第4章异步电机的电力拖动

,*,*,*,4.1,三相异步电动机的机械特性,4.2,电力拖动系统的稳定运行,4.3,三相异步电动机的起动,4.4,三相异步电动机的调速,4.5,三相异步电动机的制动,第,4,章 异步电机的电力拖动,4.1,三相异步电动机的机械特性,4.2,电力拖动系统的稳定运行,4.3,三相异步电动机的起动,4.4,三相异步电动机的调速,4.5,三相异步电动机的制动,4.1,三相异步电动机的机械特性,一、电磁转矩公式,1.,电磁转矩的物理公式,T,=,C,T,m,I,2,cos,2,2.,电磁转矩的参数公式,T,=,K,T,s,p,R,2,U,1,2,f,1,R,2,2,(,sX,2,),2,3.,电磁转矩的实用公式,最大（临界）转矩,T,M,=,K,T,p,U,1,2,2,f,1,X,2,临界转差率,R,2,X,2,s,M,=,额定电磁转矩,最大转矩倍数,T,M,T,N,MT,=,4.1,三相异步电动机的机械特性,指,电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的,T,与,s(n,),之间的关系曲线。,s,n,0,n,N,s,N,n,m,s,M,1,0,T,N,T,s,T,M,T,几个工作状态：,S,M,N,D,1.,堵转状态,S:,2.,临界状态,M:,3.,额定状态,N:,二、固有特性,(),4.1,三相异步电动机的机械特性,【,例,4.1.2,】,一台,Y225M,2,型三相异步电,动机，若,T,L,=200,Nm,，试问能否带此负载：,(1),长期,运行；,(2),短时,运行；,(3),直接起动（设,I,s,在允许范围内）,。,解：,查电工手册得知该电机的,P,N,=45 kW,，,n,N,=2 970 r/min,，,MT,=2.2,，,ST,=2.0,。,4.1,三相异步电动机的机械特性,U,1,U,1,三、人为特性,1.,降低定子电压时的人为特性,s,M,T,s,O,U,1,U,1,U,1,U,1,s,M,n,T,O,U,1,U,1,S,M,与,U,1,无关,T,正比于,U,1,2,4.1,三相异步电动机的机械特性,T,M,=,K,T,p,U,1,2,2,f,1,X,2,R,2,X,2,s,M,=,2.,增加转子电阻时的人为特性,s,M,正比于,R,2,，,T,M,与,R,2,无关。,T,M,T,s,O,R,2,R,2,R,2,R,2,n,T,O,T,M,R,2,R,2,R,2,R,2,4.1,三相异步电动机的机械特性,R,2,=,X,2,T,s,O,T,M,s,M,1,s,M,=1,s,M,1,R,2,X,2,R,2,X,2,R,2,增加后，,T,ST,大小则与,R,2,和,X,2,的相对大小有关。,4.1,三相异步电动机的机械特性,3.,改变定子频率时的人为特性,(1),f,1,f,N,E,1,4.44,f,1,k,w,1,N,1,m,=,U,1,4.44,f,1,k,w,1,N,1,为保持,m,=,常数,=,常数,U,1,f,1,因为,n,0,f,1,s,M,1,f,1,所以,n,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,（不变）,T,M,=,K,T,p,U,1,2,2,f,1,X,2,R,2,X,2,s,M,=,(),因为,T,M,U,1,f,1,2,所以,T,M,不变。,4.1,三相异步电动机的机械特性,f,1,f,N,n,0,f,1,n,0,T,n,O,f,N,T,M,(2),f,1,f,N,，,U,1,=,U,N,（不变）,调频时：,f,1,m,因为,n,0,f,1,，,s,M,1,f,1,所以,n,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,(,不变,),T,M,1,f,1,2,而且：,f,1,f,N,n,0,f,1,n,0,T,n,O,f,N,4.1,三相异步电动机的机械特性,4.2,电力拖动系统的稳定运行,一、负载的机械特性,即，,n,=,f,(,T,L,),O,T,L,n,+T,L,T,L,1.,恒转矩负载特性,(1),反抗性恒转矩负载,(2),位能性恒转矩负载,O,T,L,n,O,T,L,n,2.,恒功率负载特性,4.2,电力拖动系统的稳定运行,3.,通风机负载特性,O,T,L,n,二、稳定运行条件,电动机的机械特性与负载的机械特性有交点，且在交点处满足：,4.2,电力拖动系统的稳定运行,d,T,d,n,d,T,L,d,n,n,0,T,n,O,a,b,T,L,稳定运行点,不稳定,运行点,4.3,三相异步电动机的起动,一、电动机的起动指标,1.,起动转矩足够大,2.,起动电流不超过允许范围。,二、笼型异步电动机的,直接起动,操作方法：,将电动机的定子绕组直接加上额定电压的起动。,起动特点：,电流过大，而转矩不大。,适用范围：,小容量的电动机（,P,N,7.5kW,）,动画,1.,定子串接电阻或电抗减压起动,方法：,起动时，电抗或电阻接入定子电,路；起动后，切除之。,缺点：,串电阻，能耗较大：串电抗，降低,起动时的功率因数。,用途：,很少用。,优点：,投资少，接线简单。,动画,三、笼型异步电动机的减压起动,4.3,三相异步电动机的起动,2.,星形,-,三角形减压起动,方法：,起动时，定子绕组接成,Y,形，运行时，定子绕组则接成形,特点：,起动电流、电源电流和起动转矩都只有直接起动的,1/3,。,优点：,操作方便，起动设备简单，应用比较广泛。,缺点：,只适用于正常运行时的定子绕组接成三角形的电机。,动画,4.3,三相异步电动机的起动,3.,自耦变压器减压起动,方法：起,动时自耦变压器高压线圈接电源，低,压线圈 接电动机，起动后切除之。,特点：,线路电流和起动转矩都降 倍。,用途：,适用于中小型的电动机，应用较,为广泛。,动画,4.3,三相异步电动机的起动,四、,绕线型异步电动机,转子电路串联电阻起动,4.3,三相异步电动机的起动,转子串合适电阻，,既可增大起动转矩，,又可降低起动电流。,R,ST1,R,ST2,3,M,3,Q,1,Q,2,Q,2.,有级起动,4.3,三相异步电动机的起动,1.,无级起动,3,Q,定子,电,刷,滑环,起动变阻器,转子,一、电动机的调速指标,1.,调速范围,2.,调速方向,3.,调速的平滑性,平滑系数,4.,调速的稳定性,静差率,D,=,n,max,n,min,=,n,i,n,i,1,=100%,n,0,n,n,0,T,n,O,n,01,n,02,n,N,n,N,4.4,三相异步电动机的调速,4.4,三相异步电动机的调速,1.,改变磁极对数,p,2.,改变转差率,s,3.,改变电源频率,f,1,(,变频调速,),调速方法：,n,=(1,s,),n,0,=(1,s,),60,f,1,p,有级调速。,无级调速。,1.,从基频向下变频调速,减少频率的同时，必须减少电源电压！,恒磁通控制方式,(1),保持 为常数,4.4,三相异步电动机的调速,恒转矩调速,二、笼型异步电动机的变频调速,(2),保持 为常数,4.4,三相异步电动机的调速,近似恒磁通控制方式,恒转矩调速,2.,从基频向上变频调速,4.4,三相异步电动机的调速,减弱磁通控制方式,恒功率调速,P,2,=,T,2,T,T n,=,常数,4.4,三相异步电动机的调速,变频调速系统：,给定信号,控制器,变频器,M,3,异步电动机变频调速系统,变频器,4.4,三相异步电动机的调速,优点：,(1),一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。,(2),变速驱动，输出功率范围宽（如从,120 W7.5 kW,）。,(3),在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。,(4),高起动转矩。,电机变频器一体化产品,4.4,三相异步电动机的调速,三、笼型电动机的变极调速,通常用,改变定子绕组的接法,来改变极对数。,优点：简,单可靠、成本低。,缺点：,有级调速,，不能实现均匀平滑的无级调速，且能实现的速度档也不可能太多。,4.4,三相异步电动机的调速,n,0,T,n,O,n,M,U,N,T,L,四、笼型异步电动机的变压调速,调速方向,U,1,(,U,N,),n,U,1,4.4,三相异步电动机的调速,n,0,T,n,O,T,M,R,2,R,2,+,R,r,五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速,T,L,M,3,3,R,r,KM,1.,向下调；,2.,硬度变软。,4.4,三相异步电动机的调速,4.5,三相异步电动机的制动,M,3,3,Q,1,一、能耗制动,1.,制动原理,制动前,M,为电动状态。,制动时,定子,:,U,I,1,转子,:,n,E,2,I,2,M,为制动状态。,n,U,Q,2,R,b,I,1,F,F,T,T,2.,能耗制动时的机械特性,O,n,T,特点：,(1),曲线在第二、四象限。,(2),曲线过原点。,(3),制动电流增大时，,制动转矩也增大；,产生最大转矩的转速不变。,I,1,I,1,4.5,三相异步电动机的制动,3.,能耗制动过程,迅速停车,T,L,O,n,T,1,2,(1),制动原理,原点,O,a,点,b,点,惯性,a,b,(,T,0),n,制动结束。,(2),制动效果,R,b,制动快。,(3),制动时的功率,动能,P,2,转子电路的电能,P,Cu2,消耗掉。,4.5,三相异步电动机的制动,4.,能耗制动运行,下放重物,T,L,O,n,T,1,2,a,a,点,b,点,惯性,(,T,0),b,n,原点,O,(,n,=0,，,T,=0),在,T,L,作用下,n,反向增加,c,c,点,(,T,=,T,L,),制动运行状态,以速度,n,c,稳定下放重物。,4.5,三相异步电动机的制动,二、反接制动,1.,定子反向的反接制动,迅速停车,3,M,3,3,M,3,R,b,制动前的电路,制动时的电路,(1),制动原理,4.5,三相异步电动机的制动,T,L,T,L,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变，,n,0,变向。,O,n,T,1,n,0,2,n,0,b,s,1(,第二象限,),。,同时,：,E,2s,、,I,2,反向，,T,反向。,a,c,a,点,b,点,(,T,0,，制动开始,),惯性,n,c,点,(,n,=0,，,T,0),，,制动结束。,到,c,点时，若未切断电源，,M,将可能反向起动。,d,4.5,三相异步电动机的制动,取决于,R,b,的大小。,(2),制动效果,a,O,n,T,1,n,0,2,n,0,b,c,(3),制动时的功率,三相电能,电磁功率,P,e,转子,机械功率,P,m,定子,转子电阻消耗掉,4.5,三相异步电动机的制动,2.,转子反向的反接制动,下放重物,O,n,T,1,n,0,2,b,c,T,L,a,d,(1),制动原理,定子相序不变，转子,电路串联对称电阻,R,b,。,制动运,行状态,(2),制动效果,改变,R,b,的大小，,改变特性,2,的斜率，,改变,n,d,。,3,e,低速提,升重物,4.5,三相异步电动机的制动,(3),制动时的功率,第四象限,：,电功率与机械功率均,消耗在转子电路中。,T,n,O,f,1,f,1,f,1,f,1,三、回馈制动,特点：,|,n,|,|,n,0,|,，,s,0,。,电机处于发电机状态。,1.,调速过程中的回馈制动,T,L,a,b,c,d,?,4.5,三相异步电动机的制动,2.,重物时的回馈制动,G,R,b,T,3,M,3,T,n,T,L,n,O,n,T,T,L,n,0,n,0,b,a,c,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,4.5,三相异步电动机的制动,制动效果,R,b,下放速度,。,为了避免危险的高速，,一般不串联,R,b,。,O,n,T,T,L,n,0,n,0,4.5,三相异步电动机的制动,机械能转换成电能,(,减去转子铜损耗等,),。,制动时的功率,第四象限,：,