三相异步电机
十九章 三相异步电动机的起动、调速和制动
当定子的对称三相绕组
•按规定的接线方式;
•定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率
的三相电压;
•转子回路不串任何阻抗,直接短路。
这种情况下得到的n=f(T),称为固有机械特性。
T
S
固有机械特性的特殊点
固有机械特性的特殊点:
1. 起动点A:该点S=1;
2. 临界点B:该点S=Sm;
3. 额定点C:该点S=Sn;
4. 同步点D:该点S=0,
又称理想空载点;
S=0
S=1
T0
Sn
Tn
Sm
Tm
三、人为机械特性
人...
十九章 三相异步电动机的起动、调速和制动
当定子的对称三相绕组
•按规定的接线方式;
•定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率
的三相电压;
•转子回路不串任何阻抗,直接短路。
这种情况下得到的n=f(T),称为固有机械特性。
T
S
固有机械特性的特殊点
固有机械特性的特殊点:
1. 起动点A:该点S=1;
2. 临界点B:该点S=Sm;
3. 额定点C:该点S=Sn;
4. 同步点D:该点S=0,
又称理想空载点;
S=0
S=1
T0
Sn
Tn
Sm
Tm
三、人为机械特性
人为地改变电动机的任一个参数(如U1、f1、p、定子回路
电阻或电抗、转子回路电阻或电抗)的机械特性称为人为
机械特性。
1. 降低定子端电压的人为特性;
2. 改变转子回路的电阻的人为特性;
3. 改变定转子回路电抗的人为特性;
4. 改变极数后的人为特性;
5. 改变输入频率的人为特性;
2
21
2
21
2
2
11
1 )()(
1
σσ XXRR
RUmTst ′++′+
′
Ω=起动转矩:
( ) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡ ′+++⋅Ω
=
2
21
2
11
2
11
1
max
2
1
σσ XXRR
UmT最大转矩:
2)( 21
2
1
2
σσ XXR
RSm ′++
′±=临界转差率:
S
T
改变定子电压的人为特性
T
S
改变转子电阻的人为特性
T
S
改变定子电抗的人为特性
人为特性曲线
§19-2 三相感应电动机的起动
起动性能包括:
• 起动电流倍数Ist/IN;
• 起动转矩倍数Mst/MN;
• 起动时间
• 起动时消耗的能量
• 起动设备的简单和可靠;
• 起动的过渡时间
异步电动机直接起动时的问题:电流大但转矩并不大。
2
21
22
1
1
1
22
)()(
cos
σσ
ϕφ
XX
S
RR
UI
ICT mMem
′++′+
=
=
• 起动时, S=1,等效阻抗小,起动电流大;
• f2=f1 , ϕ2接近900, cos ϕ2很小,转子电流用功分量小。
异步电动机的起动,存在两种矛盾:
1. 电动机起动电流大,供电网络承受冲击电流能量
有限;
2. 电动机起动转矩小,负载
有足够的转矩才起动;
异步电动机起动分四种情况:
1. 小容量轻载起动;
2. 中、大容量轻载起动;
3. 小容量电机重载起动;
4. 中、大容量重载起动;
一、小容量电动机轻载起动-直接起动
不仅取决于电机本身的大小,还与供电电网容量和供电
线路长短有关。(要求母线降落不大于10%)
• 电动机容量与供电变压器的比值;
• 起动是否频繁;
• 供电线路距离;
• 同一台变压器其它用户的要求;
一般7.5KW以下电机允许直接起动。
二、中、大容量电动机轻载起动-降压起动
此时主要矛盾是电流。降低电流的方法,主要靠降低电压。
2
21
2
21
1
)()( σσ XXRR
UIQ ′++′+=起动电流:
降压起动时,起动电流与定子电压成比例降低。待转速
升高到一定值,恢复全电压。
注意:起动转矩与U2成正比,降压起动后,起动转矩
比起动电流降低得更厉害。
常用的降压起动方法
• 定子串电阻或电抗降压起动;
• 用自耦变压器降压起动;
• Y-Δ起动
• 延边三角形起动
三、小容量电动机重载起动
主要矛盾是起动转矩不足。
解决的方法:
• 容量大一号的电机;
• 高起动转矩的电动机-特殊电机
特殊电机获得高起动转矩的原因,主要是转子电阻的影响。
转子参数自动随转速的变化而变化。
如双鼠笼电机和深槽电机。
集肤效应
•将导体看成许多单元导体的并联;
• 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少, 即漏抗小;接
近槽底的单元,漏抗大;
• 导体电流密度分布不均, 产生把电流向槽口排挤的“趋
表效应”;
• 电机转速越低, 转子电流频率越高, 趋表效应越突出;
• 导体的导电高度缩小, 转子电阻增加;
电流
高度
深槽式:高度是宽度的10~12倍,堵转时,电阻达额
定运行的3倍,随着转速升高,频率降低,电流分布
趋向均匀,转子电阻自动减小。
双鼠笼式:两套绕组,材料不同,
截面也不同。
• 外笼:起动笼,截面小,材
料选用电阻系数大;
• 内笼:工作笼,截面大,电
阻系数小。
外笼
内笼
四、中、大容量电动机重载起动
两种矛盾同时起作用。
• 采用绕线式电机,转子串电阻。既增大起动转矩,
又减小起动电流。
• 常用的方法:转子串电阻或转子串频敏变阻器。
§19-6 三相感应电动机的调速
• 要求电动机具有几种转速;
• 在一定的范围内可以连续调速;
调速的方法: )1()1( 1601 SnSn p
f −⋅=⋅−=
(1)改变定子绕组的极对数p;
(2)改变电源的频率f1;
(3)改变电动机的转差率;
• 改变定子绕组的端电压;
• 改变定子绕组的外加电阻或电抗;
• 转子回路加电阻或电抗;
• 转子回路引进f=sf的外加电势
一、变极调速
单绕组双速电机:一套定子绕组具备两种极对数而得到两
个不同同步转速;
三速或四速电机:定子内放两套独立的绕组;
A1
X1A2
X2
A1 X1 A2 X2 A1 X1 A2 X2
单绕组双速电机原理:
• A1X1和A2X2串联形成四极磁场;
• A1X1和A2X2串联, A2X2反向,形成两极磁场;
变极调速的注意点:
(1)为获得恒定的平均转矩,定、转子绕组的极对数必
须保持一致。因此一般只适用于鼠笼式异步机。
(2)在改变绕组接法时,要保证变极后三相绕组的对称
以及基波磁势的转向不变。
(3)变极调速是一个有级调速。极数变换后,节距、相
带、气隙磁密都要变化,电机的额定转矩和额定容量都
要变化。
二、变频调速
如果电源频率可以连续调节,则电动机转速可以连续、
平滑调节。
要求:
• 气隙磁通量保持基本不变;
• 磁路的饱和程度不变;
• 激磁电流和电动机的功率因数可以保持基本不变。
• 电动机的最大转矩保持不变;
1. 由基频向下的调速
mwkNfEU φ11111 44.4=≈电压方程:
降低电源频率, 必须同时减小电源电压。
(1)保持E1/f1不变,降频调速
E1/f1不变,Φm等于常数。——恒磁通的控制方式。
2
2
2
2
2121
1
)
1
1(
2 σπ XR
RSf
f
EpmPemT ′+′
′⋅⋅=Ω=
)(
30
)(8
;
)(2
21
2
1
2
1
1
21
2
1
211
2
σσ
σσσσ
π
ππ
LLp
RnSn
f
E
LL
pmT
LLf
RS
m
mm
′+==Δ
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
′+=′+
′=
改变频率,电机的Tm以及此时的转速变化与f1无关。
用于恒转矩负载:
电磁转矩不变,属于恒转矩调速方法。
用于恒功率负载:
11 Ω′⋅′=Ω⋅= NNem TTP
1
1
1
1
f
f
E
E
m
m ′⋅′=′ λ
λ
过载能力下降
T
S f1
f2
f3
f1>f2>f3
保持E1/f1不变,降频调速优点:
• 机械特性硬,调速范围宽;
• 低速运行稳定性好;
• 无级调速平滑性好;
• 正常负载时,转差率小,转子铜耗少,效率高;
磁通近似等于常数,属于近
似的恒转矩调速方式。
在低频运行时, Tm下降较多,
可能带不动负载。
T
S
f1
f2
f3
f4
f1>f2>f3>f4
(2)保持U1/f1不变,降频调速
2. 由基频向上调速
U1为额定值不变,随着f1升高,气隙磁通减小。
21
1
11
1
2
1
;1
;1 ;1
CTP
f
T
CnSn
f
S
f
T
emem
em
mm
mm
=Ω⋅=
∝
==Δ
∝∝
是恒功率的调速方法。
f1
f2
f3
f4
f1
0, T>0
B点(制动状态)
n<0, T>0
足够大的电阻
T
S A
B
• 转差率: 1)(
1
1
1
1 >+=−−=
n
nn
n
nnS
性质:
• 等效电阻: 0)(1 2 <′+′− ΩRRS
S
吸收机械功率;0)(1 22 <′+′−⋅ ΩRRS
SI
0)( 2221 >′+′′= ΩS
RRImPem 电能从定子传向转子;
Ω+= PPp emcu 2 全部消耗在电阻上;
2、两相对调
电机原运行于电动状态,两相对调后,
• 气隙磁密立即反向,以-n1转速旋转;
• 电机机械特性从1到2;
S
S
S
S
TT
n
nn
n
nnS
m
m
m
+
−=
>+=′
−′=
−
−
2
1
1
1
1
1
反接的过程,从反接开始到转子速度为零的过程。
AB
T
S
1
2
两种反接制动, 均有S>1, 机械功率为输入。
区别: 前者由负载提供机械功率
后者由整个转动部分提供储能。
二、异步机的回馈制动
把转轴上输入的机械功率,经异步机转化为电功率送到电网。
轴上外施驱动转矩,电机以同步方向旋转
0
2
0
2
21
2
1
1
1
18090 ),(tan
,0 ,
<<=
<=>
− ϕϕ σ
R
SX
n
-nnSnn
能量流向:
ememem
em
PSPPSP
S
RImP
IUmP
⋅+=⋅−=
<′⋅′⋅=
<=
Ω )1(
0
0cos
22
21
11111 ϕ
T与n方向相反,
处于制动状态
回馈制动的实现
(1)同步转向反向的回馈制动(反接正转)
定子两相对调后,位能性负载最后稳定于第四
象限,重物以高于同步速的速度下放。
(2)同步转向不变的回馈制动
• 电车下坡;
• 变极或变频调速过程;
三、异步电动机的能耗制动
制动时,三相绕组脱离三相电源,
由直流电流过定子绕组,在气隙中
形成恒定磁场。
过程分析:
由于惯性,转子仍以n速度旋转
切割磁力线 感应电势 感应电流 产生电磁力 制动转矩
在制动转矩和负载转矩共同作用下,转子减速至n=0。
能耗制动可使反抗性负载准确停机, 使位能性负载匀速下
放。 注意:恒定磁场获得, 需通过定子绕组的改接
~
n N
S
风扇电机
罩极式排气扇电机
冰箱电机
电动缝纫机电机电容分相电机
单相异步电动机
单相异步电动机由单相电源供电,使用方便,广泛
应用于家电、电动工具、医疗器械中。
单相异步电动机
•与同容量的三相异步电动机比较,单相异步电动机的
体积大、运行性能较差,单相电机只做成小容量的。
•单相异步电动机通常在定子上有2相绕组,转子是普
通的鼠笼转子。
•单相异步电动机类型:
(1)单相电阻分相起动异步电动机;
(2)单相电容分相起动异步电动机;
(3)单相电容运转异步电动机;
(4)单相电容起动与运转异步电动机;
(5)单相罩极式异步电动机。
单相电机机械特性
一相定子绕组通电时的机械特性:
一相定子绕组通电时电机中的电磁转矩为两个旋转磁势产生
的电磁转矩的叠加。
合成T=f(s)具有如下特点:
(1) n=0无起动转矩;
(2) 在n>0区域有正向转矩,
在n<0区域有反向转矩;
起动的必要条件
(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。
•在n=0时,T>0,电动机具有正
向起动转矩,
•起动后,n>0,T>0,电动机可
以继续运行。
椭圆形旋转磁场时的机械特性
单相电阻起动
单相电阻起动示意图
电阻分相起动电流
以及机械特性
单相电容起动
单相电容起动示意图
电容分相起动电流
以及机械特性
单相电容起动及运行
单相电容起动与运转结构
示意图
罩极式单相电动机示意图
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