第二篇三相感應(yīng)電動機的電力拖動

1、王玉彬副教授王玉彬副教授Associate Professor Wang Yubin電機拖動及新型電機電機拖動及新型電機電氣工程及其自動化專業(yè)本科生課程電氣工程及其自動化專業(yè)本科生課程中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE第二篇 三相感應(yīng)電動機的電力拖動2-1 三相感應(yīng)電動機的機械特性直流電動機直流電動機的機械特性，是指轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。感應(yīng)電動機感應(yīng)電動機的機械特性也是指轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，不過通常用轉(zhuǎn)差率與電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系來代替。一、機械特性的三種表達式一、機械特性的三種表達式1.1.機械特性的物理表達式機械特性的物理表達式P2Cu

2、pMP12221112111cos22MwmPm E IfppEf N K 中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE)/2/(cos212211111pfIkNfmPTmwM1111/ 2wMm pNkC122cosMmTCI上式稱為三相異步電動機機械特性的物理表達式。物理表達式反映了電磁轉(zhuǎn)距電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)子電流有功分量轉(zhuǎn)子電流有功分量、每極磁通每極磁通成正比的物理本質(zhì)。直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式？MaTCI中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2.2.機械特性的參數(shù)表達式機械特性的參數(shù)表達式12222112()UIrrxxs22122122112

3、221)()/(xxsrrsrUmsrImPMpfPPTMM/211221221122112xxsrrfsrpUm它反映了感應(yīng)電機的電電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩T跟電源電壓電源電壓U1、頻率頻率f1、電機參數(shù)電機參數(shù)及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率差率S之間的關(guān)系。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE221221122112xxsrrfsrpUmT當(dāng)U1、f1和電機的參數(shù)不變時，T僅是S的函數(shù)，可得到T=f(S)關(guān)系曲線。n與S存在一一對應(yīng)的關(guān)系，所以可以得到n與T的關(guān)系n=f(T)，即為感應(yīng)電動機的機械特性曲線。1S0表示感應(yīng)電機處于電動狀態(tài)，S1和S0表示感應(yīng)電機處于發(fā)電狀態(tài)在機械特性曲線上有兩

4、處最大電磁轉(zhuǎn)矩點0dsdT0/)()/(/1221221dsxxsrrsd)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm正號表示電動，負(fù)號表示發(fā)電，分別對應(yīng)于B、B點Tm為最大電磁轉(zhuǎn)矩，而Sm為臨界轉(zhuǎn)差率，為什么不是最大轉(zhuǎn)差率？感應(yīng)電機運行時，要有一定的過載能力，通常用 來表示，也稱為過載倍數(shù)過載倍數(shù)，這是感應(yīng)電動機的一個重要指標(biāo)，一般感應(yīng)電動機，過載倍數(shù)為1.62.2。/MmNTT中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE當(dāng)電源頻率和電機參數(shù)不變時21mTU)(4)(421121122121211211

5、212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmmSm與電源電壓無關(guān)，只與電機參數(shù)有關(guān)。Tm與 無關(guān)，而Sm與 成正比。2r2rSm與f1有何關(guān)系？Tm呢？121122()xxf LL中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE221221122112xxsrrfsrpUmT將S=1代入，可得到起動轉(zhuǎn)矩221122112122Qm pU rTfr rxx當(dāng)電源頻率和電機參數(shù)不變時21QTU在額定電壓、額定頻率和電機固有參數(shù)的條件下，起動轉(zhuǎn)矩是一個固定的值。定義起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：/MQNKTT一般要求大于1，這樣才能帶額定負(fù)載

6、順利起動中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE3.3.機械特性的實用表達式機械特性的實用表達式,222122112211xxsrrfsrpUmT)(4211211xxfpUmTm222112mrSrxx 22mmmmmSSSSTssTss2mmmTTSSSS求出Tm和Sm即可得到實用表達式中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EEmMNTT2(1)mNMMSS根據(jù)產(chǎn)品目錄可以查出PN（單位為kW），nN和M，求出TN：3310106095502NNNNNNNPPPTnn2mmmTTSSSS即可得到T與S的關(guān)系，稱為實用表達式。實用表達式反映出感應(yīng)

7、電機機械特性是由一段直線段和一段雙曲線構(gòu)成。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE當(dāng)SSm時，mmSSSS22mmmmmTTTSSSSSS稱為直線表達式注意 ：(1)直線表達式只表示SSm的那一段，不滿足S=SASBSCSD=0，所以 IAIBICID中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE三、感應(yīng)電動機的人為機械特性三、感應(yīng)電動機的人為機械特性人為地改變電動機的任一參數(shù)（如U1，f1，p，定子回路電阻或電抗，轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗等）的機械特性統(tǒng)稱為人為機械特性。1.降低定子端電壓的人為特性其它條件與固有特性一樣，僅降低定子相電壓得到的人為機械特

8、性稱為降低定子端電壓的人為特性。特點：(1)頻率不變，故理想空載點不變(2) ，Sm不變。21mTU(3) 21QTU中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE根據(jù)這三個特點，可以得到降低端電壓人為機械特性的實用表達式：2112mmmmmNTTSSSSUTTU 同理可以寫出直線表達式：2mmTTSS211mmNUTTU2mMNSS為什么必須降低定子端電壓？頻率不變，若端電壓高于額定電壓，則根據(jù) 知，主磁通升高，磁路飽和，勵磁電流迅速增大。而且容易引起絕緣損壞。111114.44wmUEf Nk中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2.轉(zhuǎn)子回路串對

9、稱三相電阻的人為特性僅繞線式感應(yīng)電機可以轉(zhuǎn)子回路串電阻。其它條件與固有特性一樣，僅在轉(zhuǎn)子回路串入對稱三相電阻，得到的人為機械特性稱為轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為特性。特點：(1)頻率不變，故理想空載點不變(2) ，Sm隨轉(zhuǎn)子電阻增大而增大但Tm不變。2mSr(3)Sm1時，TQ隨R的增大而減小。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE轉(zhuǎn)子串對稱三相電阻時的人為特性的實用表達式為：2mmmTTSSSS222211mmSrRRRSrrr 直線表達式為：2mmTTSS21mmSRSr 令Sm=1，可以獲得最大的起

10、動轉(zhuǎn)矩：此時222222211211()mrRrRrSrrrXX221122()RrXXr中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE3、定轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電抗器的人為特性籠型感應(yīng)電機可在定子回路串電抗器，而繞線式感應(yīng)電機則在定轉(zhuǎn)子回路中都可以串對稱三相電抗器。)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm211222112122Qm pU rTf r rxx串入電抗器后，Sm、Tm、TQ均下降。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2-2 三相感應(yīng)電動機的起動一、感應(yīng)電動機的固

11、有起動性能一、感應(yīng)電動機的固有起動性能感應(yīng)電動機額定接法、轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗，直接投入額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)，使之從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動直至穩(wěn)定運行，稱為直接起動，這時的起動特性稱為固有起動特性?；叵胍幌轮绷麟姍C的直接起動，起動電流如何？起動轉(zhuǎn)矩如何？又有幾種起動方式？大，大。電樞回路串電阻、降壓。2)(2)(2121121xxrrUIIQQNKIZU11)74(中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE122cos(0.81.8)QMmQNTCIT主磁通與額定值相比，是大還是小，為什么？轉(zhuǎn)子回路的阻抗角與額定值相比，是大還是小？小大盡管起動電流很大，但是起動時的電磁轉(zhuǎn)矩

12、并不大起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小是普通感應(yīng)動機固有起動性的主要矛盾。過大的起動電流可能引起供電變壓器的電壓波動，對電機本身及其它用戶帶來不良影響；起動轉(zhuǎn)矩小則會對需滿載起動的機械造成困難。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE不同的起動方法就是在保證一定轉(zhuǎn)矩的情況下，采取不同的措施限制起動電流，即從電網(wǎng)吸收的電流。原則：對電網(wǎng)、電機、應(yīng)用場合綜合考慮，選最佳啟動方式電網(wǎng)、電機、應(yīng)用場合綜合考慮，選最佳啟動方式。 電動機容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動；如果生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)矩要求不大，則只考慮限制電流；如生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)矩要求較高，則既要限制電流，又要保

13、證需要的轉(zhuǎn)矩。對于籠形異步電動機，通常采用直接起動、降壓起動等；對于繞線式異步電動機，通常采用轉(zhuǎn)子串電阻起動等。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE二、籠型感應(yīng)電動機的起動方法1.直接起動7.5kW以下的小容量感應(yīng)電機，都可直接起動，但7.5kW以上的電機，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗公式來核定。344QHNNISIPIQ為直接起動時的定子線電流；IN為電機額定電流；SH為供電電源的總?cè)萘?；PN為電動機的額定功率。不頻繁起動電動機，上面的經(jīng)驗公式可適當(dāng)放寬，較頻繁起動電動機則應(yīng)嚴(yán)格按經(jīng)驗公式判斷。滿足經(jīng)驗公式，可直接起動，不滿足，則不宜直接起動。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油

14、大學(xué)（華東）電氣工程系EE2.2.降壓起動降壓起動(1)(1)定子回路串對稱三相電抗器起動定子回路串對稱三相電抗器起動22122111)()(xxrrUIQ22122111)()(QQxxxrrUI假設(shè)電流變?yōu)樵瓉淼?/a，則電機端電壓變?yōu)樵瓉淼亩嗌?？則起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)樵瓉淼?/a2，所以只能空載或輕載起動。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE(2)(2)自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動電機端電壓變?yōu)橹苯悠饎拥?/k，所以電機的起動電流變?yōu)橹苯悠饎与娏鞯?/k，但這個電流是變壓器副邊電流，變壓器的原邊電流是副邊電流的1/k，即電機從電網(wǎng)吸收的電流電機從電網(wǎng)吸收的電流

15、變?yōu)橹苯悠饎拥?/k2。1 2QI1QI1 211QQIIk1 11 21QQIIk1 1121QQIIk例如一臺電機，IQ/IN=5，則如果要限制起動電流不超過額定電流，起動電壓為UN/5，則起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)門QN/25，不適合帶稍大的負(fù)載起動，而采用自耦變壓器起動，則限制電網(wǎng)側(cè)的起動電流為額定電流，于是變比k取 ，起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)門QN/5，可以帶稍大負(fù)載起動。5改變變比k，可以滿足帶不同負(fù)載起動的需要，但抽頭有限，一般有三種抽頭。運行可靠，在現(xiàn)場中有不少應(yīng)用，尤其在大容量的電機起動中。對電網(wǎng)而言，起動電流倍數(shù)跟起轉(zhuǎn)矩倍數(shù)相同，可以帶較大的負(fù)載起動。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東

16、）電氣工程系EE(3)星星-三角三角(Y-)起動起動變成Y，則感應(yīng)電機定子相電壓變?yōu)?3NU起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋?11133NQyQQNUTTTU起動相電流與相電壓成正比：1113QyQII則從電網(wǎng)每相輸入的線電流的關(guān)系為：11133QyQQIIIY-起動是籠型異步電動機起動的基本方法之一，適用于正常正常運行時定子繞組為形接法的電動機運行時定子繞組為形接法的電動機空、輕載起動。形接法的電動機長時間處于空載或輕載運行時，可將其改為Y形接法，以提高功率因數(shù)和效率，節(jié)約電能。為什么？空載或輕載時，電機的轉(zhuǎn)子銅耗很小，而定子銅耗主要是勵磁電流產(chǎn)生的，勵磁電流的大小由主磁通決定。鐵耗隨主磁通變化，磁通正比于電

17、壓。電壓降低，主磁通減少，勵磁電流減少，定子銅耗減少，鐵耗減少，電機轉(zhuǎn)速變化不大，機械損耗幾乎不變，附加損耗不變，轉(zhuǎn)子銅耗稍有增加，但增加不大。電機效率增高。而且，降低電壓后，主磁通減少稍有增加，轉(zhuǎn)子有功電流增加，勵磁電流減少，故電機的功率因數(shù)增加。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE為此，國產(chǎn)4kW以 上籠型異步電動機，都設(shè)計為U1N=380V，定子繞組接法為形，以便于接成Y形。為什么說S稍有增加？需要注意，就是當(dāng)負(fù)載不為輕載，變換接法，反而會使轉(zhuǎn)子電流成為主角，轉(zhuǎn)子銅耗增大，從而燒壞電機。前提是空載或輕載。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工

18、程系EE小結(jié)1：關(guān)于降壓運行感應(yīng)電機帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或恒功率負(fù)載，當(dāng)端電壓下降時，電機的轉(zhuǎn)速將下降，主磁通減少，勵磁電流減少，鐵耗減少，而轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子銅耗增大。定子銅耗是否增大，取決于勵磁電流的減少與轉(zhuǎn)子電流的增大，哪一個因素占主導(dǎo)，在空載或輕載時，前者占主導(dǎo)，定子銅耗減少，電機效率提高，而如果帶額定負(fù)載，則后者占主導(dǎo)，定子銅耗增加，電機效率下降。關(guān)于功率因數(shù)，則取決于電機的參數(shù)和轉(zhuǎn)速下降的范圍，在S較小的情況下，轉(zhuǎn)子支路呈阻性，轉(zhuǎn)子電流為有功分量，而勵磁電流則視為無功分量，功率因數(shù)提高。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE小結(jié)2：關(guān)于降壓起動直流電動機降壓起動可

19、以達到很好的效果，在允許的電流情況下產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，為什么感應(yīng)電機的降壓起動，限制電流，但轉(zhuǎn)矩會變得更小？籠型感應(yīng)電機降壓起動不宜帶滿載起動。在以前變頻器沒有大規(guī)模應(yīng)用，要帶滿載起動，是沒有辦法的。只能采用繞線式感應(yīng)電機，利用轉(zhuǎn)子串電阻的方法。感應(yīng)電機降壓起動中要限制的電流是電機從電網(wǎng)吸收的電流，而不是電機的定子電流。主要原因是感應(yīng)電機降壓時，主磁通也降低，而直流電機則不是這樣。那么可不可以在降壓的過程中使主磁通不降低？可以，根據(jù)4.44公式，只要在成比例地降壓和降頻，就可以實現(xiàn)主磁通基本不變，這就是變頻起動?？蓭M載起動，但成本較高。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣

20、工程系EE三、繞線式感應(yīng)電動機的起動三、繞線式感應(yīng)電動機的起動中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE 串電阻分級起動串電阻分級起動串入電阻不僅串入電阻不僅可以限制電流可以限制電流，而且可以調(diào)，而且可以調(diào)節(jié)起動轉(zhuǎn)矩節(jié)起動轉(zhuǎn)矩, , 獲得優(yōu)越的起獲得優(yōu)越的起動性能動性能222112mrsrxx maxT211122()pmUxx 中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動l 頻敏變阻器利用鐵耗隨勵磁頻率的頻敏變阻器利用鐵耗隨勵磁頻率的變化而變化這一原理工作。變化而變化這一原理工作。l 鐵芯中有磁通交變，產(chǎn)生鐵

21、耗，鐵鐵芯中有磁通交變，產(chǎn)生鐵耗，鐵耗隨勵磁電流交變的頻率的增大而耗隨勵磁電流交變的頻率的增大而增大。增大。l 感應(yīng)電機起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較感應(yīng)電機起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較大，頻敏電阻器的等效電阻較大，大，頻敏電阻器的等效電阻較大，相當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串很大電阻起動。電相當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串很大電阻起動。電機轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子電流頻率變小，機轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子電流頻率變小，鐵耗減少，頻敏電阻器等效電阻變鐵耗減少，頻敏電阻器等效電阻變小。小。繞線式感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是利用鐵耗隨勵磁頻率的變化而變化這一原理工作的。鐵芯中有磁通交變，就有鐵耗，鐵耗隨勵磁電流交變的頻率的增大而增大。感應(yīng)電機起動時，轉(zhuǎn)子

22、電流頻率較大，所以頻敏電阻器的等效電阻較大，相當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串很大電阻起動。隨著電機轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子電流頻率變小，鐵耗減少，頻敏電阻器等效電阻變小。鐵心用厚鋼板疊成，鐵耗很大；磁路較飽和，所以其電抗較小，其等效電路與變壓器相似。自始至終，X都不大。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE繞線式感應(yīng)電機價格較高，而且有滑環(huán)和電刷，可靠性不如籠型感應(yīng)電機，所以在一些場合，盡管需要較大起動轉(zhuǎn)矩，人們選擇的是用更大容量的籠型感應(yīng)電機，也不選繞線式感應(yīng)電機。比如抽油機，它需要的起動轉(zhuǎn)矩大，而正常運行時負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大，正常運行時處于輕載狀態(tài)，這就造成了大馬拉小車的現(xiàn)象。功率因數(shù)低、效率低。

23、中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE四、改善起動性能的籠型感應(yīng)電動機四、改善起動性能的籠型感應(yīng)電動機1、高轉(zhuǎn)差率感應(yīng)電動機：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用電阻率較大的鋁合金等材料。限制起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。缺點是特性軟，銅耗大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱厲害，效率低。2、深槽式感應(yīng)電機：深槽式感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)特點是：轉(zhuǎn)子槽深而窄，其槽深h和槽寬b之比h/bl020，如圖5-13(a)所示?？梢詫⑥D(zhuǎn)子導(dǎo)條看成是由若干沿槽高排列的小導(dǎo)體并聯(lián)而成。越靠近槽底的小導(dǎo)體所交接的漏磁鏈越多，所以越靠近槽底的小導(dǎo)體漏電抗越大。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE中國石油大學(xué)（華東）電氣

24、工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE起動時, ，轉(zhuǎn)子漏電抗大，各并聯(lián)小導(dǎo)體的電流分配主要取決于電抗。這時轉(zhuǎn)子電流 主要從漏電抗小的槽頂處小導(dǎo)體通過，轉(zhuǎn)于導(dǎo)條沿槽高的電流密度分布情況如5-13(b)所示。這時轉(zhuǎn)子電流被“擠”到槽頂表層，這種現(xiàn)象稱作集膚效應(yīng)或趨表效應(yīng)。其結(jié)果，槽底部分的導(dǎo)體截面內(nèi)幾乎沒有電流，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體截面減小了，使轉(zhuǎn)子電阻增大，轉(zhuǎn)子電流減小而起動轉(zhuǎn)矩增加。3、雙籠型感應(yīng)電動機：兩套籠型繞組，內(nèi)層導(dǎo)體粗，電阻率小，所以漏抗大、電阻??；外層導(dǎo)體細(xì)，電阻率大，所以漏抗小、電阻大。兩籠共同作用，既有大的起動轉(zhuǎn)矩，又有硬的特性，得到理想性能曲線。缺點是轉(zhuǎn)子漏抗較大，造成功率因數(shù)和

25、過載能力稍低，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE本節(jié)小結(jié) 異步電機直接起動的特點及原因 籠型異步電機降壓起動有哪幾種形式，各有何特點 籠型異步電機Y/接法對其運行性能的影響 繞線式異步電機轉(zhuǎn)子回路串電阻及頻敏電阻器起動的工作原理及適用場合 能夠改善起動特性的幾種特殊的籠型異步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點、工作原理及性能上存在的問題1.轉(zhuǎn)向反向的反接制動一、感應(yīng)電動機的反接制動一、感應(yīng)電動機的反接制動相當(dāng)于直流電機的電動勢反向的反接制動。適用于將重物勻低速下放。提升重物穩(wěn)定運行于A點，現(xiàn)將重物勻低速下放，可在轉(zhuǎn)子回路串入足夠大的電阻，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行于F

26、點。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2-3 三相感應(yīng)電動機的制動F點，nF0，電機運行于制動狀態(tài)。特點：(1)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速相反，這個理想空載轉(zhuǎn)速就是氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。(2)能量流動關(guān)系0FPT 221 20MrRPm IS111FnnSn2CuMMpPPPP電機從電網(wǎng)吸收的電功率和從軸上吸收的機械功率轉(zhuǎn)化成的電功率消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2.定子兩相對調(diào)的反接制動這種反接制動相當(dāng)于他勵直流電機電壓反向的反接制動，適用于反抗性負(fù)載的快速停機。他勵直流電動機電壓反向，其理想空載轉(zhuǎn)速反向，而感應(yīng)電動

27、機定子兩相對調(diào)，其理想空載轉(zhuǎn)速也反向(1)機械特性同步速110nn 設(shè)此時轉(zhuǎn)差率為： ，則：S111111122nnnnnnnSSnnn關(guān)于負(fù)號，因為同步轉(zhuǎn)速現(xiàn)在為負(fù)，而電磁功率表達式不變。2112221112112/MMPPmU rSTrrXXS 參數(shù)表達式：中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE2mmmTTSSSS 實用表達式：直線表達式：2mmTTSS 除S_之外的所有各量，如n1、SN、Sm、TN、Tm均采用正向電動時的值?？傻萌鐖D所示的機械特性。2mmmTTSSSS 轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻R的人為特性：22mmrRSSr中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)

28、（華東）電氣工程系EE(2)物理過程原來穩(wěn)定運行于A點定子任意兩相對調(diào)，機械特性已發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)速來不及變化，G點。0zTT轉(zhuǎn)速下降，一直到達C點。在GC段，T0，n11，電機處于反接制動狀態(tài)。如果是反抗性負(fù)載，在C點不切斷電源，則系統(tǒng)會不會反向起動？0zTT系統(tǒng)會反向起動進入第三象限，最后穩(wěn)定運行于A點，n0，T0，處于反向電動狀態(tài)。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EEG點的電流較大(why?)，且產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩較小，通常在兩相對調(diào)后在轉(zhuǎn)子回路串入足夠大的制動電阻。如果是位能性負(fù)載，則系統(tǒng)反向起動后Tz方向不變，在T和Tz共同作用下，進入第四象限，最后穩(wěn)定運行于H

29、點，T=Tz，達到新的平衡。不是反接制動，而是回饋制動。真正的反接制動只有真正的反接制動只有GCGC一段一段。此時，電機的轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相同，且高于理想空載轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)運行于何種狀態(tài)？仍用等效電路分析。此時S_大于1，所以制動電流比起動電流還要大。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE二、感應(yīng)電動機的回饋制動二、感應(yīng)電動機的回饋制動感應(yīng)電動機也有兩類回饋制動：轉(zhuǎn)速反向的回饋制動和轉(zhuǎn)速不反向的回饋制動。根據(jù)直流電機的回饋制動可以推測出這兩類回饋制動的特點是：(1)實際轉(zhuǎn)向與理想空載轉(zhuǎn)速即基波氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，且轉(zhuǎn)速的絕對值比理想空載轉(zhuǎn)速大。(2)電機將軸上的

30、機械能變?yōu)殡娔?，一部分消耗在電機中，一部分返回到電網(wǎng)。此時S為正還是負(fù)？負(fù)中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EEu 異步電機的發(fā)電機（回饋）制動異步電機的發(fā)電機（回饋）制動轉(zhuǎn)向反向的回饋制動轉(zhuǎn)向反向的回饋制動在在HH點，轉(zhuǎn)速與理想空載點，轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相同，且比理想轉(zhuǎn)速方向相同，且比理想空載轉(zhuǎn)速絕對值大?？蛰d轉(zhuǎn)速絕對值大。此時此時S_0S_0，對應(yīng)的應(yīng)用場合是將重物快勻速放，對應(yīng)的應(yīng)用場合是將重物快勻速放中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE異步電機的制動異步電機的制動u

31、 異步電機的發(fā)電機（回饋）制動異步電機的發(fā)電機（回饋）制動轉(zhuǎn)向不反向的回饋制動轉(zhuǎn)向不反向的回饋制動對于變極調(diào)速（對于變極調(diào)速（由少極數(shù)變?yōu)槎嘤缮贅O數(shù)變?yōu)槎鄻O數(shù)極數(shù)）而言，設(shè)原運行于固有特）而言，設(shè)原運行于固有特性上的性上的 A A點，是正向電動狀態(tài)點，是正向電動狀態(tài)。現(xiàn)電機?，F(xiàn)電機極數(shù)增加一倍極數(shù)增加一倍，則電機，則電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n超過新的同步速超過新的同步速n n1 1 。若電若電機的接法及各參數(shù)均不變，則最機的接法及各參數(shù)均不變，則最后穩(wěn)定運行于點后穩(wěn)定運行于點D D，顯然，顯然 ，且兩，且兩者方向一致，所以者方向一致，所以 ，系統(tǒng)運行，系統(tǒng)運行于回饋制動狀態(tài)。于回饋制動狀態(tài)。對應(yīng)于他勵

32、直流電機的降壓降速，理想空載轉(zhuǎn)速小于電機實際轉(zhuǎn)速的情況，感應(yīng)電機在什么情況下才會有理想空載轉(zhuǎn)速降低？理想空載轉(zhuǎn)速由定子端電壓的頻率決定，所以降低頻率可以使理想空載轉(zhuǎn)速降低，而電機的轉(zhuǎn)速在降頻初瞬來不及改變，有可能高于理想空載轉(zhuǎn)速。ACD這整個過程都是回饋制動嗎？只有Cn1段時，n1D段屬于正向電動。僅僅降頻可不可以？為什么？不可以，根據(jù)4.44公式，端電壓不變，只降低頻率，主磁通將增大鐵芯將飽和，根據(jù)電機磁化曲線，勵磁電流將增大，有可能燒壞電機。所以在降頻時，應(yīng)降壓。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE有功功率流動關(guān)系221 2(1)0S rPTm IS 2211

33、220MCurPTm IPpS 221 220Cupm I r轉(zhuǎn)子軸上的機械功率變?yōu)殡姽β?，一部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，另一部分為電磁功率，通過電磁感應(yīng)作用傳遞到定子側(cè)。0Fep211 1 10Cupm I r11MFeCuPPpp當(dāng)PM較大時，P1為負(fù)，向電網(wǎng)回饋能量。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE無功功率流動關(guān)系從等效電路上看，電機吸收的無功功率為：22211 111 2220mmQm I XI Xm I X所以，電機仍然從電網(wǎng)吸收無功，所謂的發(fā)電，是指發(fā)有功，而不是發(fā)無功。221 220Qm I X中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系

34、EE三、感應(yīng)電動機的能耗制動三、感應(yīng)電動機的能耗制動回顧直流電機能耗制動，電樞串電阻，切掉端電壓。反映在理想空載轉(zhuǎn)速上，就是理想空載轉(zhuǎn)速為零。電機軸上的機械能轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞回路的電阻上。感應(yīng)電動機的能耗制動，如果切掉電源，則主磁通沒有了，也就不會有電磁轉(zhuǎn)矩來制動。如何得到一個空載轉(zhuǎn)速為零的磁場？如果在一相或任兩相定子繞組通入直流電流，就會形成一個空載轉(zhuǎn)速為零的磁場。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE無論電機轉(zhuǎn)向如何，轉(zhuǎn)速如何，電磁轉(zhuǎn)矩總起制動作用。所以可以用于反抗性負(fù)載完全停機而不會反向起動。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE

35、此時，電機定子繞組只起直流勵磁作用，類似于直流電機的主磁極，并沒有向轉(zhuǎn)子傳遞電磁功率。轉(zhuǎn)子從軸上吸收的機械能全部消耗在轉(zhuǎn)子回路中，所以稱為能耗制動。fBil/eBlvBlRp/PTfRBilRp 2/CupeiBlR i pP中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE本節(jié)小結(jié) 異步電機三種制動方式的電路運行條件、對應(yīng)的物理過程（即適用場合）、轉(zhuǎn)速特點（轉(zhuǎn)差率的特點）和能量流動關(guān)系 利用機械特性和等效電路分析制動過程時的電機物理量的變化情況2-4 三相感應(yīng)電動機的調(diào)速為什么要調(diào)速？系統(tǒng)功能的需要、節(jié)能的需要。電動車、空調(diào)、風(fēng)扇、抽油機、恒壓供水等等對于目前工業(yè)應(yīng)用最廣的感應(yīng)

36、電機，如何來調(diào)速？1160(1)(1)fnS nSp兩種途徑：即改變同步速n1，改變轉(zhuǎn)差率S改變同步速n1，有兩種方法，一種是變頻，一種是改變極對數(shù)。改變轉(zhuǎn)差率S，最主要的也有兩種方法，即降低定子端電壓，轉(zhuǎn)子回路串電阻。中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE一、感應(yīng)電機的變極調(diào)速一、感應(yīng)電機的變極調(diào)速用改變定子繞組的接法來改變極對數(shù)，這種電機稱為多速電動機，其轉(zhuǎn)子一般采用籠型，因為它感應(yīng)的極對數(shù)能自動與定子相適應(yīng)。定子每相繞組都由兩個完全對稱的“半相繞組”或“1/n相繞組”所組成。1A1X2A2X把這些由線圈組構(gòu)成的1/n相繞組的首末端全部引出，通過不同地聯(lián)接方式，即

37、可得到變化的極對數(shù)。優(yōu)點：簡單可靠、成本低、效率高、機械特性硬。不足：有級調(diào)速，級數(shù)有限，且電機只有在一種極數(shù)下可獲得較好的性能。二、感應(yīng)電機的變頻調(diào)速二、感應(yīng)電機的變頻調(diào)速對于感應(yīng)電機，如果降低端電壓的頻率，而端電壓不變，則會有什么后果？鐵芯飽和，勵磁電流上升，功率因數(shù)下降，鐵耗上升，定子銅耗上升，效率下降，嚴(yán)重時可以燒壞電機。在低于額定頻率的變頻調(diào)速的時，一定要注意電壓頻率協(xié)調(diào)控制，最常用的是保持主磁通不變的恒壓頻比調(diào)速。111114.44wmUEf N k1111114.44NwmNUUN kff中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE21122211112211221124()8()mm pUTfrrXXm pUfLL最大電磁轉(zhuǎn)矩基本不變。頻率較低時，定子電阻不可以忽略，分子比分母下降倍數(shù)大，Tm下降。起動轉(zhuǎn)矩隨著頻率下降，先升后降。采用恒壓頻比調(diào)速，頻率仍較高時，1211212()XXf LLr中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系中國石油大學(xué)（華東）電氣工程系EE當(dāng)頻率低于額定頻率，但仍較高時1211212()XXf LLr22221211221122()mrrSXXrXXrf LL2121112126060 2()2 ()mmrfrnS nf LLpLL頻率