電機(jī)學(xué)：異步機(jī) 18章 起調(diào)制

1、第四篇 異步機(jī)第18章 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)18.1 起動(dòng)18.2 調(diào)速18.3 制動(dòng)18.1.1 起動(dòng)定義、起動(dòng)指標(biāo)18.1.2 普通籠型機(jī)的起動(dòng)18.1.3 繞型機(jī)的起動(dòng)18.1.4 集膚效應(yīng)18.1.5 深槽籠型機(jī)18.1.6 雙籠籠型機(jī)18.1 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1 起動(dòng)定義-異步電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程，稱為起動(dòng)。2 起動(dòng)指標(biāo)-標(biāo)志感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)品質(zhì)的主要指標(biāo)有兩個(gè)： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN、 起動(dòng)電流倍數(shù)Ist/IN。 18.1.1 起動(dòng)定義、起動(dòng)指標(biāo)1 起動(dòng)方法分類2 全壓起動(dòng)特點(diǎn)3 降壓起動(dòng)特點(diǎn)4 降壓起動(dòng)種類5 電抗起動(dòng)法-不要求6 自耦變壓器起動(dòng)法-不要求7 星

2、三角起動(dòng)法8 延邊三角形起動(dòng)法-不要求18.1.2 普通籠型機(jī)的起動(dòng)1 起動(dòng)方法分類-分兩類：全壓起動(dòng)（直接起動(dòng)）降壓起動(dòng)（間接起動(dòng)）18.1.2 普通籠型機(jī)的起動(dòng)2.1 普通籠型機(jī)的全壓起動(dòng)指標(biāo)：起動(dòng)電流倍數(shù)Ist/IN=47倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN=12倍。2.2 全壓起動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)：操作、設(shè)備都最簡(jiǎn)單。2.3 全壓起動(dòng)法的缺點(diǎn)：起動(dòng)電流很大。故全壓起動(dòng)受電網(wǎng)容量限制。起動(dòng)電流使電網(wǎng)電壓顯著下降，影響周邊設(shè)備的運(yùn)行。大中型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前要校核，就是這個(gè)道理。2 全壓起動(dòng)特點(diǎn)3.1 降壓起動(dòng)目的：為了減小起動(dòng)電流。3.2 降壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析由T形電路知，忽略勵(lì)磁電流，Ist=I1=I

3、2。以s=1、I2=I1=Ist代入電磁轉(zhuǎn)矩公式得 ：3 降壓起動(dòng)特點(diǎn)以s=sN、I2=I1=IN(忽略勵(lì)磁電流)代入電磁轉(zhuǎn)矩公式得額定轉(zhuǎn)矩：3.2 降壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析：續(xù)1于是可得：3.2 降壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析：續(xù)2可見(jiàn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)正比于起動(dòng)電流倍數(shù)的平方及額定轉(zhuǎn)差率。即當(dāng)起動(dòng)電流減小k倍時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將減小k2倍。故降壓起動(dòng)法只適用于空載或輕載，如風(fēng)扇等。 降壓起動(dòng)方法有：電抗起動(dòng)法-不要求自耦變壓器起動(dòng)法-不要求星三角起動(dòng)法延邊三角形起動(dòng)法-不要求4 降壓起動(dòng)種類不要求5 電抗起動(dòng)法6 自耦變壓器起動(dòng)法不要求7.1 星三角起動(dòng)法的意義-待起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)接成星形，運(yùn)行時(shí)改接成三角形。

4、7.2 星三角起動(dòng)法的適用（限制）-待起動(dòng)電機(jī)必須是三角形接法（運(yùn)行）。7.3 星三角起動(dòng)法繞組的出線端子數(shù)-六個(gè)。7 星三角起動(dòng)法7 星三角起動(dòng)法 續(xù)17.4 星三角起動(dòng)法的接線起動(dòng)：開(kāi)關(guān)左合時(shí)XYZ接到一起，繞組成星形；運(yùn)行：開(kāi)關(guān)右合時(shí)X接B、Y接C、Z接A，繞組成三角形。倒閘時(shí)刻：接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)。7 星三角起動(dòng)法 續(xù)27.5 星三角起動(dòng)法的起動(dòng)電流倍數(shù)設(shè)電動(dòng)機(jī)在s=1時(shí)的每相阻抗為Zk。星形起動(dòng)時(shí)定子每相電壓為額定線電壓U1N的 倍，相電流等于線電流：Ist(Y)= U1N/ |Zk|三角形起動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U1N，每相繞組中起動(dòng)電流為U1N/|Zk|，線電流Ist(D)= U1

5、N/|Zk|。兩種情況下起動(dòng)電流之比為1/3。見(jiàn)右式： 7 星三角起動(dòng)法 續(xù)37.6 星三角起動(dòng)法的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 端電壓降低到 倍。所以， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到原先的1/3。 可見(jiàn)，星三角起動(dòng)法的兩個(gè)指標(biāo)都是1/3。 7 星三角起動(dòng)法 續(xù)47.7 星三角起動(dòng)法的特點(diǎn) 設(shè)備簡(jiǎn)單、受接線方式限制。8 延邊三角形起動(dòng)法不要求1 繞型機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 繞型機(jī)的起動(dòng)接線3 繞型機(jī)的起動(dòng)原理4 繞型機(jī)的起動(dòng)特點(diǎn) 18.1.3 繞型機(jī)的起動(dòng)1.1 轉(zhuǎn)子繞組為繞線型繞組。1.2 有刷環(huán)機(jī)構(gòu)-定子上有電刷，轉(zhuǎn)子上有滑環(huán) 。1 繞型機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 繞型機(jī)的起動(dòng)接線3 繞型機(jī)的起動(dòng)原理起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子中串入起動(dòng)電阻Rst，不僅使

6、Ist減小，而且使cos2增大，從而使Tst增大。 課本第149頁(yè)有：3.1 起動(dòng)電流小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。繞型機(jī)的起動(dòng)是一種理想的起動(dòng)。3.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴。故繞型機(jī)大多應(yīng)用在起動(dòng)性能要求比較高的場(chǎng)合，例如鏟土機(jī)、起重機(jī)等。4 繞型機(jī)的起動(dòng)特點(diǎn)1 什么是集膚效應(yīng)？2 集膚效應(yīng)與哪些因素有關(guān)？3 集膚效應(yīng)有利于異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 18.1.4 集膚效應(yīng)1 什么是集膚效應(yīng)？18.1.4 集膚效應(yīng)將導(dǎo)條沿槽高方向分成多股(圖示4股)。各股所生漏磁均繞過(guò)槽底。故股線越近槽底所交鏈的漏磁越多，漏抗越大。因此槽口股線流過(guò)的電流大，槽底股線的電流小。這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)，也稱擠流效應(yīng)。1 什么是集膚效應(yīng)？ 續(xù)

7、電流集中到導(dǎo)條上部，相當(dāng)于導(dǎo)條的有效截面積減小，使轉(zhuǎn)子電阻增大。如圖所示。2 集膚效應(yīng)與哪些因素有關(guān)？據(jù)時(shí)變電磁場(chǎng)理論分析可知：頻率越高，槽形越深，集膚效應(yīng)越顯著。通常槽深h與槽寬b之比h/b1012。3 集膚效應(yīng)有利于異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)時(shí)s=1，轉(zhuǎn)子頻率高（f2=f1=50Hz），集膚效應(yīng)強(qiáng)，R2增大明顯，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子串入起動(dòng)電阻。因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩被提高，起動(dòng)電流被限制。運(yùn)行時(shí)s=0.03左右 ，轉(zhuǎn)子頻率低，僅13Hz，集膚效應(yīng)弱， R2增大微弱，相當(dāng)于起動(dòng)時(shí)的串入電阻被自動(dòng)切除。因此，不妨礙運(yùn)行。深槽籠型異步電動(dòng)機(jī)直接利用轉(zhuǎn)子電流的集膚效應(yīng)來(lái)改善起動(dòng)性能-降低起動(dòng)電流、提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。18.1

8、.5 深槽籠型機(jī)1 雙籠機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 雙籠機(jī)的起動(dòng)和工作3 雙籠機(jī)的Te-s曲線4 雙籠機(jī)的等效電路-不要求5 深槽機(jī)的變種：凸槽機(jī)18.1.6 雙籠籠型機(jī)轉(zhuǎn)子上有兩個(gè)籠：上籠、下籠。而且，兩個(gè)籠是電氣相通的。上籠位于外部，導(dǎo)條細(xì)，大，叫起動(dòng)籠；下籠位于內(nèi)部，導(dǎo)條粗，小，叫工作籠。1 雙籠機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率高，轉(zhuǎn)子漏抗轉(zhuǎn)子電阻。上、下導(dǎo)條中電流的分配取決于漏抗。由于集膚效應(yīng)，電流多集中于上籠。恰好上籠的電阻大，故可產(chǎn)生大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于起動(dòng)時(shí)上籠起主要作用，所以上籠稱為起動(dòng)籠。工作時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率低，轉(zhuǎn)子漏抗轉(zhuǎn)子電阻。上、下導(dǎo)條中電流的分配取決于電阻。而下籠電阻較小，故下籠的電流大，對(duì)

9、工作起主要作用，故下籠稱為工作籠。2 雙籠機(jī)的起動(dòng)和工作將上、下籠的Te-s曲線相加，即得雙籠機(jī)的Te-s曲線，如圖所示。 3 雙籠機(jī)的Te-s曲線改變上、下籠的尺寸和材料，就可以改變其參數(shù)。從而得到不同的起動(dòng)性能和工作性能，以滿足各種不同負(fù)載的要求。這是雙籠機(jī)優(yōu)于深槽機(jī)之處。不要求 4 雙籠機(jī)的等效電路在一些中小型籠型異步電動(dòng)機(jī)中，參照雙籠機(jī)的特點(diǎn)，將深槽改成凸形槽，能收到比深槽更好的效果。如圖所示。5 深槽機(jī)的變種：凸槽機(jī)18.2.1 調(diào)速總公式18.2.2 變極調(diào)速特點(diǎn)18.2.3 變頻調(diào)速特點(diǎn)18.2.4 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速特點(diǎn)18.2.5 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之調(diào)壓調(diào)速18.2.6 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之

10、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速18.2.7 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之串級(jí)調(diào)速-不要求18.2.8 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之雙饋調(diào)速-不要求18.2 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由上式可得調(diào)速三大方法：1）變極調(diào)速2）變頻調(diào)速3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速18.2.1 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速總公式有級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍寬。18.2.2 變極調(diào)速特點(diǎn)18.2.3 變頻調(diào)速特點(diǎn)無(wú)級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍寬。18.2.4 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速特點(diǎn)無(wú)級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍寬窄不一。18.2.5 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之調(diào)壓調(diào)速1 調(diào)壓調(diào)速原理2 調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)3 調(diào)壓調(diào)速注意事項(xiàng)1 調(diào)壓調(diào)速原理若電動(dòng)機(jī)的端電壓從U1N降到0.7U1N，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將從n1降到n2。如圖所示。 Te與U2成正比。因此改變U

11、，Te-s曲線高度隨之改變，工作點(diǎn)隨之改變，轉(zhuǎn)速隨之改變。 2 調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)2.1 調(diào)速范圍小對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率sm時(shí)，Te-s曲線與負(fù)載特性無(wú)交點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。因此這種方法的調(diào)速范圍為0sm。而sm一般又很小，故調(diào)速范圍小。2.2 無(wú)級(jí)調(diào)速如果能平滑地改變端電壓，那么，就能平滑地移動(dòng)工作點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。3 調(diào)壓調(diào)速的注意事項(xiàng) 使用調(diào)壓調(diào)速時(shí)，必須注意轉(zhuǎn)速下降時(shí)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱情況。因?yàn)?恒功率調(diào)速時(shí)，Pe近似不變，pCu2與s近似成正比增加。橫轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)， Pe=Tes 仍然近似不變，pCu2與s近似成正比增加。18.2.6 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速1 轉(zhuǎn)子串電阻

12、調(diào)速的原理2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的特點(diǎn)3 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)壓的注意事項(xiàng)1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的原理Tmax與R2無(wú)關(guān)。因此改變R2 ，Te-s曲線保持高度不變而移動(dòng)，工作點(diǎn)隨之改變，轉(zhuǎn)速隨之改變。如圖所示。 2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的特點(diǎn)2.1 優(yōu)點(diǎn)1：調(diào)速范圍寬，為s=01。 當(dāng)轉(zhuǎn)子中加入調(diào)速電阻時(shí)，Te-s曲線將左移，如上頁(yè)圖示。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2+T0不變，s將從s1增大到s2，即轉(zhuǎn)速將下降。調(diào)速范圍為s=01。 2.2 優(yōu)點(diǎn)2：無(wú)級(jí)調(diào)速如果能平滑地所串電阻，那么，就能平滑地移動(dòng)工作點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。2.3 缺點(diǎn)1：調(diào)速電阻中要消耗一定的能量。 2.4 缺點(diǎn)2：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，負(fù)載變化時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將

13、發(fā)生顯著變化。2.5 缺點(diǎn)3：只適合繞線型異步電動(dòng)機(jī)。 3 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的注意事項(xiàng)與調(diào)壓調(diào)速一樣，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí)，也必須注意轉(zhuǎn)速下降時(shí)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱情況。由于轉(zhuǎn)子回路的銅耗pcu2=sPe，故轉(zhuǎn)速調(diào)得越低，轉(zhuǎn)差率就越大，銅耗就越多，效率就越低。如把轉(zhuǎn)差率調(diào)到0.5，則電磁功率中的50將變成轉(zhuǎn)子回路銅耗。這些銅耗將變成熱能，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱。18.2.7 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之 串級(jí)調(diào)速不要求18.2.8 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速之 雙饋調(diào)速不要求18.3.1 制動(dòng)的本質(zhì)18.3.2 反接制動(dòng)18.3.3 回饋制動(dòng)18.3.4 能耗制動(dòng)18.3.5 異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)分類的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)18.3 異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)的本質(zhì)是：電磁

14、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，方向相反。18.3.1 制動(dòng)的本質(zhì)正轉(zhuǎn)反接 的反接制動(dòng)正接反轉(zhuǎn) 的反接制動(dòng)18.3.2 反接制動(dòng)1.1 正轉(zhuǎn)反接的意義-保持正向轉(zhuǎn)速，通過(guò)反接改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向：+n、+Te +n、-Te。 反接就是三相中調(diào)換任意兩相。1.2 正轉(zhuǎn)反接的注意事項(xiàng)1.2.1正轉(zhuǎn)反接后，電機(jī)立即進(jìn)入s2時(shí)的電磁制動(dòng)狀態(tài)，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較強(qiáng)的制動(dòng)作用。為了使反接時(shí)電流不致過(guò)大，若為繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，反接時(shí)應(yīng)該在轉(zhuǎn)子回路串入附加電阻。1.2.2當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至零時(shí)，必須立即切斷定子電源，否則電動(dòng)機(jī)將向相反方向旋轉(zhuǎn)。 1 正轉(zhuǎn)反接的反接制動(dòng)2.1 正接反轉(zhuǎn)的意義-保持正向接法，通過(guò)轉(zhuǎn)子串電阻改變轉(zhuǎn)速的方向：+n

15、、+Te-n、+Te。2 正接反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)2.2 正接反轉(zhuǎn)的制動(dòng)原理1 回饋制動(dòng)的意義2 回饋制動(dòng)、正轉(zhuǎn)反接的區(qū)別3 回饋制動(dòng)實(shí)例18.3.3 回饋制動(dòng)1 回饋制動(dòng)的意義-nns時(shí)，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩方向變反：+n、+Te+n、-Te。2 回饋制動(dòng)、正轉(zhuǎn)反接的區(qū)別 回饋制動(dòng)使電機(jī)進(jìn)入s0的小轉(zhuǎn)差制動(dòng)方式。 正轉(zhuǎn)反接使電機(jī)進(jìn)入s2的大轉(zhuǎn)差制動(dòng)方式。18.3.3 回饋制動(dòng)3 回饋制動(dòng)實(shí)例當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電氣機(jī)車下坡時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩、重力轉(zhuǎn)矩方向一致，機(jī)車速度越來(lái)越快。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)同步速，即nns時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩方向開(kāi)始改變：+n、+Te+n、-Te。電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，即回饋制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩、重力轉(zhuǎn)矩方向相反。轉(zhuǎn)速越來(lái)越高。Te隨轉(zhuǎn)速增加而增加，重力轉(zhuǎn)矩Tw與轉(zhuǎn)