[教育]異步電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)

1、目 錄,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1.1 直接起動(dòng)1.2 鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)1.3 深槽式和雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)1.４ 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)2.1 反接制動(dòng)2.2 能耗制動(dòng)3 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,1.1 直接起動(dòng),這種起動(dòng)方法就是把異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上進(jìn)行起動(dòng)。直接起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：是設(shè)備簡單，操作方便；缺點(diǎn)：是起動(dòng)電流大，必須有足夠大的電源?！　【碗妱?dòng)

2、機(jī)本身而言，籠型異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)均允件在額定電壓下直接運(yùn)動(dòng)，是否采用此法起動(dòng)，取決于電源容量的大小。若電網(wǎng)容量足夠大，起動(dòng)電流不致引起顯著的電壓降落，應(yīng)優(yōu)先采用直接起動(dòng)，因?yàn)樗唵味移饎?dòng)快；若電源容量不夠大，引起電壓降落超過15％，則應(yīng)設(shè)法限制起動(dòng)電流，采用降壓起動(dòng)。,若引起電壓降落超過15％，則可能導(dǎo)致其它電動(dòng)機(jī)停機(jī)?！　∫话汶妱?dòng)機(jī)的過載能力km>1.6，若電壓降為額定電壓的85％，則電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩為Temmax=0

3、.852×1.6TN=1.156 TN若再降低電壓，則可導(dǎo)致停機(jī)。,為什么電壓降落超過15％…….？？,1.2 降壓起動(dòng),降壓起動(dòng)就是用降低電機(jī)端電壓的方法來限制起動(dòng)電流，起動(dòng)時(shí)電壓小于額定電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動(dòng)機(jī)承受額定電壓。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之減小。所以，這種起動(dòng)方法只適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。,常用的降壓起動(dòng)方法定子回路串電抗器起動(dòng) 自耦變壓器

4、起動(dòng)星形-三角形換接起動(dòng),,1. 定子串接電抗器起動(dòng),起動(dòng)后，切除電抗器，進(jìn)入正常運(yùn)行。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ｋ1,運(yùn)行,起動(dòng),三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗器起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)電抗器接入定子電路；,電抗器咱在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)起到了分壓的作用。,三相電源,由于起動(dòng)電流正比于定子的端電壓，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方，如果起動(dòng)時(shí)電機(jī)

5、端電壓降到額定電壓的1／K倍，則起動(dòng)電流降到額定電壓時(shí)起動(dòng)電流的l／K倍，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到原來的1／K2倍:,,式中：K為電動(dòng)機(jī)端電壓之比，且K=UN/U>1。 IstN為額定電壓下直接起動(dòng)的起動(dòng)電流 TstN為額定電壓下直接起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩　　因此，該起動(dòng)方法只能用于容量小于20kW電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)。,2.自耦變壓器降壓起動(dòng),,自耦變壓器的變比為kA,,直接起動(dòng)時(shí)，電機(jī)的端電壓為

6、UN，起動(dòng)電流IstN，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TstN,自耦變壓器減壓起動(dòng)時(shí)，電機(jī)端電壓為U′=UN / kA,電機(jī)側(cè)起動(dòng)電流,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,電源側(cè)起動(dòng)電流,實(shí)際上起動(dòng)用的自耦變壓器，備有幾個(gè)抽頭供選用。例如QJ 2型有三種抽頭，分別為55%（即1/kA=55%）、64%、75%（出廠時(shí)接在73%抽頭上）；QJ 3型也有三種抽頭，分別為40％、 60%、80%（出廠時(shí)接在 60％抽頭上）等。這也是我們前面所講的優(yōu)點(diǎn)，但是，自耦變壓器體積大，價(jià)格高，也不能

7、帶重負(fù)載起動(dòng)。自耦變壓器降壓起動(dòng)在較大容量鼠籠異步電動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。,3.星—三角起動(dòng),,在這里主要是利用了星—三角電壓之間的關(guān)系，在星接中線電壓是相電壓的 倍，注意這種方法只適用于繞組在起動(dòng)的時(shí)候是星接，而運(yùn)行的時(shí)候是三角接。,直接起動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于繞組的連接為三角形連接，電機(jī)的端電壓為UN，起動(dòng)電流IstN（ Ist? ），起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TstN(Tst? ),Ist?,每相的相電流為：,當(dāng)繞組的連接為Y連接，電機(jī)的端電壓為UN /

8、 ，起動(dòng)電流IstY，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TstY，有,Y一?起動(dòng)時(shí)，盡管相電壓和相電流與直接起動(dòng)時(shí)相比降低到原來的1／ ， 但是對(duì)供電變壓器造成沖擊的起動(dòng)電流則降低到直接起動(dòng)時(shí)的1／3。,,,到目前為止，前面所介紹的幾種鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法，主要目的都是減小起動(dòng)電流，但同時(shí)又都程度不同地降低了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此只適合空載或輕載起動(dòng)。對(duì)于重載起動(dòng)，尤其要求起動(dòng)過程很快的情況下，則需要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的異步電動(dòng)機(jī)?！　〖哟笃饎?dòng)轉(zhuǎn)矩的

9、方法是增大轉(zhuǎn)子電阻。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，則可在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串電阻。對(duì)于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，只有設(shè)法加大鼠籠本身的電阻值，這類電動(dòng)機(jī)有雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和深槽式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。,1.3　深槽式和雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng),籠型異步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子頻率的差別，從改變轉(zhuǎn)子槽形入手，利用轉(zhuǎn)子電流分配不均勻的集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)）原理，在起動(dòng)過程自動(dòng)改變轉(zhuǎn)子電阻，從而改善了籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。,1. 深槽式異步電動(dòng)機(jī),深槽式異步電動(dòng)機(jī)也是一種

10、單籠電機(jī)，定子與普通鼠籠電動(dòng)機(jī)一樣，但轉(zhuǎn)子槽形窄而深，一般槽深與槽寬之比為10－20以增強(qiáng)集膚效應(yīng)。,目前的中小型異步電動(dòng)機(jī)，為增大電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，常采用深槽式。,2.雙籠型異步電動(dòng)機(jī),上籠,黃銅或青銅制成,電阻率ρ大,截面小,電阻R2大,下籠,紫銅制成,電阻率ρ小,截面大,電阻R2小,漏磁通的磁阻大，漏電抗小,,漏磁通的磁阻小，漏電抗大,,,漏磁通的分布,,在起動(dòng)時(shí)電流被擠到上籠,起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子有較大的電阻,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。,正常運(yùn)行時(shí),電流主

11、要集中在下籠,轉(zhuǎn)子電阻較小,起動(dòng)籠,工作籠,1.４ 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入合適的電阻起動(dòng)，既可以降低起動(dòng)電流，又可以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)串電阻起動(dòng)，可以很好地改善電機(jī)的起動(dòng)性能。　　一般要求串入的電阻隨轉(zhuǎn)速的升高而逐步切除，所串的電阻一般有兩種形式：分段電阻和頻敏電阻,一、轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng),為了使整個(gè)起動(dòng)過程中盡量保持較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、繞線式異步電動(dòng)機(jī)可以采用逐級(jí)切除起動(dòng)電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)

12、起動(dòng)。,轉(zhuǎn)子串電阻后，轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)提高，故電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高，但并不是串入的電阻越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大。,二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng),,對(duì)于單純?yōu)榱讼拗破饎?dòng)電流、增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，可以采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)。頻敏電阻：頻率高電阻大； 頻率低電阻??；　　接觸器觸點(diǎn)K斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器起動(dòng)。起動(dòng)過程結(jié)束后，接觸器觸點(diǎn)K再閉合，切除頻敏變阻器，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行 。,2

13、 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),我們知道當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是同方向時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與電動(dòng)狀態(tài)，若電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)．　　在制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：　　　反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)及倒拉反轉(zhuǎn)等。,2.1 反接制動(dòng),反接制動(dòng)過程: 處于正向電動(dòng)運(yùn)行的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r(shí)，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入了反接制動(dòng)過程. 反接制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)電源相序?yàn)樨?fù)序， 如圖所示

14、．　　接觸器觸點(diǎn)K1閉合為正向電動(dòng)運(yùn)行，K1斷開K2閉合，則改變了電源相序。,,,如果進(jìn)行反接制動(dòng)停車，那么必須在降速到n＝0時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電源并停車，否則電動(dòng)機(jī)將會(huì)反向起動(dòng)。,2.2 能耗制動(dòng),1. 能耗制動(dòng)基本原理：,切斷電動(dòng)機(jī)的三相交流電源，同時(shí)把直流電I=通入它的定于繞組(K1打開、K2閉合)三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)形成了一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的空間固定磁動(dòng)勢(shì)F=。,空間固定不轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來說變成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì),旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，

15、轉(zhuǎn)速大小為n。,,,,,轉(zhuǎn)子與空間磁動(dòng)勢(shì)F=有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電流；進(jìn)而轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩Tem。Tem的方向與磁動(dòng)勢(shì)F=相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的，即Tem為制動(dòng)性的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速n＝0時(shí)，磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，E2＝0，I2＝0，Tem＝0，減速過程才完全終止。上述制動(dòng)停車過程中，系統(tǒng)原來貯存的動(dòng)能消耗了，這部分能量主要被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中。因此，上述過程亦稱之為能耗制動(dòng)過程。,3 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

16、,,三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法大致可以分成以下幾種類型：改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法； 改變定于繞組極對(duì)數(shù)；改變供電電源頻率。,其它方法：雙饋調(diào)速，包括串級(jí)調(diào)速，屬改變理想空載轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法；利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：,3.1 變極調(diào)速,異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1，當(dāng)改變極對(duì)數(shù)p時(shí)，n1將發(fā)生改變．而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于但接近于n1，也相應(yīng)改變，此即變極調(diào)速。,但

17、是極對(duì)數(shù) p只能整數(shù)倍變化，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 的改變也是不平滑的有級(jí)調(diào)速。,交流電機(jī)定子磁動(dòng)勢(shì)的極對(duì)數(shù)，取決于繞組中電流的方向，若改變繞組連接方式，使繞組中電流方向改變，則可改變了定子磁動(dòng)勢(shì)的極數(shù)。,,,,,4極電機(jī)的繞組連接方式,,,,,２極電機(jī)的繞組連接方式,變極原理,變極調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)可以采用兩套繞組。,為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對(duì)數(shù)的磁動(dòng)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。,因此，改變?nèi)?/p>

18、異步電動(dòng)機(jī)電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。,3.2 變 頻 調(diào) 速,已知：,1. 從基頻向下變頻調(diào)速,降低電源頻率時(shí)，必須同時(shí)降低電源電壓U1。降低電源電壓U1有兩種控的制方法。,三相異步電動(dòng)機(jī)每相電壓：,⑴ 保持 =常數(shù)，即恒磁通控制方式,,,當(dāng)改變頻率時(shí)，若保持E1/f1=常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax=常數(shù)，與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩

19、對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落相等，也就是不同頻率的各條機(jī)械特性是平行的，硬度相同。,恒磁通變頻調(diào)速的機(jī)械特性,這種調(diào)速方法機(jī)械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速，平滑性好。電動(dòng)機(jī)在正常負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s較小，因此轉(zhuǎn)差功率較小，效率較高。,,2. 從基頻向上變頻調(diào)速,升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時(shí)，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通Φm越低，是一種降低磁通升速

20、的方法，類似他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速情況。 頻率越高，轉(zhuǎn)速越高,電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩越小,三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式；調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；運(yùn)行時(shí)小，效率高；頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速。,3.3 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速,改變轉(zhuǎn)子回路串入電阻值的大小，例如轉(zhuǎn)子繞組本身電阻為R2，分別串入電阻RSl、RS2 、RS3

21、時(shí) ，如圖所示：所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低.（拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即TL=TN ）已知電磁轉(zhuǎn)矩T為： Tem=CTΦmI2cosφ2當(dāng)電源電壓一定時(shí)，主磁通Φm基本上是定值，轉(zhuǎn)子電流I2可以維持在它的額定值工作。,,,,轉(zhuǎn)子回路串電阻是屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=TN時(shí)，根據(jù)上式，則有：,式中s1、s2、s3別是轉(zhuǎn)子串入不同的電阻后的轉(zhuǎn)差率。 這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，一般為 （2～3）:1。,負(fù)

22、載小時(shí)，調(diào)速范圍就更小了。由于轉(zhuǎn)子回路電流很大，使電阻的體積笨重，抽頭不易，所以調(diào)速的平滑性不好，基本上屬有級(jí)調(diào)速。,3.4 改變定子端電壓調(diào)速,在頻率、參數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩便與端電壓平方成正比，改變定子端電壓時(shí)的機(jī)械特性如右圖,對(duì)于普通籠型異步電動(dòng)機(jī)sm較小，所以調(diào)速范圍很小。,機(jī)械特性變軟，致使低速運(yùn)行穩(wěn)定性交差 。,普通籠型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)速降低而增大，可能引起電機(jī)過熱并損壞。,改變定子端電壓是一簡便的調(diào)速方法，但