第6章三相异步电动机电力拖动(3).ppt

三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性6.1首首 页页本章重点本章重点 第第6 6章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动本章本章内容内容三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动6.2绕线型绕线型 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.3三相异步电动机的软起动三相异步电动机的软起动 6.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.5三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动6.6l 内容提要内容提要：本章介绍三相异步电动机机械特性的特本章介绍三相异步电动机机械特性的特点及参数表达式和实用表达式，讨论三相异点及参数表达式和实用表达式，讨论三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性，步电动机的固有机械特性和人为机械特性，阐述三相异步电动机的起动、调速和制动的阐述三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用。各种方法、特点和应用。下 页上 页返 回1.1.机械特性的特点、表达式机械特性的特点、表达式3.3.三相异步电动机的常用起动方法、特点三相异步电动机的常用起动方法、特点和适用范围和适用范围l 重点重点：2.2.三相异步电动机的人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性4.4.三相异步电动机的各种调速方法、原理三相异步电动机的各种调速方法、原理和应用和应用5.5.三相异步电动机的各种制动方法、原理三相异步电动机的各种制动方法、原理和应用和应用下 页上 页返 回本次课程内容和教学要求本次课程内容和教学要求内容：异步电动机各种运行状态。要求：掌握各种制动原理和机械特性以及应用场合。下 页上 页返 回6.6三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动n电动运行状态电动运行状态 T与与n方向一致，方向一致，nn1，0s0，T0，所以所以特性在特性在象限象限能量关系为：能量关系为：动能动能电能电能 消耗消耗在转子电阻上。在转子电阻上。制动过程中，电磁转矩始终为制动性质的转矩，转子的动制动过程中，电磁转矩始终为制动性质的转矩，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上，使转子发热，当转子动能转变为电能消耗在转子回路电阻上，使转子发热，当转子动能消耗完，转子就停止转动能消耗完，转子就停止转动能耗制动。能耗制动。下 页上 页返 回2.能耗制动时的机械特性能耗制动时的机械特性(1)能耗制动时转差能耗制动时转差 电动机处于电动状态时，转子以电动机处于电动状态时，转子以n切割定子旋转磁切割定子旋转磁场，其转差率为场，其转差率为s=(n1-n)/n1。能耗制动时，定子绕组通入直流能耗制动时，定子绕组通入直流I-产生固定磁势产生固定磁势F-，转子以转速转子以转速n切割定子固定磁场。将转子看成不动，定子固切割定子固定磁场。将转子看成不动，定子固定磁场朝相反方向以转速定磁场朝相反方向以转速n旋转，结果与转子旋转时相同。旋转，结果与转子旋转时相同。这时这时能耗制动的转差率能耗制动的转差率s=n/nb，nb为制动瞬间电机转速。为制动瞬间电机转速。当当n=0时，能耗制动的转差率时，能耗制动的转差率sn=0；刚制动时，刚制动时，n=nb，s=1，这时转子电势最大这时转子电势最大 sE2=E2，电抗为，电抗为 sX2=X2。所以所以能耗制动时其转差为能耗制动时其转差为0s1。下 页上 页返 回(2)机械特性机械特性由于定子绕组接入直流电，磁场的旋转速度为零，所以机械特性由电动状态时的过同步点变机械特性由电动状态时的过同步点变成能耗制动时的过原点。成能耗制动时的过原点。即机械特性曲线的形即机械特性曲线的形状也与电动机相似，只是状也与电动机相似，只是n=0时，时，T=0。下 页上 页返 回nTa0n1C1b23n 对笼型异步电动机对笼型异步电动机,可以增可以增大直流励磁电流来增大初始制大直流励磁电流来增大初始制动转矩（动转矩（c c点）。点）。n 对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机,可以可以增大转子回路电阻来增大初增大转子回路电阻来增大初始制动转矩（始制动转矩（d d点）。点）。制动电阻大小：制动电阻大小：cdn刚制动时，刚制动时，n=nb，s=1，制动电流过大而制制动电流过大而制动转矩较小动转矩较小（b点）I1 Tm Tb（r2+Rbk）sm Tb B下 页上 页返 回(3)特点与应用特点与应用n特点：机械特性过原点，即特点：机械特性过原点，即n=0时时T=0；能耗制动；能耗制动时，制动平稳，能准确快速地停车；由于定子绕时，制动平稳，能准确快速地停车；由于定子绕组和电网脱开，电机不从电网吸取交流电能（只组和电网脱开，电机不从电网吸取交流电能（只吸取少量的直流励磁电能），从能量的角度看，吸取少量的直流励磁电能），从能量的角度看，能耗制动比较经济；能耗制动比较经济；拖动系统制动至转速较低时，拖动系统制动至转速较低时，制动转矩也较小，低速时制动效果不理想制动转矩也较小，低速时制动效果不理想。n应用：应用：位能性负载位能性负载，可以放下重物，如图，可以放下重物，如图B点以稳定点以稳定速度速度nB下放重物。下放重物。反抗性负载反抗性负载，用以迅速，准确停车，用以迅速，准确停车。下 页上 页返 回6.6.2 反接制动反接制动 反接制动状态是指反接制动状态是指转子旋转方向和旋转磁场方转子旋转方向和旋转磁场方向相反向相反，即转速，即转速n和同步转速和同步转速n1反向的运转状态。反向的运转状态。反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动。反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动。下 页上 页返 回1.电源反接制动电源反接制动(1)方法及制动原理方法及制动原理n方法方法 将三相定子绕组二相出将三相定子绕组二相出线头对调一下，则线头对调一下，则n1反反转，电动机转子转向不转，电动机转子转向不变，称变，称反接正转反接正转，n10，s1；同时在转子绕组内同时在转子绕组内(绕绕线型异步电动机线型异步电动机)串入串入三相对称电阻三相对称电阻Rbk。电源反接制动又称定子两相反接的反接制动。电源反接制动又称定子两相反接的反接制动。下 页上 页返 回磁场模型磁场模型下 页上 页返 回n原理原理反接瞬间：反接瞬间：n1-n1,n由于惯性来不及变化。由于惯性来不及变化。这时这时s较大较大 sE2较大较大I2很大。为限制转很大。为限制转子电流，子电流，要串制动电阻要串制动电阻(转子回路中转子回路中Rbk)。制动瞬间：制动瞬间：制动瞬间因制动瞬间因sa很小，很小，na n1，所以，所以sb 2。制动瞬间转子回路串入大电阻，若改变串入制动瞬间转子回路串入大电阻，若改变串入的电阻值可改变制动特性的斜率。的电阻值可改变制动特性的斜率。下 页上 页返 回特性特性n定子绕组两相对调，旋定子绕组两相对调，旋转磁场反向，机械特性转磁场反向，机械特性曲线过曲线过-n1点（同步点）。点（同步点）。n机械特性由曲线机械特性由曲线1变为变为曲线曲线2，在电动机转矩，在电动机转矩和负载转矩共同作用下，和负载转矩共同作用下，迫使电动机很快减速到迫使电动机很快减速到C点，工作点由点，工作点由AB C，n=0，制动过程，制动过程结束。结束。BC段为电源反接制动的制动特性段为电源反接制动的制动特性设电机拖动恒转矩负载设电机拖动恒转矩负载下 页上 页返 回要想停车，需在要想停车，需在n=0时拉时拉闸。否则，若电机拖动闸。否则，若电机拖动反抗反抗性负载性负载，而且，而且C点的电动机点的电动机转矩转矩T大于负载转矩，则反大于负载转矩，则反向起动到向起动到D点稳定运行。点稳定运行。CD段为反向电动状态特性。段为反向电动状态特性。注意：注意：若电动机拖动若电动机拖动位能性负位能性负载载，则要从反向电动状态，则要从反向电动状态继续加速到继续加速到-n1(E)点，再点，再到反向回馈制动状态的到反向回馈制动状态的F点，才能稳定运行。点，才能稳定运行。下 页上 页返 回(3)能量关系能量关系(BC段特性段特性)电源反接制动时，电源反接制动时，s1 n电源上输入电功率电源上输入电功率n系统储存的机械功率系统储存的机械功率机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率，并从定子向转子传递功率。正说明电机从电源输入电功率，并从定子向转子传递功率。表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所以反接制给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所以反接制动的能量损耗较大。动的能量损耗较大。而而下 页上 页返 回绕线式电动机绕线式电动机在定子两相反接同时在定子两相反接同时,可在转子回路可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩。串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩。(4)制动电阻的计算制动电阻的计算n设设sg为固有机械特性上对应任意给定转矩为固有机械特性上对应任意给定转矩T的转差率的转差率 n当当s0，n1。下 页上 页返 回适当足够大的电阻当电机提升重物当电机提升重物G，电机以，电机以na转速提升重物。这时线路转速提升重物。这时线路中转子回路没有外串电阻。中转子回路没有外串电阻。下 页上 页返 回n在转子回路串入足够大电阻在转子回路串入足够大电阻Rbk，使使 ，对应的人为机械特性与位，对应的人为机械特性与位能性恒转矩负载特性的交点落在第能性恒转矩负载特性的交点落在第象限，如图中曲线象限，如图中曲线2所示。所示。n电机工作点由电机工作点由ab c，n=0，制动过程开始，电机反转，制动过程开始，电机反转，直到直到d点。在点。在第四象限第四象限cd段才是制动状态段才是制动状态。n串入电阻的瞬时，转速串入电阻的瞬时，转速n由于机械由于机械惯性来不及变化，工作点从惯性来不及变化，工作点从a点水平点水平跳变到曲线跳变到曲线2的点的点b。由于。由于Tb0而而n1，运行过程中能量消耗多，改变，运行过程中能量消耗多，改变转子串接电阻，可变速度。转子串接电阻，可变速度。应用：应用：适用于位能性负载下放重物适用于位能性负载下放重物。下 页上 页返 回n异步电动机的回馈制动包括正向回馈制动过程和反正向回馈制动过程和反向回馈制动运行向回馈制动运行。三相异步电动机正向（或反向）回馈时，电机处于异步发电状态，将系统减小的动能转变为电能送入交流电网。6.6.3 回馈制动回馈制动(再生发电制动再生发电制动)n电磁转矩T与转速n方向相反，且|n|n1|、s|n1|，适用于将重物高速稳定下放，称反向再生发电制动或下放重物时称反向再生发电制动或下放重物时的回馈制动。的回馈制动。下 页上 页返 回制动原理n当异步电动机拖动位能负载高速下放重物时将定子两相反接将定子两相反接，定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作点由a到b，电磁转矩与负载转矩同向，进入制动；经过反接制动过程反接制动过程（由由b到到c）、反向电动加速过程反向电动加速过程（电磁转矩与负载转矩共同作用、c到到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到d点(T=TL)保持稳定运行。n电机机械特性曲线1，运行于a点。n在第四象限-n1到到d段是回馈制动状态段是回馈制动状态。n转子回路串电阻越大，下放速度越高，图中曲线3的d点，一般为使反向回馈制动时下放重物的速度不至于太高，通常通常是将转子回路中的反接制动电阻切除。是将转子回路中的反接制动电阻切除。下 页上 页返 回n电源上输入电功率电源上输入电功率n系统储存的机械功率系统储存的机械功率 机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为负说明由转子输入机械功率传到定子，再返回电源，这率为负说明由转子输入机械功率传到定子，再返回电源，这时电机为一台异步发电机，又因这时时电机为一台异步发电机，又因这时T、n方向相反故为制动方向相反故为制动状态，称回馈制动或再生发电制动。状态，称回馈制动或再生发电制动。(2)能量关系（能量关系（-n1到到d段）段）转差率：转差率：下 页上 页返 回(3)特点和应用特点和应用特点：特点：n10，n0，s|n1|，运行过程中从电运行过程中从电网吸收无功建立磁场，向电网输送有功，经济性网吸收无功建立磁场，向电网输送有功，经济性好；但它的好；但它的|n|n1|，下放重物的安全性较差。，下放重物的安全性较差。应用：应用：适用于电机拖动位能性负载下放重物适用于电机拖动位能性负载下放重物。下 页上 页返 回2.正向回馈制动正向回馈制动n发生在采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时。n制动原理当电机采用变极（增加极数）或当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为机械特性变为2。同步速变为。同步速变为 。电机工作点由电机工作点由a变到变到b，电磁转矩，电磁转矩为负，为负，电机处于回馈制，电机处于回馈制动状态动状态(b到到n1 1段段)。n特点电源相序不变，电机转速n高于同步转速n1，正向回馈制动过程位于第II象限，n10，n0，sn1匀速下放重物。（）8、异步电机若转差率在01之间，一定运行在电动机状态。（）倒拉反接能耗制动反接制动回馈制动1s三相定子绕组从交流电源断开，通入直流电定子绕组接电源的三个端头任意两相对调下 页上 页返 回9、一台三相6极绕线型异步电动机额定数据为：PN=40kW，nN=980r/min，UN=380V，IN=73A，fN=50Hz，转子每相电阻r2=0.013W，过载能力lm=2。该电动机用于起重机起吊重物。试求：（1）当负载转矩TL=0.85TN，电动机以500r/min恒速提升重物时，转子回路每相应串入多大电阻？（2）当负载转矩TL=0.85TN，电动机以500r/min恒速下放重物时，转子回路每相应串入多大电阻？解：（1）所以：下 页上 页返 回（2）500r/min1000r/min，倒拉反接制动 所以：上 页返 回