第七章三相異步的電力拖動(dòng)

7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

第七章三相異步機(jī)的電力拖動(dòng)7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)指電動(dòng)機(jī)接通電源后由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程.對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要求二：起動(dòng)電流小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。1.起動(dòng)電流大的原因

起動(dòng)時(shí),,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大,使轉(zhuǎn)子電流大,根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系,定子電流必然增大.2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的原因從下述公式分析

起動(dòng)時(shí),,遠(yuǎn)大于運(yùn)行時(shí)的,轉(zhuǎn)子漏抗很大,很低,盡管很大,但并不大.

由于起動(dòng)電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小,對(duì)應(yīng)的氣隙磁通減小.由上述兩個(gè)原因使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大.7.1.1

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、直接起動(dòng)可以直接起動(dòng)的條件：起動(dòng)電流倍數(shù)二、降壓起動(dòng)適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接線的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)Y接；運(yùn)行時(shí)△接。起動(dòng)電流關(guān)系:Y-△

降壓起動(dòng)多用于空載或輕載起動(dòng)1.Y-△

降壓起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩關(guān)系:2.自耦變壓器降壓起動(dòng)直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流：降壓后二次側(cè)起動(dòng)電流：變壓器一次側(cè)電流：電網(wǎng)提供的起動(dòng)電流減小倍數(shù)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小的倍數(shù)：自耦變壓器一般有三個(gè)分接頭可供選用。7.1.2

三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)

在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮?既能限制起動(dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

為了有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、使起動(dòng)過(guò)程平滑，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級(jí)對(duì)稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸切除起動(dòng)電阻。

電動(dòng)機(jī)由a點(diǎn)開(kāi)始起動(dòng)，經(jīng)b→c→d→e→f→g→h，完成起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)過(guò)程二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。

起動(dòng)時(shí)，S2斷開(kāi)，轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機(jī)通電開(kāi)始起動(dòng)。起動(dòng)時(shí),,頻敏變阻器鐵損大,反映鐵損耗的等效電阻大,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)較大電阻。隨著上升,減小,鐵損減少,等效電阻減小,相當(dāng)于逐漸切除,起動(dòng)結(jié)束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉(zhuǎn)子電路直接短路。

7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.2.1

能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)：制動(dòng)時(shí)，S1斷開(kāi),電機(jī)脫離電網(wǎng)，同時(shí)S2閉合,在定子繞組中通入直流勵(lì)磁電流。

直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁場(chǎng)，因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割恒定磁場(chǎng)，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)，轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為零，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

制動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子回路電阻上——能耗制動(dòng)。nTemA0n1C1B23

對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī),可以增大直流勵(lì)磁電流來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī),可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)電阻大?。阂?、電源兩相反接的反接制動(dòng)7.2.2

反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)：將電動(dòng)機(jī)電源兩相反接可實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。機(jī)械特性由曲線1變?yōu)榍€2，工作點(diǎn)由A→B→C，n=0,制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。繞線式電動(dòng)機(jī)在定子兩反接同時(shí),可在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)制動(dòng)電阻來(lái)限制制動(dòng)電流和增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

,曲線3。二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)條件:適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載情況。實(shí)現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當(dāng)大電阻RB。電機(jī)工作點(diǎn)由A→B→C，n=0，制動(dòng)過(guò)程開(kāi)始，電機(jī)反轉(zhuǎn)子，直到D點(diǎn)。在第四象限才是制動(dòng)狀態(tài)。由于電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，n<0，所以s>1。反接制動(dòng)時(shí)，s>1，所以有機(jī)械功率為電磁功率為機(jī)械功率為負(fù)，說(shuō)明電機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率；電磁功率為正說(shuō)明電機(jī)從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。而表明，軸上輸入的機(jī)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，所反接制動(dòng)的能量損耗較大。7.2.3

回饋制動(dòng)實(shí)現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1.

回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。一、下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)

首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點(diǎn)由A到B。經(jīng)過(guò)反接制動(dòng)過(guò)程（由B到C）、反向加速過(guò)程（C到-n1變化），最后在位能負(fù)載作用下反向加速并超過(guò)同步速，直到C點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。二、變極或變頻調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。電機(jī)工作點(diǎn)由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，，電機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進(jìn)行調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)椤?.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對(duì)數(shù)調(diào)速。（2）改變電源頻率調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。7.3.1

變極調(diào)速一、變極原理變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。以4極變2極為例：U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場(chǎng)：反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場(chǎng)：二、三種常用變極接線方式Y(jié)→反并YY，2p-pY→反串Y，2p-p?→YY，2p-p注意：

當(dāng)改變定子繞組接線時(shí)，必須同時(shí)改變定子繞組的相序三、變極調(diào)速時(shí)容許輸出

容許輸出時(shí)是指保持電流為額定值條件下，調(diào)速前、后電動(dòng)機(jī)軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。1.Y-YY聯(lián)結(jié)方式Y(jié)-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，保持每一繞組電流為,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為

可見(jiàn)，Y-YY聯(lián)結(jié)方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2.?-YY聯(lián)結(jié)方式?-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，保持每一繞組電流為,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為

可見(jiàn)，?-YY聯(lián)結(jié)方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉(zhuǎn)矩近似減少一半，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。

同理可以分析，正串Y-反串Y聯(lián)結(jié)方式的變極調(diào)速屬恒功率調(diào)速。四、變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1.Y-YY聯(lián)結(jié)方式2.△-YY聯(lián)結(jié)方式

變極調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)速幾乎是成倍變化的,調(diào)速的平滑性較差,但具有較硬的機(jī)械特性,穩(wěn)定性好,可用于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.7.3.2

變頻調(diào)速一、電壓隨頻率調(diào)節(jié)的規(guī)律

當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f1正比，連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，

頻率改變將影響磁路的飽和程度、勵(lì)磁電流、功率因數(shù)、鐵損及過(guò)載能力的大小。為了保持變頻率前、后過(guò)載能力不變，要求下式成立：1、恒轉(zhuǎn)矩變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的主磁通和過(guò)載能力不變。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2、恒功率變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的過(guò)載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。對(duì)恒功率負(fù)載得二、頻率調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可用下列各式表示最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)速降在基頻以下調(diào)速時(shí),保持,即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

在基頻以上調(diào)速時(shí),電壓只能，迫使主磁通與頻率成反比降低，近似為恒功率調(diào)速。7.3.3

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接對(duì)稱電阻時(shí)的機(jī)械特性為

從機(jī)械特性看，轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)，同步速和最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大。當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而減小。設(shè)、、是轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻前的量，、、是串聯(lián)電阻后的量，則轉(zhuǎn)子串接的電阻為：二、繞線