第26講 三相異步電動機制動

第六節(jié)三相異步電動機的機械特性第26講三相異步電動機的各種運行狀態(tài)一、能耗制動二、反接制動

三、倒拉反轉(zhuǎn)運行

四、回饋制動n1ABC120TTL-n1n31n￠正向點動運行反向點動運行一、三相異步電動機的運行狀態(tài)若電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，則電動機運行在電動狀態(tài)；若兩者方向相反，電動機運行在制動狀態(tài)。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同，又分為回饋制動、反接制動、倒拉反轉(zhuǎn)運行及能耗制動。二、三相異步電動機的能耗制動1、能耗制動過程：（1）三相異步電動機處于電動狀態(tài)，如果突然切斷電源;（2）同時把直流電通入定子繞組，產(chǎn)生空間固定的磁通勢；（3）轉(zhuǎn)子因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流；（4）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與恒定磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩；二、三相異步電動機的能耗制動電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，電動機處于制動運行狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為零，制動過程結(jié)束。在上述制動過程中，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻中，故稱為能耗制動過程。2、定子等效電流異步電動機定子通入直流電流產(chǎn)生的磁通勢，其幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流有關(guān)。異步電動機能耗制動機械特性表達式的推導(dǎo)比較復(fù)雜。為了分析方便，用三相交流電流產(chǎn)生的磁通勢代替直流磁通勢，等效條件如下：（1）保持磁通勢幅值不變；（2）保持磁通勢與轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速不變，0-n=-n。二、三相異步電動機的能耗制動二、三相異步電動機的能耗制動如圖當(dāng)直流電流從定子繞組的A進B出，電動機定子繞組Y接，則A相和B相繞組產(chǎn)生的磁通勢相等，相差60°，則合成磁通勢為：把直流磁通勢等效為由三相交流電流產(chǎn)生，每相交流電流的有效值為I1，則交流磁通勢的幅值為：二、三相異步電動機的能耗制動等效原則為：于是得到：二、三相異步電動機的能耗制動3、轉(zhuǎn)差率及等效電路磁通勢與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為（-n），而磁通勢的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/p，能耗制動的轉(zhuǎn)差率用表示，則：轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的大小及頻率為：二、三相異步電動機的能耗制動例如：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，；

n=n1時，

n=-n1時，其中，E2是磁通勢與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為-n1，即n=-n1時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢。把轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到定子邊后，三相異步電動機能耗制動的等效電路圖如圖所示。二、三相異步電動機的能耗制動4、能耗制動的機械特性能耗制動時，忽略電動機鐵損耗。根據(jù)等效電路畫出定子電流、勵磁電流以及轉(zhuǎn)子電流之間的相量圖為：它們之間的關(guān)系為：忽略鐵損耗后，則有：另外，有：二、三相異步電動機的能耗制動把上面公式聯(lián)合求解得：電磁轉(zhuǎn)矩為：

能耗制動的機械特性通過坐標(biāo)原點，圖中曲線1和曲線2具有相同的轉(zhuǎn)子電阻，但2比1具有較大的直流勵磁電流；1和3具有相同的直流勵磁電流，但3比1具有較大的轉(zhuǎn)子電阻。二、三相異步電動機的能耗制動由圖可見，轉(zhuǎn)子電阻較小時（曲線1），初始制動轉(zhuǎn)矩比較小。對于籠型異步電動機，為了增大初始制動轉(zhuǎn)矩，就必須增大勵磁電流（曲線2）。對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，可以采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法來增大初始制動轉(zhuǎn)矩（曲線3）。二、三相異步電動機的能耗制動

三相異步電動機拖動反抗性負載運行時，采用能耗制動，電動機的運行點從A→B→0，最后準(zhǔn)確停在n=0處。如果負載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，需要在轉(zhuǎn)速等于零時切斷直流電源，且及時用機械抱閘將電動機軸剎住，才能保證及時停車。能耗制動時，既要有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又要電流不致過大，因此對鼠籠式異步電機?。簩@線式異步電動機?。簄1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制動過程能耗制動運行三、三相異步電動機的反接制動概念:

處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，同時在轉(zhuǎn)子回路中串入三相對稱電阻電動機便進入了反接制動過程。過程：電動機電動運行時，K2閉合，K1斷開，K2斷開，K1閉合，則改變了電源相序。改變相序后，定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向由原來逆時針變?yōu)轫槙r針，電磁轉(zhuǎn)矩方向隨之改變，變?yōu)橹苿有再|(zhì)，其機械特性曲線變?yōu)榍€2。三、三相異步電動機的反接制動定子兩相反接瞬間，n來不及變化，工作點由A變?yōu)锽，系統(tǒng)在制動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩共同作用下迅速減速，工作點沿曲線2移動，到達C點，制動結(jié)束。若為繞線式電機，在定子兩相反接的同時，還在轉(zhuǎn)子回路中串制動電阻，此時對應(yīng)機械特性為曲線3，制動過程為B/C/段。如果制動的目的只是為了快速停車，則在轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)立即切斷電源。否則工作點將進入第三象限，此時，如果為反抗性負載，且在C(C/)點的電磁轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)將反向啟動并加速到D(D/)點，處于反向電動狀態(tài)穩(wěn)定運行。三、三相異步電動機的反接制動若為拖動位能性負載，則電動機在位能負載拖動下，將一直反向加速到第四象限的E(E/)點處于穩(wěn)定運行。此時，電動機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，這稱為回饋制動狀態(tài)。反接制動過程中，電源為負序，n≥0，s≥1，轉(zhuǎn)子回路總電阻折合值為，機械功率為：說明在反接制動過程中，負載向電動機輸入機械功率。而電磁功率為：轉(zhuǎn)子回路銅損耗為：

從上面公式可以看出，轉(zhuǎn)子回路中消耗了從電源輸入的電磁功率以及由負載輸送的機械功率，數(shù)值較大，因此在轉(zhuǎn)子回路必須串入較大電阻。三、三相異步電動機的反接制動n1ABC120TTL-n1n反向制動過程-TL從轉(zhuǎn)子回路串電阻反接制動的機械特性來看為了使整個制動過程都保持較大的電磁轉(zhuǎn)矩，可以采用轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻并分級切除的方法。

三、三相異步電動機的反接制動n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向啟動例題8-4

四、三相異步電動機的倒拉反接制動這種反接制動適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動位能性負載的情況，能夠使重物獲得穩(wěn)定的下方速度。如起重機其原理圖和機械特性如圖所示。電動機原來工作在固有特性曲線的A點，轉(zhuǎn)子回路串入電阻RB時，特性曲線變?yōu)?。串入電阻瞬間，n來不及變化，工作點由A到B，電動機轉(zhuǎn)矩TB小于位能負載轉(zhuǎn)矩TL，減速提升，工作點沿曲線2由B移動至C。該過程中，電機運行在電動狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_C點時，轉(zhuǎn)速降至零，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TC仍小于負載轉(zhuǎn)矩TL，重物將倒拉電動機的轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，并加速到D點，此時，TD=TL，拖動系統(tǒng)將以轉(zhuǎn)速nD穩(wěn)定下方重物。該過程中負載轉(zhuǎn)矩稱為拖動轉(zhuǎn)矩，拉著電動機反轉(zhuǎn)，而電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用。四、三相異步電動機的倒拉反接制動二、三相異步電動機的反接制動

電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，在此點穩(wěn)定運行。在db段，電機轉(zhuǎn)速為-n，因此轉(zhuǎn)差率為由此可見，s>1時反接制動的特點。機械功率為

電磁功率為

機械功率為負，說明電機從軸上輸入機械功率；電磁功率為正說明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。

而轉(zhuǎn)子銅耗

表明，軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，反接制動的能量損耗較大。五、三相異步電動機的回饋制動回饋制動狀態(tài)實際上就是將軸上的機械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機狀態(tài)。實現(xiàn)：電動機轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1。對于位能性負載在反相序反接制動時，若不及切斷電源，電動機反向起動最后轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速-n1，在第四象限內(nèi)穩(wěn)定高速下放重物，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，進入反向回饋制動狀態(tài)，如圖中的從A→B→

C→

D→

E，最后穩(wěn)定在E點。n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向啟動五、三相異步電動機的回饋制動

在回饋制動過程中始終有n>n1，回饋制動的轉(zhuǎn)差率為：電動機的電磁功率：

電動機的機械功率：由電磁功率小于零，機械功率小于零可知，電動機處于回饋制動時，負載向電動機輸送功率，電磁功率不是由定子向轉(zhuǎn)子輸送，而是由轉(zhuǎn)子向定子輸送。電動機轉(zhuǎn)子電流的有功分量為：

五、三相異步電動機的回饋制動

若忽略勵磁電流I0，定子電流的有功分量，則電動機輸入功率P1為此式說明，異步電動機回饋制動時，電動機不是從電源吸取電功率，而是向電源輸送有功功率，電動機向電網(wǎng)回饋的電能時由拖動系統(tǒng)的機械能轉(zhuǎn)換而成的。電動機轉(zhuǎn)子電流的無功分量為：

五、三相