異步電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)

1、目目 錄錄v1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v1.1 直接起動(dòng)v1.2 鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)v1.3 深槽式和雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)v1. 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v2 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)v2.1 反接制動(dòng)v2.2 能耗制動(dòng)v3 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.1 1.1 直接起動(dòng)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(jiǎn)單，操作方便；缺點(diǎn)：是起動(dòng)電流大，必須有足夠大的電源。就電動(dòng)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

2、為它簡(jiǎn)單而且起動(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)。一般電動(dòng)機(jī)的過載能力km1.6，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=0.8521.6tn=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 1.2 降壓起動(dòng)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

3、要求不高的場(chǎng)合。常用的降壓起動(dòng)方法 定子回路串電抗器起動(dòng) 自耦變壓器起動(dòng) 星形-三角形換接起動(dòng)1. 1. 定子串接電抗器起動(dòng)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。1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)端電壓降到額定電壓的1k倍，則起動(dòng)電流降到額定電壓時(shí)起動(dòng)電流的lk倍，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到原來的1k2倍: 1ststniik21ststnttk式中：k為電動(dòng)機(jī)端電壓之比，且k=un/u1。 istn為額定電壓下直接起動(dòng)的起動(dòng)電流

4、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)。2.2.自耦變壓器降壓起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)naukunustiusti自耦變壓器的變比為ka,stastiki直接起動(dòng)時(shí)，電機(jī)的端電壓為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 / ka1ststnaiik 21ststnattk電機(jī)側(cè)起動(dòng)電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩21stststnaaiiikk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

5、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)3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 )ist3ist每相的相電流為：13ststiiisty當(dāng)繞組的連接為y連接，電機(jī)的端電壓為un / ，起動(dòng)電流isty，

6、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsty，有333stststyiii3ststytty一一起動(dòng)時(shí)，盡管相電壓和相起動(dòng)時(shí)，盡管相電壓和相電流與直接起動(dòng)時(shí)相比降低到電流與直接起動(dòng)時(shí)相比降低到原來的原來的1 ， 但是對(duì)供電變但是對(duì)供電變壓器造成沖擊的起動(dòng)電流則降壓器造成沖擊的起動(dòng)電流則降低到直接起動(dòng)時(shí)的低到直接起動(dòng)時(shí)的13。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)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)。加大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法是增大轉(zhuǎn)子電阻。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)

7、，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)有雙雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和深槽式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)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)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)）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. 1. 深槽式異步電動(dòng)機(jī)深槽式異步電動(dòng)機(jī)深槽式異步電動(dòng)機(jī)也是一種單籠電機(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1020以增強(qiáng)集膚效應(yīng)。

8、 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。2.2.雙籠型異步電動(dòng)機(jī)雙籠型異步電動(dòng)機(jī)上籠黃銅或青銅制成電阻率大截面小電阻r2大下籠紫銅制成電阻率小截面大電阻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),電流主要集中在下籠,轉(zhuǎn)子電阻較小起動(dòng)籠起動(dòng)籠工作籠工作籠1. 1. 三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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

9、逐步切除，所串的電阻一般有兩種形式：分段電阻分段電阻和和頻敏電阻頻敏電阻一、轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)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)子串電阻分采用逐級(jí)切除起動(dòng)電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)。級(jí)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)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； 頻率低電阻小

10、；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 2 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)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， 如圖所示接觸器觸點(diǎn)k1閉合為正向電動(dòng)運(yùn)

11、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n0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. 1. 能耗制動(dòng)基本原理：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，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

12、。轉(zhuǎn)速n0時(shí)，磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，e20，i20，tem0，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 3 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速)1 (60)1 (11spfsnn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：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 3.1

13、變極調(diào)速變極調(diào)速異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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 極電機(jī)的繞組連接方式 變極原理變極原理變極調(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。pfn1160因此，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源頻率，可

14、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 3.2 變變 頻頻 調(diào)調(diào) 速速已知：已知：1. 1. 從基頻向下變頻調(diào)速從基頻向下變頻調(diào)速mnknfeu1111144. 4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：11fe 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

15、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。 恒磁通變頻調(diào)速是屬于為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。2. 2. 從基頻向上變頻調(diào)速從基頻向上變頻調(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m越低，是一種降低磁通升速的方法，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)：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)

16、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 3.3 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線式異步電動(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=ctmi2cos2當(dāng)電源電壓一定時(shí)，主磁通m基本上是定值，轉(zhuǎn)子電流i2可以維持在它的額定值工作。3322221122srrsrrsrrsrsssn 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 （23）:1。 負(fù)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