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异步电机拖动自动化.ppt

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异步电机拖动自动化.ppt

第 6 章 异步电动机的电力拖动,6.1 三相异步电动机的机械特性,6.2 三相异步电动机的起动,6.3 三相异步电动机的制动,6.4 三相异步电动机的调速,6.1 三相异步电动机的机械特性,1. 电磁转矩公式,,,电磁转矩两种表达式,转子边功率因数,1 物理表达式,,由,,其中,为转矩常数,机械特性物理表达式,异步机等效电路及其简化,,2 机械特性的参数表达式,由T型等效电路中略去励磁电流得到,,,对s求导,由,临界转差率,最大(临界)转矩,号对应电动状态,-号对应发电状态。 若考虑到 ,可得到,由此可见 ① 当电动机参数和电源频率不变时,最大转矩Tm与电源电压U1的平方成正比,临界转差率SM与电源电压无关,即T TM ∝U12 , sM 与 U1 无关。 ②当电源电压和频率不变时,临界转差率SM与转子电阻成正比,最大转矩与转子电阻无关,即 sM∝R2 ,TM 与 R2 无关。 ③当电源电压和频率不变时,临界转差率SM与最大转矩都与(x1x’2)成反比例关系。,3 电磁转矩的实用公式,,,两式相除,机械特性实用表达式,当,,,过载倍数,若忽略T0,则,[ ],, -1,s sM,,Tm T,, 2,Tm T,,解实用公式方程,可得,※ 根据 s 和 sm 的相对大小,取“+”或取“-”。,,由于 sN  sm,则,即有下面的关系,小结 三种机械特性表达式,参数表达式、实用公式主要用于计算。物理表达式用于定性讨论。,【例 3.1.1 】 Y132M-4 型三相异步电动机带某负载运行,转速 n 1 455 r/min,试问该电动机的负载转矩 TL 是多少若负载转矩TL 45 Nm,则电动机的转速 n 是多少,由电工手册查到该电机的 PN 7.5 kW, n0 1 500 r/min,nN 1 440 r/min,T 2.2。 由此求得,解, 0.1664,Tm T TN, 2.249.76 Nm 109.47 Nm,忽略 T0,则,TL T2,当 TL T2 T 45 Nm 时, 0.036,n 1-s n0 1-0.036 1 500 r/min 1 446 r/min,2. 固有特性,当 U1 、f1、r2、x2 为常数时 T f s 转矩特性 n f T 机械特性 当 U1L U1N 、f1 fN,且绕线型转子中不外 串电阻或电抗时,机械特性称为固有机械特性。,,,,,,,,P S N,B P A,H,,额定状态是指各个物理 量都等于额定值的状态。 B点 n nN , s sN , T TN ,P2 PN。 额定状态说明了电动机 长期运行的能力 TL≤TN,P2≤PN,I1≤IN。,1 额定状态(B点),,sN 0.01 0.09 很小, T 增加时,n 下降很少 硬特性。,工作段,2 起动状态( A 点),对应 s 1,n 0 的状态。 又称为堵转状态。 起动时 T Tst, I1L Ist,Tst 直接起动的能力。 起动条件 ①Tst TL。② Ist<线路允许值。 起动转矩倍数,Tst,异步电动机 KT 0.9 1.3,临界转速,3 临界状态(P 点),对应 s sm,T Tm 的状态。,,nM,Tm,,临界状态明了电动机的 短时过载能力。 过载倍数,Y 系列三相异步电动机 T 2 2.2 临界转差率sm,sm sN T+ T2-1 ,,3. 人为特性,1 降低定子电压时的人为特性,三相异步电动机降压时的人为机械特性,2 转子电阻增加时的人为特性,根据 sM r’2 /x1x’2 , Tm 与 r2 无关。,Tst1,sm1,r2Rs1,,,,,,,1 0,Tst,Tm,Tem,s n,0,n1,sm,r2,Rs1 Rs2Rs3,3 定子电路串对称电阻或对称电抗的人为特性,Xs1 Xs , Rs1Rs,,,,,,,1 0,Tm,T,sm,s n,0,n1,,Xs , Rs,Tm , Sm均减小,n1不变,6.2 三相异步电动机的起动,1. 电动机的起动指标 1 起动转矩足够大 Tst >TL Tst ≥1.1 1.2 TL 2 起动电流不超过允许范围。 异步电动机的实际起动情况 起动电流大Ist k1 IN 4~7 IN 起动转矩小Tst kmTN 1.6~2.2 TN,启动电流倍数,启动转矩倍数,不利影响 ①频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。,②大的 Ist 使电网电压降低,影响自身及其他负载 工作。 ③ 起动电流大,起动功率因数低,起动转矩小。 2. 笼型异步电动机的直接起动 1 小容量的电动机(PN ≤7.5kW) 2 电动机容量满足如下要求,优点设备简单,操作方便;缺点起动电流大,起动转矩不大。,3. 笼型异步电动机的减压起动,1 定子串联电阻或电抗减压起动,M 3,起动,运行,适用于正常运行为△联结的电动机。,2 星形-三角形减压起动(Y-  起动),适用于正常运行为△联结的电动机。,2 星形-三角形减压起动(Y-  起动),Y 起动,适用于正常运行为△联结的电动机。,2 星形-三角形减压起动(Y-  起动), 起动,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,Y 型起动的起动电流,起动转矩比,Y型起动的起动转矩,1 IstY<Imax (线路中允许的最大电流); 2 TstY>TL 。 否则不能采用此法。,Y-  起动的使用条件,3 自耦变压器减压起动,3 自耦变压器减压起动,起动,3 自耦变压器减压起动,运行,3 自耦变压器减压起动,A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,U2,电压比, KA,定子相电流比,定子起动电流,,,,,,,,,I1st,I2st,UN,O,定 子 一 相 绕 组,,,,,N1,N2,起动转矩比,自耦变压器减压起动的起动电流,自耦变压器减压起动的起动转矩,Ist Ist/KA2,Tst Tst /KA2,降压比 K1/KA可调 QJ2 型三相自耦变压器 K 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器 K 0.4、0.6、0.8,1 Ista<Imax (线路中允许的最大电流)。 2 Tsta>TL 否则不能采用此法。,自耦变压器减压起动的使用条件,P58 表3-1降压起动方法性能比较,,3. 改善起动性能的三相笼型异步电动机,1 深槽异步电动机 槽深 h 与槽宽 b 之比为h / b 8 12,,,,,漏电抗小 ↑ 漏电抗大,增大 ↑ 电流密度,起动时,f2 高, 漏电抗大,电流的集 肤效应使导条的等效 面积减小,即 R2 , 使 Tst 。 运行时, f2 很低, 漏电抗很小,集肤效 应消失,R2→  。,2双笼型异步电动机,,,电阻大 漏抗小 电阻小 漏抗大,上笼 (外笼) 下笼 (内笼),起动时, f2 高, 漏抗大,起主要作用, I2 主要集中在外笼, 外笼 R2 大→ Tst 大。 外笼 起动笼。 运行时, f2 很低 , 漏抗很小,R2 起主要作用, I2 主要集中在内笼。 内笼 工作笼。,1 起动过程,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,①串联 Rst1 和 Rst2 起动(特性 a) 总电阻 R22 R2 Rst1 Rst2,n0,,a R22,T2,,,,a1,a2,T1,切除 Rst2,1 起动过程,,,b R21,,b1,b2,② 合上 S2 ,切除 Rst2(特性 b) 总电阻 R21 R2 Rst1,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,切除 Rst1,③ 合上 S1 ,切除 Rst1(特性 c) 总电阻 R2,4. 绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,,c R2,,c1,c2,1 起动过程,p,频敏变阻器 频率高损耗大,电阻大。 频率低损耗小,电阻小。 转子电路起动时 f2 高,电阻大, Tst 大, Ist 小。 转子电路正常运行时 f2 低,电阻小, 自动切除变阻器。,5. 绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动,频敏变阻器,6.3 三相异步电动机的制动,1. 能耗制动 1 制动原理 制动前 S1 合上,S2 断开, M 为电动状态。 制动时 S1 断开,S2 合上。 定子 U →I1 →Φ 转子 n →E2 → I2 T 为制动状态。,n,,,,,,T,2 能耗制动时的机械特性,特点 ① 因T 与 n 方向相反, n-T 曲线在第二、 四象限。 ② 因 n 0 时, T 0, n-T 曲线过原点。 ③ 制动电流增大时, 制动转矩也增大; 产生最大转矩的转速不变。,I1,I1,<,,,3 能耗制动过程 迅速停车,① 制动原理 制动前特性 1。 制动时特性 2。,原点 O n 0,T 0,,,a,b,T<0,制动开始,制动过程结束。,② 制动效果 Rb,→I1  →Φ  →T ,→制动快。,③ 制动时的功率 定子输入P1 0,,轴上输出P2 TΩ<0 。,动能 P2,→ 转子电路的电能,→ PCu2消耗掉。,4 能耗制动运行 下放重物,,a,T<0,制动开始,b,c,c 点T TL,,制动运行状态,以速度 nc 稳定下放重物。 制动效果 由制动回路的电阻决定。,,,转子串联电阻(经验公式),2. 反接制动,1 定子反相的反接制动, 迅速停车,制动前的电路,制动时的电路,① 制动原理,制动前正向电动状态。,制动时定子相序改变, n0 变向。,b,即s >1 第二象限。 同时E2s、I2 反向,,T 反向。,,a,c,制动结束。 到 c 点时,若未切断电源, T 将可能反向起动。,d,相对切割方向改变,转子电势方向变化,,取决于 Rb 的大小。,② 制动效果,,③ 制动时的功率,>0,PCu2 m1R2+Rb I22 Pe-Pm Pe+|Pm|,<0,Pm 1-s Pe,三相电能,电磁功率Pe,转子,机械功率Pm,定子,转子电阻消耗掉,2 转子反向的反接制动,下放重物,b,c,a,,d,① 制动原理 定子相序不变,转子 电路串联对称电阻 Rb。,d 点 nd<0,Td TL ,制动运 行状态,② 制动效果 改变 Rb 的大小, 改变特性 2 的斜率,,改变 nd 。,低速提 升重物,,3. 回馈制动,特点| n | > | n0 |,s<0。 电机处于发电机状态。 1 调速过程中的回馈制动,,a,b,c,d,a,,b,c,d,,,,变频调速,变极调速,2 下放重物时的回馈制动,,,b,a,c,正向电动,反接制动,,d,,回馈制动,反向电动,6.4 三相异步电动机的调速,1. 改变磁极对数 p 2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1变频调速,调速方法, 有级调速。,1. 电动机的调速指标,1 调速范围 2 调速方向 3 调速的平滑性 平滑系数 4 调速的稳定性 静差率 D、δ、△nN 的关系 nN nmax,例如nN 1 430 r/min,△nN 115 r/min , 要求δ≤30、则 D 5.3。,要求δ≤20、则 D 3.1。 再如 nN 1 430 r/min, D 20,δ≤5, 则 △nN 3.76 r/min。 5 调速的经济性 6 调速时的允许负载 不同转速下满载运行时 输出转矩相同 恒转矩调速。 输出功率相同 恒功率调速。,2. 笼型异步电动机的变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,,,,,① f1< fN,为保持 Φm 常数,,因为 n0∝ f1 ,,所以 △n n0-nM sM n0,(不变),所以 TM 不变。,f1<fN,,② f1>fN , U1L UN(不变) 调频时f1 → Φm  因为 n0∝ f1,,所以 △n n0-nM sM n0 不变,f1>fN,,,因为,→Φm 基本不变, 基本不变。,所以,T CTΦm I2N cos2,① f1<fN 时, 恒转矩调速。,P2 T2Ω,≈TΩ,② f1 >fN 时 因为 U1L UN,所以 T CTΦm I2N cos2,∝T n, 常数, 恒功率调速。,1 调速方向 f1<fN 时n  。 2 调速范围 D 较大。 3 调速的平滑性 平滑性好(无级调速)。 4 调速的稳定性 稳定性好。 5 调速的经济性 初期投资大;运行费用不大。 6 调速时的允许负载,f1>fN 时n  。,变频器,优点 1 一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。 2 变速驱动,输出功率范围宽(如从 120 W到 7.5 kW)。 3 在需要的时候,通用变频器可以方便地从电动机上移走。 4 高起动转矩。,电机变频器一体化产品,,,,,,,,,,a p 2,,,S N N S,,,,,,,N S,b p 1,3. 笼型异步电动机的变极调速,a YYp ,b Y2p ,c △2p ,定子绕组常用的接法,,,4. 笼型异步电动机的变压调速,,ML,,1 调速方向 U1<UN↓ →n↓ 2 调速范围 D 较小。,,,,3 调速的平滑性 若能连续调节U1, n 可实现无级调速。,4 调速的稳定性 稳定性差。 5 调速的经济性 经济性较差。 ① 需要可调交流电源。 ② cos1 和 均较低。,5. 绕线型异步电动机转子串联电阻调速,,,1 调速方向 n  2 调速范围 D 较小。,3 调速的平滑性 取决于 Rr 的调节方式。 4 调速的稳定性 稳定性差。,Rr →δ  。 5 调速的经济性 初期投资不大,但运行效率较低。,The end of chapter,

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