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异步电机3.ppt

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异步电机3.ppt

,5.11 三相异步电动机的启动及调速,5.11.1 三相异步电动机的启动,一、对异步电动机启动的要求,启动过程是指电动机从静止到达正常工作转速的过程。 启动过程中电流一般较大,为了避免电机在启动过程中损坏和降低启动电流对电网的影响,一般希望启动过程越快越好。 三相异步电动机的转子电流公式,额定运行时,转子回路电阻,为堵转时转子回路电阻,值的20-30倍,故启动电流比额定电流大得多,约为额定电流的4-7倍。,尽管启动电流很大,但启动转矩并不大。,,启动转矩不大的原因 1启动电流大,阻抗压降大,感应电势小,磁通F1也小; 2启动 cosj2 很小。Tst0.91.3TN,系统对启动的要求 1Tst足够大; 2Ist不能太大。 不同的启动方法就是在保证一定转矩的情况下,采取不同的措施限制启动电流。,二、决定异步电动机启动方法的原则,具体情况具体分析。供电变压器容量和电机容量以及具体应用场合。 电动机容量相对于电网容量很小时,可以直接启动;如果生产机械对转矩要求不大,则只考虑限制电流;如生产机械对转矩要求较高,则既要限制电流,又要保证需要的转矩。 启动方法有笼形异步电动机的直接启动、笼形异步电动机的降压启动、绕线式异步电动机电枢回路串电阻启动等。,,5.11.2 鼠笼式异步电动机直接启动,利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上。,设备简单、操作方便,在供电变压器容量相对较大的情况下采用。 频繁启动电动机电动机容量/供电变压器容量20时,允许直接启动; 不频繁启动电动机电动机容量/供电变压器容量30允许直接启动; 如果没有独立的供电变压器时,则限制电网电压降不能超过10-15。,,5.11.3 鼠笼式异步电动机降压启动,适用场合容量大于或等于20KW并带轻载的工况。,一、定子绕组串电阻或者电抗器启动,,,,,,,,,,,,,K1,图 定子串电阻降压启动,,,,,,,,,,K2,R,UN,,,,,,,,,,,,,K1,图 定子串电抗器降压启动,,,,,,,K2,X,UN,,,,,,,在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来产生一定的电压降,使得达到降低启动电流的目的。 串电阻器启动时,要消耗较大的功率;串电抗器启动时,当K2短接启动电抗器时还会产生较大的短路电流,所以串电抗器适合于启动转矩要求不大且启动不频繁的场合。 Ust UN/k; Ist/Ist1/k; Tst/Tst1/k2,,二、星-三角(Y/D)启动,适合于正常运行为D接法的电动机。,,,,,,,,Y接法的启动电流,A,B,C,,三、应用自耦变压器启动补偿器启动,设自耦变压器的变比为K,电动机定子绕组的外施电压降低到1/K倍 电动机的启动电流减少到1/K倍 电网供给的启动电流减少到1/k2倍 电动机的启动转矩减少到1/k2倍 QJ2型自耦变器有不同的降压抽头, 1/k 0.75,0.64,0.55 以备选择。,,5.11.4 绕线式异步电动机的启动,降压启动在限制启动电流的同时,大大降低了启动转矩。在需要较大启动转矩的应用场合,人们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。 绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻,以改善其启动和调速性能。,则获得最大启动转矩。,如果,一、串电阻分级启动,j,,12C,3C,4C断开,1C闭合,定子绕组加额定电压,串入电阻(RRR),启动点在曲线的a点,启动转矩T2>TN,电动机开始旋转 2转速上升到b时,TT1,闭合2C,切除电阻R,则工作点从b点跳到2的c,TT2 3转速上升到d时,TT1,闭合3C,切除电阻R,则工作点从d点跳到1的e,TT2 4转速上升到f时,TT1,闭合4C,切除电阻R,则工作点从f点跳到0的g,TT2 5转速继续上升经h到达稳定运行点j。 启动电阻器有金属丝电阻器、铸铁电阻器、水电阻器等。,二、转子绕组外串频敏变阻器启动,BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而铁耗与磁通的频率(等于转子频率f2sf1)的1.3次方成正比。开始启动时,s较大,故f2较大,Rm也较大;随着启动过程的进行,s逐渐变小,所以f2变小,所以Rm变小。,启动完毕后,将转子回路短路。 频敏变阻器相当于一种无触点变阻器,结构简单,成本低,所以应用较为广泛。,5.4.2 异步电动机的制动,电动机运行于正向电动状态即第Ⅰ象限时,其电磁转矩Tem与转速n均为正方向,并对外输出机械功率。 若电磁转矩Tem、转速n中有一项与正向电动状态方向相反,即Tem与n方向相反,电动机就工作在电磁制动状态。在此状态下,电动机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。,一、反接制动 实现反接制动有两种方法转速反向和两相反接。 1. 转速反向的反接制动正接反转 异步电动机定子电源正向连接,其定子磁动势旋转方向为n1正向旋转,但由于转子回路串有较大的电阻,在转轴上带有较大的位能性负载下放重物,电机起动时电磁转矩Tem与负载转矩TZ方向相反,在TZ作用下,电动机反向旋转并达到平衡。s>1 2. 两相反接的反接制动反接正转 绕线型异步电动机本来工作在正向电动状态,为了迅速让电动机停转或迅速反转,将定子两相绕组的出线头对调后再接到电源,这就是定子两相反接的反接制动。 s>1,二、反向回馈制动,若电动机两相反接带有位能性负载TZ,则电机在两相反接电源的作用下,反向加速,其转速将超过同步转速n1。电动机工作在反向回馈制动状态,电磁转矩Tem为正,转速n为负。转差s0。,三、能耗制动,将正在运行的电动机的定子绕组从电网断开,接到直流电源上。定子的直流形成一恒定磁场,转子由于惯性继续转动,其导条切割定子的恒定磁场而在转子绕组中感应电势、电流,从而将转子动能变成电能消耗在转子电阻上,使转子发热,当转子动能消耗完,转子就停止转动,这一过程称为能耗制动。,,5.4.3 异步电动机的调速方法,异步电动机结构简单、坚固耐用、维修方便、制造容易,大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 在实际应用中,许多机械需要调速,如车床、电力机车、风机、水泵等,常用闸阀控制。 为了节能,则要求设法从电机本身出发进行电气调速。 异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电子电力技术的发展,异步电动机的调速问题已经基本解决。异步电动机的调速性能甚至可以做到优于直流电动机。,异步电动机的速度公式,异步电动机调速方法有 1变极调速; 2变频调速; 3变转差率调速。 12适合于鼠笼式异步电动机,3用于绕线式异步电动机。,5.11.6 异步电动机的变极调速,,一、变极 原理,注使一半导体的电流方向改变,即实现了变极的目的。,,,N,N,S,S,N,S,二、变频调速,异步电动机的转速n 1-s60f1/p ,当转差率变化不大时,n近似正比于频率f1,可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。 在变频调速时,希望主磁通Φm保持不变。若主磁通大于正常运行时的主磁通,则磁路过饱和而使励磁电流增大,功率因数降低;若主磁通小于正常运行时的主磁通,则电机转矩下降。在忽略定子漏阻抗的情况下,有 U1≈E14.44f1N1kN1Φm 为了使变频时Φm维持不变,则U1/f1应为定值。,1、恒转矩调速(基频向下调),当电机变频前后额定电磁转矩相等,即恒转矩调速时,若电压随频率成正比变化(U1/f1应为定值),则主磁通Φm不变,电机饱和程度不变,电机过载能力也不变。电机在恒转矩变频调速前后性能都能保持不变。,2、恒功率调速(基频向上调),在电机带有恒功率负载时,在变频前后,它的电磁功率相等。 1若要维持主磁通不变,即令电压随频率作正比变化则电机过载能力随频率成正比变化。 2 若保持过载能力不变,则主磁通要发生变化。,变频调速的优点是调速范围大,平滑性好,变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速,以适应不同负载的要求。这是异步电机最有前途的一种调速方式,其缺点是目前控制装置价格仍比较贵。,,三、转子回路串电阻调速(绕线异步电动机的调速),一、转子回路串电阻调速 给绕线式异步电动机的转子回路串入调节电阻Rtj,其机械特性曲线Tfs形状将发生变化。最大转矩的位置随所串电阻的增大而下移。,若电动机驱动恒转矩负载,本来工作于a点,串入调节电阻Rtj后,工作点会移动到b点。由于ab点的电磁转矩相等,所以,串入电阻前后的两个稳态,电动机的阻抗没有发生变化,转矩不变,所以电流也不变。由于PemTW1,所以电磁功率也保持不变。而总的机械功率PmecTW随着转速下降而减小。所减少的功率消耗在了调节电阻上。,,二、转子回路接入附加电势调速串级调速,1原理,串电阻调速时,调节电阻中消耗较大的能量。串附加电势可以克服这一缺憾。,若Ed与sEd相位相反,则串入Ed后,I2下降,电磁转矩T也下降,如果负载转矩T2不变,则电动机将减速,s增大,电流I2和电磁转矩T回升,直到TT2。电动机则在新的转差率s’下稳定运行。 由于转子电势的频率是变化的,所以要获得与转子电势频率相同的附加电势,装置比较复杂。,2可控硅串级调速系统(略) 3串级调速特点 效率高、机械特性硬/调速范围宽、无级、功率因数较低。,5.5 单相异步电动机,5.5.1、三相异步电动机在不对称电压下运行,为什么三相异步电动机不允许在严重不对称的电压下运行 ,答严重不对称的电压包含比较大的负序电流,会导致电动机绕组过热,可能导致烧毁 ,负序电流将产生负序转矩,有效转矩减少,负序磁场使损耗增加、效率降低,同时有可能引起电机的振动。,对称分量法正常的三相对称电压我们称为“正序电压”。当三相电压不对称时,我们为了分析方便,人为的将一组不对称电压分解成三组对称电压,就是“正序,负序和零序”。负序电压三相也是相差120度,幅度和正序相等,但是相序相反。零序电压幅度也和正序相等,三相同相位。由负序电压形成的电流称为“负序电流”,由正序电压形成的电流称为“正序电流”。,单相异步电动机只需要单相交流电源供电,在家用电器、医疗器械中得到广泛应用,其分析方法与不对称电压下运行时的分析方法基本相同。,一、工作原理 单相异步电动机定子上一般有两个绕组起动绕组、工作绕组,两绕组在空间上相距90度电角度。转子是笼型结构。起动绕组只在起动时接入,起动完毕从电源断开。,5.5.2、单相电容(电阻)启动异步电动机,在正常运行时只有工作绕组接在电源上,单相绕组通交流电流,产生的磁动势为脉振磁动势。一个脉振磁动势可分解为两个转向相反的旋转磁动势,因此,利用迭加原理,可得出单相异步电机的电磁转距曲线如图所示。,单相异步电动机单绕组起动转矩为零,不能自起动 该电动机在起动后,能带一定负载,但过载能力小,二、启动方法,单相异步电动机只有一个绕组(工作绕组),无起动转矩,不能自起动。为解决这个问题,在电动机空间不同于工作绕组的位置安装一个起动绕组,且使起动绕组中电流在时间相位上不同于工作绕组中的电流。,单相异步电动机启动的必要条件 (1)定子具有空间不同位置的两套绕组; (2)两相绕组通入不同相位的交流电流。,裂相起动在定子上另装一套起动绕组,使之与工作绕组在空间上互差90电角度。 起动绕组与电容 或电阻串联后再与工作绕组并联于同一电源上,如图所示。适当选择串入电容C的大小,可以使起动绕组中电流IB超前于工作绕组中电流IA约90相角。这样两绕组磁动势可以在气隙中形成一个接近于圆形的旋转磁动势和磁场,并产生一定的起动转矩。,

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