新《電拖》第3章.ppt

1、電驅(qū)動的基礎(chǔ)，第3章，三相異步電動機(jī)的電驅(qū)動，3.1三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性，(1)物理表達(dá)式，異步電機(jī)的每極磁通量，3.1.1三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性的三個(gè)表達(dá)式，3，(2)參數(shù)表達(dá)式，4，因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)的電磁功率，是由異步電動機(jī)的近似等效電路，5，臨界轉(zhuǎn)差率，即最大轉(zhuǎn)矩可以獲得，因?yàn)椋?1)最大轉(zhuǎn)矩和過載能力， 過載能力，6，1)當(dāng)f 1和參數(shù)不變時(shí)，最大扭矩Tmax與施加電壓U1的平方成比例； 2)最大轉(zhuǎn)矩Tmax與轉(zhuǎn)子回路電阻R2無關(guān)；3)臨界滑差sm與轉(zhuǎn)子回路電阻R2成正比，與漏抗成反比，與電壓無關(guān)；4)當(dāng)電源電壓U1和頻率f 1不變時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax與漏抗成反比；5)當(dāng)電源電壓U

2、1和參數(shù)不變時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨著頻率f 1的增加而減小。解釋分析：7，起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，(2)起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，當(dāng)S=1，1)當(dāng)電源頻率f 1和參數(shù)恒定時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩Tst與施加電壓U1的平方成正比。2)當(dāng)電源頻率f 1和電壓U1不變時(shí)，漏抗()越大，起動轉(zhuǎn)矩Tst越小。3)當(dāng)轉(zhuǎn)子電路電阻(包括外加電阻)等于電機(jī)的漏抗時(shí)，sm1和起動轉(zhuǎn)矩Tst(Tmax)最大?？梢钥闯?，對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，通過在轉(zhuǎn)子電路中增加適當(dāng)?shù)母郊与娮杩梢蕴岣咂饎愚D(zhuǎn)矩。4)起動轉(zhuǎn)矩Tst隨著工頻f 1的增加而減小。解釋和分析：8，(3)實(shí)用表達(dá)式，由于sm一般是sm0.10.2，忽略sm機(jī)械特性的實(shí)用表

3、達(dá)式，我們可以找出、9，3.1.2三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性，這意味著異步電動機(jī)工作在額定電壓和額定頻率，并且電動機(jī)是按照規(guī)定的連接方法連接的，定子和轉(zhuǎn)子，1)起始點(diǎn)a；2)額定工作點(diǎn)b；3)同步速度點(diǎn)h；4)最大扭矩點(diǎn)p和p，e，e，10，1，起始點(diǎn)n=0，s=1，2，額定工作點(diǎn)：n=nN，T=TN隨著電機(jī)容量的增加，額定轉(zhuǎn)差率SN減小，當(dāng)PN大于100kW時(shí)，SN=0.0140.025；當(dāng)容量相同、極數(shù)相同時(shí)，籠型電機(jī)的SN比繞線式電機(jī)小。3。同步速度點(diǎn)h: n=n0，s=0，t=0是理想條件。由于空載損耗，異步電動機(jī)此時(shí)無法工作。4。最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P和P S=Sm，T=Tmax，11，3.

4、1.3三相異步電動機(jī)的人工機(jī)械特性，e，e，特征：1)異步電動機(jī)的同步速度nS與電壓U1無關(guān)。無論U1電壓改變多少，納秒都不會改變。2)當(dāng)U1減小時(shí)，從公式(35)可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩Te與成比例，因此最大轉(zhuǎn)矩Tmax成比例地減小。然而，對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的臨界滑差sm與電壓U1無關(guān)。3)因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩Te與成比例，當(dāng)U1減小時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩Tst也將成比例地減小。定子電路與對稱電抗或電阻串聯(lián)，與定子電路串聯(lián)的對稱電抗一般用于籠型異步電動機(jī)的降壓起動，以限制電動機(jī)的起動電流。1)電機(jī)的同步速度nS不變，所以定子電路與不同的三相對稱電阻Rad(或電抗Xad)串聯(lián)時(shí)的人工機(jī)械特性都經(jīng)過固有機(jī)械特性的同步速度點(diǎn)

5、。2)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax和起動轉(zhuǎn)矩Tst隨著外部串聯(lián)電阻或電抗的增大而減小。3)臨界滑差sm隨著外部串聯(lián)電阻或電抗的增加而減小，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)上移。14，特征：1)可以看出，最大轉(zhuǎn)矩Tmax與轉(zhuǎn)子各相的電阻值無關(guān)，即Tmax在轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻Rad后不變。2)臨界滑移sm R2Rad。也就是說，臨界滑差sm隨著轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而增大對于三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性圖，在通用異步電動機(jī)的產(chǎn)品目錄中可以找到一些技術(shù)數(shù)據(jù)，但沒有給出電動機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子等具體參數(shù)，因此必須用工程計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。一般來說，可以找到以下技術(shù)數(shù)據(jù)：1)額定功率(kw)，2)額定定子線電壓(v)，3)額定定子線電流(a)，4)額定

6、速度(r/min)，5)額定效率，6)額定定子功率因數(shù)，7)過載倍數(shù)，8)飛輪慣性，9)對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，還給出了兩個(gè)轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)。即A)轉(zhuǎn)子額定線電動勢(V) b)轉(zhuǎn)子額定線電流(A) 10對于籠型異步電動機(jī)，沒有轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，但給出了以下兩個(gè)數(shù)據(jù)：A)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)b)起動電流倍數(shù)、16、1。繪制固有機(jī)械特性曲線的Tef(s):(1)求出它，然后將Tmax=mTN (2)代入實(shí)際表達(dá)式，此外，還可以給出定子極數(shù)p；定子繞組的連接方式；工作制度(或定額)；負(fù)載持續(xù)率；最高溫升(或絕緣材料等級)等。在中國，額定頻率是50Hz，即50Hz。在了解上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用工程計(jì)算方法計(jì)算出異步電動機(jī)的參數(shù)

7、，進(jìn)而寫出機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式。最后，可以畫出機(jī)械特性曲線、17。如果已知任何電磁轉(zhuǎn)矩Te和滑差S被代入實(shí)際表達(dá)式，則可以求解上述公式，并且在這種情況下對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的臨界滑差sm可以如下獲得：類似地，代入計(jì)算的Tmax和sm。當(dāng)三相異步電動機(jī)在額定負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，其滑差s小于額定滑差sn，因?yàn)閟N通常為sN0.01- 0.05。因此，如果省略，公式(317)可改為：18，例3-2額定數(shù)據(jù)為100千瓦、UN380V伏、fN50Hz赫茲和nN960轉(zhuǎn)/分鐘的三相六極異步電動機(jī)。忽略空載扭矩T0，試著找出額定運(yùn)行時(shí)的滑移率sN和額定扭矩TN。如果電機(jī)過載倍數(shù)m2，求：(1)機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式；

8、(2)繪制固有力學(xué)特性曲線。解答：(1)求實(shí)用表達(dá)式首先，求同步轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)差率：額定轉(zhuǎn)矩：臨界轉(zhuǎn)差率：最大轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩2994.81989.6牛米機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式、19、解、20、21、1。本征機(jī)械特性曲線的繪制(1)降低定子繞組相電壓sm的人工機(jī)械特性的繪制不變，Tmax隨U1成比例地變化、22，(2)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻的本征特性與人工機(jī)械特性之間的關(guān)系。23，對應(yīng)于任何相同的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子電路的固有特性和人工機(jī)械特性的轉(zhuǎn)差率串聯(lián)對稱電阻等于轉(zhuǎn)子電阻的比值。，24，(3)與對稱電阻串聯(lián)的轉(zhuǎn)子電路的人工機(jī)械特性圖，25。啟動是指電機(jī)啟動后從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。電動機(jī)起動性能

9、要求：起動電流不應(yīng)過大，起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)足夠大，起動設(shè)備應(yīng)簡單、經(jīng)濟(jì)、易于操作。3.2三相異步電動機(jī)的起動、3.2.1三相異步電動機(jī)的起動性能、26、由于起動電流大，定子漏抗壓降大，這使得定子感應(yīng)電動勢減小，相應(yīng)的氣隙磁通減小。由于上述兩個(gè)原因，起動轉(zhuǎn)矩不大。起動時(shí)，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動勢很大，這使得轉(zhuǎn)子電流很大。根據(jù)磁動勢的平衡關(guān)系，定子電流必然會增加起動電流大的原因。起動電流可達(dá)額定電流的47倍，籠型轉(zhuǎn)子可承受短期大電流沖擊，但會對電源產(chǎn)生影響，如果起動過于頻繁，電機(jī)會過熱；小的起動扭矩會延長起動時(shí)間，并且在負(fù)載較重時(shí)可能不會起動。直接起動的適用范圍：不頻繁、輕負(fù)載和相對于電機(jī)容量足夠大的電源。將電機(jī)

10、直接連接到額定電壓電源。直接起動條件：起動時(shí)起動電流倍數(shù)，或電動機(jī)容量小于7.5千瓦，3.2.2三相異步電動機(jī)直接起動，28。如果不能滿足要求，必須采用減壓啟動的方法。標(biāo)準(zhǔn)：1 .電網(wǎng)電壓降不應(yīng)超過1015) 2。電機(jī)容量小于電源變壓器容量的2030倍。3.2.3通過降低定子繞組串1的電阻或電抗來啟動。電路圖，29，起動轉(zhuǎn)矩明顯下降，起動轉(zhuǎn)矩和電流分別為，30。在工程實(shí)踐中，通常先給出線路允許的電機(jī)起動電流Ist，然后計(jì)算起動電抗Xst。計(jì)算公式推導(dǎo)如下：電機(jī)繞組為Y型時(shí)，電機(jī)短路阻抗為例33籠型三相異步電機(jī)：額定功率PN75kW，額定電壓UN380V，額定電流IN136A，電機(jī)定子繞組為Y型

11、，起動電流倍數(shù)KI6.5，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT1.1，電源變壓器限制電機(jī)最大起動電流為500A。(1)如果電機(jī)空載啟動，從定子繞組串聯(lián)電抗器開始。串聯(lián)中每相的最小電抗是多少？(2)如果拖動TL0.3 TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，定子串聯(lián)電抗器能否用于起動？如果是，計(jì)算串聯(lián)各相電抗值的范圍是多少？解決方法：(1)計(jì)算空載起動時(shí)直接起動的起動電流。當(dāng)串聯(lián)電抗(最小值)時(shí)，直接起動電流Ist與起動電流的比值A(chǔ)、和32，因?yàn)殡妱訖C(jī)的定子繞組由Y連接，因此，電動機(jī)的短路阻抗ZK是每相串聯(lián)電抗Xst的最小值， 其根據(jù)公式(3-34)計(jì)算為(2)拖動TL0.3 TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)計(jì)算出的串聯(lián)電抗的起動轉(zhuǎn)矩是串聯(lián)電抗器、33的

12、起動轉(zhuǎn)矩和直接起動轉(zhuǎn)矩的比值，起動電流可由串聯(lián)電抗起動。 由于a11.825，當(dāng)每相最大電抗為Xst0.190，每相最小電抗為xst0.190時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩和電抗值的范圍為0.190- 0.205。34，3.2.4星形三角形(Y)從1開始。原理圖：起動時(shí)，先將三相定子繞組連接成星形，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)，再將它們變成三角形。這樣，當(dāng)起動時(shí)，連接成星形的定子繞組的電壓和電流只有在用三角形連接時(shí)是相等的，因?yàn)楫?dāng)用三角形連接時(shí)繞組中的電流是線電流，但是當(dāng)用星形連接時(shí)它們是相等的。因此，當(dāng)接入星形起動時(shí)，線路電流僅為直接接入三角形起動時(shí)線路電流的1/3。2.計(jì)算方法三角形連接時(shí)，星形連接時(shí)，35，3.2.5

13、延邊三角形啟動，36，3.2.6自耦變壓器減壓啟動，(1)自耦變壓器的電壓比，(2)讓電網(wǎng)在直接啟動時(shí)提供的電流為：然后，使用自耦變壓器后，變壓器二次側(cè)的電流為，變壓器一次側(cè)(即由電網(wǎng)提供)的電流為。直接起動時(shí)設(shè)定電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩為，使用自耦變壓器后設(shè)定電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩為。37，3.2.7減壓起動方法的比較，38，3.2.8繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路的串聯(lián)電阻起動(1)，1。原理圖：當(dāng)電機(jī)啟動時(shí)，變阻器應(yīng)設(shè)置在最大電阻位置，然后定子接通，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。隨著電機(jī)速度的增加，均勻減小電阻，直到電阻完全切斷。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，短接集電環(huán)，同時(shí)提起電刷。39，(1)圖解法，為了簡化計(jì)算，異步電動機(jī)的機(jī)械特性可視為一

14、條直線，一般取、(Rt1)、(Rt2)、(Rt3)、2。轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻分步起動的計(jì)算，40，是轉(zhuǎn)子各相的繞組電阻，(2)解析法，41，3.2.9繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路由串聯(lián)的頻率敏感變阻器起動。電機(jī)啟動時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率較高，與頻率平方成正比的頻率敏感變阻器中的渦流損耗較大，因此其值較大，限制了啟動電流，增加了啟動轉(zhuǎn)矩。隨著增長圖中，射頻(或稱RP)為頻率敏感變阻器的電阻，45，46，3.2.10特殊籠型轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)的起動，(1)深槽異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子頻率越高，槽高越高，集膚效應(yīng)越強(qiáng)。啟動結(jié)束時(shí)，頻率只有13Hz，趨膚效應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子條中的電流分布均勻，條電阻變得比DC電阻小。47，(2

15、)雙籠異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上有兩組鐵條，如下圖所示，上籠和下籠之間有一個(gè)狹窄的間隙。上籠通常由阻力系數(shù)大的黃銅或鋁青銅制成，導(dǎo)桿橫截面小，阻力大；下籠橫截面大，由銅等電阻系數(shù)小的材料制成，所以電阻小。3.3三相異步電動機(jī)的調(diào)速，異步電動機(jī)速度的表示，3.3.1三相異步電動機(jī)的調(diào)速性能和調(diào)速性能指標(biāo)：(1)調(diào)速范圍寬；(2)靜態(tài)錯(cuò)誤率小；(3)平整度好；(4)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，維護(hù)方便。常用的調(diào)速方法：(1)變極調(diào)速；(2)變頻調(diào)速；(3)可變轉(zhuǎn)差速度調(diào)節(jié)、49、3.3.2降低定子繞組電壓速度調(diào)節(jié)、50、3.3.3繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻速度調(diào)節(jié)，在額定電壓、磁通定值、速度調(diào)節(jié)、51下

16、，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低(s增加)時(shí)，效率降低，轉(zhuǎn)子功率損耗增加。轉(zhuǎn)子電路的串聯(lián)電阻越大，人工機(jī)械特性越軟。轉(zhuǎn)子損耗功率為0，輸出功率為0，轉(zhuǎn)子回路效率為0，52，3.3.4變極調(diào)速，0，53，0，54，變極調(diào)速前后電機(jī)允許輸出功率(或轉(zhuǎn)矩)的關(guān)系：變極前后讓效率和功率因數(shù)保持不變，Y-YY是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，-YY是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。3.3.5變頻調(diào)速，對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如果保證變頻裝置與頻率成比例變化，就可以保證電機(jī)在變頻過程中具有相同的過載能力。如果過載能力不變，應(yīng)滿足以下要求：(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；因此，(2)恒定功率負(fù)載：如此要求，(3)風(fēng)扇和泵負(fù)載：如此要求，57。在恒功率調(diào)速過程中，可以看出，如果在恒功率調(diào)速過程中滿足=定值的條件，電機(jī)的過載能力在調(diào)速過程中將保持不變，但此時(shí)磁通將發(fā)生變化。如果此時(shí)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速滿足=定值的條件，磁通將基