三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)調(diào)速和制動(dòng)介紹課件

1、第十一章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 1第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)本章主要內(nèi)容2概 述本章著重從電機(jī)理論方面討論異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)。在實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)常要起動(dòng)，調(diào)速和制動(dòng)等。3 第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能 起動(dòng)的定義：從靜止到轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的過(guò)程。起動(dòng)要求起動(dòng)時(shí)間短，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少。起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升。起動(dòng)時(shí)能耗小。4表示起動(dòng)性能的兩個(gè)物理量：起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)挝浑娏鞯钠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩，表示電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。 第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的起

2、動(dòng)性能 5單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：-轉(zhuǎn)子支路短路很大，激磁支路可忽略。電機(jī)起動(dòng)電流： 由于電機(jī)內(nèi)阻抗很小，所以起動(dòng)電流很大，起動(dòng)電流與電源電壓成正比。在全電壓下起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流通常為額定電流的5-7倍。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩6單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩7單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩8 必須根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)起動(dòng)性能的具體要求，確定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。 起動(dòng)電流大，使母線電壓降低，影響其它負(fù)載。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，帶重載起動(dòng)困難。異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)存在的問(wèn)題9決定電機(jī)起動(dòng)方法的因數(shù)供電容量、負(fù)載特性、起動(dòng)頻繁與否。供電容量大，電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)影響小。重載

3、起動(dòng)，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。起動(dòng)頻繁，對(duì)供電電網(wǎng)母線電壓波動(dòng)較大，希望起動(dòng)電流小。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法10異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)直接起動(dòng)降壓起動(dòng)：定子串電阻器起動(dòng)，自耦變壓器降壓起動(dòng)，星-三角換接起動(dòng)，延邊三角形起動(dòng)等。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)特殊設(shè)計(jì)的異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法112.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)） 起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組加額定電壓。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，起動(dòng)設(shè)備的投資和維修費(fèi)用小，可能的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。 缺點(diǎn)：起動(dòng)電流大，一般為額定電流5-7倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1-2倍，過(guò)大的起動(dòng)電流使輸電線路上較大的阻抗壓降，影響同一供電系統(tǒng)上其它負(fù)載。12 全

4、壓起動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過(guò)（1015）額定電壓（頻繁起動(dòng)時(shí)取10），可以采取全壓起動(dòng)。 在發(fā)電廠中，由于供電容量大，一般采用全壓起動(dòng)。如果供電變壓器容量不夠大，則應(yīng)采用降壓起動(dòng)方式。2.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)13適用于輕載起動(dòng)。降壓起動(dòng) 起動(dòng)時(shí)，將電源電壓降低，以減小起動(dòng)電流，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也同時(shí)下降。U1Ist，但Tst 2.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)14 定子回路串電阻或電抗器降壓起動(dòng) 起動(dòng)電流減小，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按電壓平方關(guān)系下降，下降更多，起動(dòng)特性不是很好，生產(chǎn)中很少使用。 2.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)15 星三角降壓起動(dòng) 只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接法的電動(dòng)機(jī)。2.三相籠型

5、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)16適用于接法的電動(dòng)機(jī)。 星三角降壓起動(dòng)17結(jié)論：星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流減小為全壓起動(dòng)的1/3，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小為全壓起動(dòng)的1/3。 2.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)18 自耦變壓器的變比為 ，起動(dòng)時(shí)，加在電機(jī)上電壓為電源電壓的 ，電機(jī)接在變壓器低壓側(cè)，高壓側(cè)電流為： 自耦變壓器降壓起動(dòng)2.三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，但自耦變壓器體積大，造價(jià)高。 起動(dòng)電流為直接起動(dòng)的 ， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，也為直接起動(dòng)的 。19線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子可外串電阻或變頻器。轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)，可以使Ist，Tst ，轉(zhuǎn)子串電阻以后， Tmax不變，但sk增加。當(dāng)sk =1時(shí)，

6、Tst =Tmax。2.繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)20TST0 0.5 sTmaxSk =1特點(diǎn)： r ，Tst ， Tst =Tmax轉(zhuǎn)子回路串入的電阻繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)21（1）轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)圖117 轉(zhuǎn)子串電阻原理接線圖2.繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)22（1）轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)23（2）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)圖118 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器原理接線圖2.繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)243.三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法：把三對(duì)反并聯(lián)晶閘管串接在異步電動(dòng)機(jī)定子三相電路中，通過(guò)改變晶閘管控制角來(lái)調(diào)節(jié)定子繞組電壓，使其按照設(shè)定的規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。 軟起動(dòng)器是一種采用數(shù)字控制的無(wú)觸點(diǎn)降壓起動(dòng)控制裝置。25優(yōu)點(diǎn):可

7、靈活設(shè)定軟起動(dòng)方式及起動(dòng)電流曲線，有效控制起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)。對(duì)電網(wǎng)沖擊小，起動(dòng)功耗小。在無(wú)調(diào)速要求的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用逐漸增多。能實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)、軟制動(dòng)及斷相、過(guò)載和欠壓等多種保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)能運(yùn)行。缺點(diǎn)：產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)不利。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)26第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有以下幾種方式： 改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，稱(chēng)為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速； 改變磁極對(duì)數(shù)P調(diào)速，稱(chēng)為變極調(diào)速； 改變電動(dòng)機(jī)供電電源頻率調(diào)速，稱(chēng)為變頻調(diào)速。271.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常用方法：調(diào)壓調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。 （1）調(diào)壓調(diào)速 當(dāng)電源電壓頻率一定時(shí)，改變電壓，則電磁轉(zhuǎn)矩T隨 成正比變

8、化，而臨界轉(zhuǎn)差率不變，由此作出降低定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性。 一般電機(jī)電壓變化，轉(zhuǎn)速改變不大，調(diào)速范圍??；主要用于風(fēng)機(jī)、水泵等，這類(lèi)負(fù)載轉(zhuǎn)速改變不大，但功率變化較大。28圖119 電壓變化時(shí)機(jī)械特性曲線1.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速29（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子回路串電阻，機(jī)械特性變化，最大轉(zhuǎn)矩不變，但達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率變化。 圖1110 轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的機(jī)械特性曲線1.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速30優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍廣。缺點(diǎn)：調(diào)速電阻消耗能量，增加功耗，降低效率，隨著轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子銅耗增加，效率降低更多。 主要用于起重機(jī)械中的中、小功率異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。1.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速31(3). 串

9、級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)方法：在轉(zhuǎn)子回路接入一個(gè)轉(zhuǎn)差頻率的功率變換裝置。即在轉(zhuǎn)子的每相回路中串入頻率為 的附加電動(dòng)勢(shì) ，通過(guò)控制 的大小和相位，將轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)去，既實(shí)現(xiàn)節(jié)能，又達(dá)到調(diào)速的目的，也稱(chēng)為雙饋調(diào)速。1.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速322、變極調(diào)速調(diào)速方法：電源頻率不變、改變定子繞組極數(shù)，使電機(jī)同步轉(zhuǎn)速改變。調(diào)速要求：定子繞組需特殊設(shè)計(jì)，通過(guò)改變繞組外部接線能改變極對(duì)數(shù)，如通過(guò)改變一套繞組的聯(lián)結(jié)方式來(lái)獲得不同的極對(duì)數(shù)，或者是采用兩套不同極對(duì)數(shù)的繞組。結(jié)論：有級(jí)調(diào)速，平滑性差，若采用兩套繞組，則材料消耗多，電機(jī)體積增加，成本增大。 近年來(lái)，工程實(shí)際中一般采用單繞組變極調(diào)速，即通過(guò)改變一套繞組的聯(lián)結(jié)方式獲得不同

10、的極對(duì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。不適用于轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)固定的繞線式電動(dòng)機(jī)。 332、變極調(diào)速34Y/YY聯(lián)結(jié)改接法 /YY聯(lián)結(jié)改接法 353.變頻調(diào)速 當(dāng)轉(zhuǎn)差率基本不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變頻率就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種方法稱(chēng)為變頻調(diào)速。 把異步電動(dòng)機(jī)額定頻率稱(chēng)為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向下調(diào)節(jié)，也可以從基頻向上調(diào)節(jié)。36（1）從基頻向下調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí) 電壓不變，主磁通將增大，使磁路過(guò)于飽和而導(dǎo)致勵(lì)磁電流急劇增加、功率因數(shù)降低，因此在降低頻率調(diào)速的同時(shí)，必須降低電源電壓。 3.變頻調(diào)速37 機(jī)械負(fù)載不同，降低電壓方法也可不同。如，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，保持主磁通 不變，以保證最大轉(zhuǎn)矩

11、基本不變，有： 即調(diào)頻調(diào)壓。風(fēng)機(jī)負(fù)載低速運(yùn)行時(shí)，為了減小鐵 耗，可使主磁通低于額定值，為此電壓應(yīng)比 保持不變時(shí)更低一些。3.變頻調(diào)速38（2）從基頻向上調(diào)節(jié) 端電壓保持額定，則頻率越高，主磁通越低，最大轉(zhuǎn)矩也越小。因此，從基頻向上調(diào)節(jié)不適合于拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 變頻調(diào)速通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)。變頻器是一種固態(tài)頻率變換裝置，作為異步電動(dòng)機(jī)的交流電源，其輸出電壓的大小和頻率都可連續(xù)調(diào)節(jié)，使異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。3.變頻調(diào)速39 變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法中性能最好的，雖然目前變頻器價(jià)格還較高，但是其性價(jià)比在不斷提高，因此，變頻調(diào)速在國(guó)內(nèi)外各行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。3.變頻調(diào)速40第三

12、節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)方式：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)：由機(jī)械方式（如制動(dòng)閘）施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電氣制動(dòng)：施加于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向反向，迫使電動(dòng)機(jī)減速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 常用電氣制動(dòng)方法有：能耗制動(dòng)，反接制動(dòng)，回饋制動(dòng)幾種。 411.能耗制動(dòng) 能耗制動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子中的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅耗，以達(dá)到迅速停車(chē)的目的，所以這種方式稱(chēng)為能耗制動(dòng)。42制動(dòng)方法：異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，把定子從交流電源斷開(kāi)，同時(shí)通入直流電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，迫使轉(zhuǎn)子停下來(lái)。 常用于需要電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)時(shí)。 1.能耗制動(dòng)43制動(dòng)方法：運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，則電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，電機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)運(yùn)行。有功電流方向反向，電磁功率為負(fù)，電機(jī)將電能回饋到電網(wǎng)，所以回饋制動(dòng)也稱(chēng)為再生發(fā)電制動(dòng)。2.回饋制動(dòng)44制動(dòng)方法：異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，改變氣隙磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向，則電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)停車(chē)，這種方法稱(chēng)為反接制動(dòng)。反接制動(dòng)的兩種方式：改變電源相序，電機(jī)轉(zhuǎn)速反向。3.反接制動(dòng)45（1）改變電源相序 改變定子電流的相序，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，使轉(zhuǎn)速迅速降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速降為零時(shí)，為避免電機(jī)反向電動(dòng)運(yùn)行，需要及時(shí)切斷電源。優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)迅速，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：制動(dòng)電流很大，需采取限流措施，且制動(dòng)