电机控制与拖动-第2章-三相异步电动机及其拖动控制.ppt
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1、1第第2 2章章 三相异步电动机及其三相异步电动机及其 拖动控制拖动控制2.2.三相异步电动机的机械特性、启动、调速与三相异步电动机的机械特性、启动、调速与 制动制动 3.3.三相异步电动机启动、正反转和能耗制动的三相异步电动机启动、正反转和能耗制动的 控制电路控制电路 l 本章本章重点:重点:1.1.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理4.4.三相异步电动机的常用驱动控制方法三相异步电动机的常用驱动控制方法 2 异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种
2、交流电机。种交流电机。异步电动机一般为系列产品,品种规格繁多,异步电动机一般为系列产品,品种规格繁多,其在所有的电动机中应用最为广泛,需量最大;其在所有的电动机中应用最为广泛,需量最大;目前,在电力传动中大约有目前,在电力传动中大约有90%的机械使用交的机械使用交流异步电动机。流异步电动机。3三相异步电动机的优点:三相异步电动机的优点:(1)调速性能好)调速性能好:调速范围广,易于平滑调节。调速范围广,易于平滑调节。(2)启动、制动转矩大,易于快速启动、停车。)启动、制动转矩大,易于快速启动、停车。(3)易于控制。)易于控制。应用:应用:(1)驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷)驱动机床、
3、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷 扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工 机械等大多数工农生产机械机械等大多数工农生产机械。(2)家用电器和医疗器械等)家用电器和医疗器械等 41.1.三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成,三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成,电动机的定子和转子之间并没有直接相连,中间一般有电动机的定子和转子之间并没有直接相连,中间一般有一定厚度的空气隙。一定厚度的空气隙。2.1 2.1 三相异步电动机机的结构及工作原理三相异步电动机机的结构及工作原理5定子三相绕组的联接定子三相
4、绕组的联接图图a 星形(星形(Y)联接图)联接图 图图b三角形(三角形()联接图)联接图6根据转子绕组的不同可将三相异步电动机分为鼠根据转子绕组的不同可将三相异步电动机分为鼠 笼式和绕线式两种。笼式和绕线式两种。图图a 鼠笼式转子的结构图鼠笼式转子的结构图 图图b 绕线式转子的结构图绕线式转子的结构图72.2.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理U形磁铁以形磁铁以n0的速度做逆时针的旋转运动,在闭合线圈中感应出感应电流。的速度做逆时针的旋转运动,在闭合线圈中感应出感应电流。静止的通电线圈在变化的磁场中受到电磁力的作用,从而使得通电线圈运动起来。静止的通电线圈在变化的磁场中受到电磁力
5、的作用,从而使得通电线圈运动起来。根据右手定则可以判定感应电流的方向为顺时针方向根据右手定则可以判定感应电流的方向为顺时针方向再由左手定则可以判定出线圈受到电磁力的作用会以再由左手定则可以判定出线圈受到电磁力的作用会以n的速度做逆时针的旋转运的速度做逆时针的旋转运动。动。8将将三三相相异异步步电电动动机机的的三三相相对对称称绕绕组组AX,BY和和CZ连连接接成成星星形形,接接入入三三相相电电源源,AX,BY和和CZ中中便便通通入入了三相对称电流。了三相对称电流。9结结论论:在在定定子子绕绕组组中中通通入入三三相相交交流流电电后后,在在绕绕组组周周围围产生的合成磁场是一个旋转的磁场。产生的合成磁
6、场是一个旋转的磁场。10 将将B相电源线接在相电源线接在C相绕组上,而将相绕组上,而将C相电源线接在相电源线接在B相绕组上,则三相绕组的电流相序就会是从相绕组上,则三相绕组的电流相序就会是从A相至相至C相相再到再到B相,合成磁场的旋转方向如图所示与相序一致,相,合成磁场的旋转方向如图所示与相序一致,反向转动反向转动。11每相定子绕组由两个线圈串联而成,如图所示,三相绕每相定子绕组由两个线圈串联而成,如图所示,三相绕组各个始端在空间上相差,此时定子的合成磁场具有两组各个始端在空间上相差,此时定子的合成磁场具有两对磁极,即对磁极,即p=2。12电流变化一个周期,旋转磁场仅旋转半周,旋电流变化一个周
7、期,旋转磁场仅旋转半周,旋转磁场的速度比转磁场的速度比p=1时慢了一半,即时慢了一半,即 13 具有具有p对磁极的旋转磁场的同步转速的计算公式是对磁极的旋转磁场的同步转速的计算公式是 在我国由于工频为在我国由于工频为50Hz,对应不同的极对数,有相,对应不同的极对数,有相应的磁场转速。应的磁场转速。p123456(r/min)300015001000750600500143.3.三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 铭牌数据即电动机的额定值,是电机制造厂家铭牌数据即电动机的额定值,是电机制造厂家对电机正常运行时,对有关的电量或机械量所规对电机正常运行时,对有关的电量或机械量所规定的
8、数据。定的数据。1)额额定定电压电压5)频频率率 f2)额额定定电电流流6)接法)接法 星形和三角形星形和三角形 4)额额定定转转速速3)额额定功率定功率 7)绝缘绝缘等等级级和工作方式和工作方式 152.2 2.2 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的定子绕组和转子绕组的关系与变三相异步电动机的定子绕组和转子绕组的关系与变压器的原绕组和副绕组的关系相类似。分析的时候,可压器的原绕组和副绕组的关系相类似。分析的时候,可将定子绕组看做为变压器的原绕组,将转子绕组看做为将定子绕组看做为变压器的原绕组,将转子绕组看做为副绕组。如图所示。副绕组。如图所示。162.2 2.
9、2 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析1 1 定子电路定子电路 采用采用KVL定理可以列写出定子电路的回路电压方程,即定理可以列写出定子电路的回路电压方程,即 式中的式中的 为定子绕组上相电压的频率,为定子绕组上相电压的频率,为为定子绕组的匝数,定子绕组的匝数,为旋转磁场的每极磁通。为旋转磁场的每极磁通。172 2 转子电路转子电路(1 1)转子频率)转子频率 转子频率与转差率有关。在电动机启动的瞬间,转子频率与转差率有关。在电动机启动的瞬间,转子频率最大转子频率最大。采用采用KVLKVL定理可以列写出转子电路的回路电压方程定理可以列写出转子电路的回路电压方程 =18(2 2)转
10、子感抗)转子感抗 在电动机启动的瞬间,转子感抗最大在电动机启动的瞬间,转子感抗最大。(3 3)转子电动势)转子电动势 =19 在电动机启动的瞬间,转子电动势最大在电动机启动的瞬间,转子电动势最大。(4 4)转子电流)转子电流 =转子电流在电动机启动瞬间为最大值转子电流在电动机启动瞬间为最大值。20(5 5)转子功率因数)转子功率因数 转子功率因数在电动机启动瞬间为最小值。转子功率因数在电动机启动瞬间为最小值。结论:转子的各个物理量结论:转子的各个物理量都与转差率有关,即与转都与转差率有关,即与转子的转速有关子的转速有关。212.3 2.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 1
11、1 电磁转矩电磁转矩 三相异步电动机的机械特性是指,当定子绕组三相异步电动机的机械特性是指,当定子绕组的相电压和频率保持不变,的相电压和频率保持不变,和和 为常数时,为常数时,电动机转速与电磁转矩的关系,即电动机转速与电磁转矩的关系,即 三相异步电动机的机械特性是指,当定子绕组三相异步电动机的机械特性是指,当定子绕组的相电压和频率保持不变,的相电压和频率保持不变,和和 为常数时,为常数时,电动机转速与电磁转矩的关系,即电动机转速与电磁转矩的关系,即式中的K是一个常数 2 2 机械特性机械特性 三相异步电动机在正常情况是总是沿着机械特性曲三相异步电动机在正常情况是总是沿着机械特性曲线工作。机械特
12、性曲线中有三个重要的转矩:额定线工作。机械特性曲线中有三个重要的转矩:额定转矩、最大转矩和启动转矩转矩、最大转矩和启动转矩2223 (1 1)额定转矩额定转矩 额定转矩额定转矩 是指电动机在额定负载下稳定运行是指电动机在额定负载下稳定运行时的输出转矩时的输出转矩 上式中功率的单位为千瓦(上式中功率的单位为千瓦(KW),转速的单位为),转速的单位为(r/min),转矩的单位为牛转矩的单位为牛 米米(N m)。24(2 2)最大转矩)最大转矩 最大转矩最大转矩 是指电动机按照机械特性曲线运行是指电动机按照机械特性曲线运行过程中产生的最大电磁转矩过程中产生的最大电磁转矩。过载系数:过载系数:过载系数
13、取值范围一般为过载系数取值范围一般为1.81.82.22.2之间之间25与与 成正比,而与成正比,而与 无关,无关,与与 成正比成正比(a)电压不同时的机械特性曲线电压不同时的机械特性曲线 (b)转子电阻不同时的机械特性曲线转子电阻不同时的机械特性曲线 26(3 3)启动转矩)启动转矩电动机的启动转矩和额定转矩的比值为启动系数电动机的启动转矩和额定转矩的比值为启动系数 启动转矩是在电动机启动的瞬间(启动转矩是在电动机启动的瞬间(n=0n=0,s=1s=1)的转矩。)的转矩。启动系数取值范围一般为启动系数取值范围一般为1.61.62.22.2之间之间27282 2 三相异步电动机的运行三相异步电
14、动机的运行(1 1)稳定运行区)稳定运行区 稳定运行区是指图示曲线的稳定运行区是指图示曲线的abab段,在此段区域段,在此段区域异步电动机能稳定地运行异步电动机能稳定地运行.如果异步电动机运行在如果异步电动机运行在abab段,能根据负载的情况段,能根据负载的情况自动的调整,使得电动机匀速运行自动的调整,使得电动机匀速运行。29(2 2)不稳定运行区)不稳定运行区 不稳定运行区是指图示曲线的不稳定运行区是指图示曲线的bcbc段,在此段区域段,在此段区域异步电动机不能稳定地运行(启动过程)异步电动机不能稳定地运行(启动过程).302.4 2.4 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 启动初始瞬
15、间,启动初始瞬间,n=0n=0,s=1s=1。电动机在启动时启动电流。电动机在启动时启动电流很大;启动转矩不大。很大;启动转矩不大。1)电流大,电机发热增加;)电流大,电机发热增加;2)电枢绝缘破坏,烧断绕组;)电枢绝缘破坏,烧断绕组;3)供电电源电压波动,对电网形成冲击)供电电源电压波动,对电网形成冲击4)启动转矩过大,引起冲击。)启动转矩过大,引起冲击。所以,对三相异步电动机的启动要求:在所以,对三相异步电动机的启动要求:在保证启动转矩足够大的前提下,尽量减小启动保证启动转矩足够大的前提下,尽量减小启动电流。电流。311 1 直接启动直接启动 直接启动方法简单:通过开关直接将电动机连接到直
16、接启动方法简单:通过开关直接将电动机连接到电源上。一般电动机功率在二三十千瓦以下的电动电源上。一般电动机功率在二三十千瓦以下的电动机可以采用直接启动。机可以采用直接启动。2 2 换接降压启动换接降压启动 对于功率较大的电动机,定子绕组在正常运行时是对于功率较大的电动机,定子绕组在正常运行时是连接,在启动瞬间可以采用连接,在启动瞬间可以采用Y Y连接,降低启动电压连接,降低启动电压和启动电流,启动之后再换接至和启动电流,启动之后再换接至 连接连接。32换接启动电路图 33 采用采用Y-Y-换接启动的方法,电压为直接换接启动的方法,电压为直接起动的起动的 倍,电流为直接起动的倍,电流为直接起动的
17、倍。启倍。启动转矩为直接启动的动转矩为直接启动的 倍。由此可见,这种倍。由此可见,这种方法适用于空载或者是轻载启动。方法适用于空载或者是轻载启动。3 3 自耦降压启动自耦降压启动 自耦降压启动能减少启动电流也能减少启动转矩。自耦降压启动能减少启动电流也能减少启动转矩。自耦变压器有抽头,能得到不同的变压值输出自耦变压器有抽头,能得到不同的变压值输出,可以根据需要来选用。可以根据需要来选用。34自耦降压启动电路图自耦降压启动电路图 352 2 串电阻启动串电阻启动 由于串入电阻之后,启动转矩增大。由于串入电阻之后,启动转矩增大。这种方法通常用于启动转矩较大的生产机械上。这种方法通常用于启动转矩较大
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