电源；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。5/4/202436一一.转子电路串联电阻调速转子电路串联电阻调速 如图11-5中，转子电路串联电阻 转子电流I2减小，转矩T减小 电动机减速 转差率增加到s1 I2及T增加到T=TZ 电动机达新平衡状态。第三节 能耗转差调速5/4/202437转子电路串联电阻 时的人为机械特性电阻的数值越大，人为机械特性越软。由于 ，在额定电压时，（11-18）（11-21）所以 （11-22）此方法优点：方法简单，初期投资不高。5/4/202438二二.改变定子电压调速改变定子电压调速三.人为机械特性。人为机械特性。控制电路价格较低。控制电路价格较低。调速范围很小。调速范围很小。对于恒转距调速，如能增对于恒转距调速，如能增加转子电阻，则改变定子加转子电阻，则改变定子电压可得较宽电压可得较宽 的调速范的调速范 围，此时特性太软，其静围，此时特性太软，其静差率常不能满足生产机械差率常不能满足生产机械的要求，而且低压时的过的要求，而且低压时的过载能力较低。载能力较低。5/4/202439二二.改变定子电压调速改变定子电压调速v 如采用图11-9所示的闭环系统：v 负载TZ转矩变化，自动调节电源电压，v 则既能提高低速时的机械特性硬度，又能保证一定的过载能力。5/4/202440缺点缺点：调速时的效率较低，功率因数比转子串联电阻时更低。适用于适用于：高转差笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。变极变压变极变压相结合的调速方法为了改善改变定子电压调速低速运行时的性能，进一步扩大调速范围，在改变定子电压调速方法的基础上，发展成一种变极变极变压变压相结合的调速方法。应用于：单绕组多速笼型异步电动机，为了使减压降速时电流不至太大，转子采用高电阻的导条。当电动机极数一定时，改变定子电压转速也随之改变。5/4/202441 5/4/202442滑差电动机由笼型异步电动机.滑差离合器和控制装置三者构成。滑差离合器又名转差率离合器，基本作用原理基于电磁感应现象。图为一个实心电枢离合器示意图。1电枢，2感应子 三三三三.滑差电机滑差电机滑差电机滑差电机5/4/202443滑差电动机的优点优点：结构简单，维护方便，加工容易，能平滑调速，用闭环系统可扩大笼型异步电动机的调速范围。滑差电动机的缺点缺点：必须增加滑差离合器设备；调速时效率低；在负载转矩 时，可能失控。5/4/202448 四四.串级调速串级调速（一）串极调速的一般原理 中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串极联接以实现平滑调速，称为串级调速。5/4/2024491.与 同相（相位差 ）当 未引入时，转子电2.流 为 （11-37）当 引入时，转子电流为 （11-38）2 与 反相（相位差 ）未引入时，变为 （11-39）5/4/202450 在图11-18a中绘出 没有引入时异步电动机的向量图。在图11-18b中绘出 越前 时异步电动机的向量图。5/4/202451 对于图11-19所示 越前 某一角度 的一般情况，方法是把 分解为两分量。5/4/202452（二）串联调速的机械特性 经推导，异步电动机的机械特性实用表达式为 （11-43）时异步电动机机械特性实用表达式 1 转矩 （11-44）5/4/2024532 转矩 （11-45）在图11-20中，a与b表示串级调速的两个转矩分量T1与T2的关系曲线。5/4/202454在图11-20c中，特性与纵轴的交点为理想空载转速 （11-48）所以得 （11-49）当 与 方向相同时，则 当 与 方向反相时，则 5/4/202455谢谢！