电机的四象限运行 (8页)

电机的四象限运行电机的四象限运行篇一：什么是电机的四象限运行什么是电机的四象限运行单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反接制动状态。能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。将电动机回馈的能量消耗掉。另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到彻底的节能效果。四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合，例如提升机，机车牵引，油田磕头机，离心机等。在一些大功率的应用中，也需要四象限变频器以减小对电网的谐波污染。以提升机的应用为例，当提升重物时，四象限变频器拖动电机克服重力做工，电动机处于电动状态。当下放重物时，逆变侧产生励磁电流，重力牵引电机发电，电动机处于发电状态。势能转化为电能通过整流侧回馈的电网。篇二：直流他励电动机四象限运行直流电动机四象限机械特性测试一．实验目的本实验通过对直流电动机四象限机械特性的测试时学生对直流电动机的基本特性以及四象限工作状态有更深入的了解，进而掌握直流电动机的认为特性及其在调速国策和那个中的应用方式，同时锻炼学僧的分析问解决问题能力和独立工作的能力。二．实验内容测试直流电动机四个象限的机械特性，包括设备选择，拖动及负载电动机的选择，调速方式，参数调整，接线以及数据测试和曲线的绘制等。三．实验要求1）第一象限固有特性电动状态测量4个稳定工作点2）第二象限回馈状态（电压可适当降低）测量4个稳定工作点3）第二象限电动势反接制动（最大电流设为1.5倍的In）测量3个工作点4）第二象限能耗制动（最大电流设1.5In)测量三个工作点，可以接反抗性负载5）第三象限反向电动状态（类同一象限）6）第四象限能耗制动测量4个稳定工作点7）第四象限倒拉反转测量4个稳定工作点8）要求写清实验步骤，并记录数据四．实验步骤1第一象限的固有特性1.1实验原理在电源电压U=Un，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻RΩ=0时，n=?(T)的机械特性，其数学表达式为：机械电枢电流：TIa=CtΦNUNRan=-T=n0-β?T2CΦCCΦeNeTN特性表达式n0=转速空载UNaβ=2CeΦN斜率1.2实验步骤（１）按照实验接线图连接号电路，R1：电枢调节电阻（MEL-09）Rf：磁场调节电阻（Ｍｅｌ－０９）Ｍ：直流并励电动机Ｍ０３Ｇ：涡流测功机Ｕ１：可调直流稳压电源Ｕ２：直流电机励磁电源Ｖ１：可调直流稳压电源自带电压表Ｖ２：直流电压表，量程为３６０ｖ档，位于ＭＥＬ－６（有的时候其实不用这个表，为了实验的安全性和调速还是加上）Ａ：测电枢电流的安培表，ｍＡ：毫安表，位于直流电机励磁电源部（２）检查M，G之间是否用联轴器接好，电机导轨和MEL-13的连线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确。（３）将直流电枢调节电阻R1跳到最大，磁场调节电阻跳到最小，转矩设定器逆时针调到底。（４）开启控制的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序案子啊绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船型开关和可调直流船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管，指示直流电压易经建立，旋转电压调节电位器，是可调直流稳压源电源输出220V电压。（５）调节R1到最小。（６）调节转矩按钮，调节四个稳定状态，注意不要超过1.1N.m，记录此时的转速和电枢电流，电枢电压。第一象限稳定工作点实验记录数据：1.3数据处理在额定转矩下，额定电压额定电流额定转下速根据公式T2N=TL=T=CtΦNIN=9.55Pem185=9.55?=1.104(N?m)nN1600CΦT=CtΦNIa可以求的TL=T，所以tN=1。所以根据公式可以算的根据实验数据绘制的特性曲线T3T2T1TN2第二象限的回馈状态2.1实验原理电磁转矩：n3T=CtΦNIa稳定运行时有：T=TL根据公式得在降低电枢电压时，转速不能突变，电枢电流先是变小而后又变大，最后又回到初始值。在第一象限达到稳定工作状态。这是一种很好的调速方法，叫降电压调速。2.2实验步骤在上一个实验的基础上，降低电枢电压，调节直流稳压源，然后记录此时的转速和电枢2.3数据处理在是实验中，由于测功机的原因，它的转矩是随着转速的变换而变化的，在理论推理中，如果电击拖动的是恒转矩负载那到达稳定工作点时电枢电流是不变的，但是实验结果是变的，这就是因为测功机的原因。根据实验表格数据绘制的特性曲线3第二象限电动势反接制动3.1实验原理反接制动就是将电源电压反接，同时串如一个保护电阻，达到制动的目的，从图中可以看出，当电源电压反接时，转速不能突变，电枢电流突然变大，而且反向，这时必须串如保护电阻才能是电动机正常工作，否则电枢电流过大会烧坏电机。电动机在第三象限反转。在实验中，应将负载转矩调的尽可能小，这样在反转的时候可以转起来。制动电阻最小值：Rmin=-UN-EaU+Ea-Ra=N-Ra-IamaxIamax3.2实验步骤1）接线还是跟上一个实验一样。开始过程与上一个实验相同。2）在电源处利用单刀双掷开关电路，设计一个可以实现电源方向切换的开关3）安全启动直流电动机，逐渐加大电源电压，同时调节电枢电阻。4）负载转矩调小，调节测功机的转矩，拧到最小。5）将电枢电阻调到最小，通过磁场调节电阻使得转速上升。记录数值。6）打开电源调转速和电枢电阻，使转速达到额定值，这样可以更好的记录数据7）将开关打到反接端，飞读此时的转速和电枢电流实验接线图Rs为串如的电阻，注意电阻保险丝用1.5A的反接制动实验数据（飞读）Rs=3.6k篇三：电动机四象限运行电机四象限运行1、什么是单象限和4象限？以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。左半部是众所周知的可逆变频器原理图，各位同行一看便知。而右半部分电机分别处于四象限运行的转矩方向和转速方向（也是旋转方向）图。现简单分析如下：当电机通常是处于处于第一象限运行，我们称其为正转（顺时针反向）电动状态，电动机通过变频器以不同的转速从电网吸收电能，并将其转换为机械能。电动机的电动转矩和旋转反向一致，也是顺时针方向。负载机械转矩和电动机电动转矩相反，当电动转矩大于负载转矩时，电动机升速，当电动转矩等于负载转矩时，电机匀速运转。当我们电机处于某一转速运行在第一象限运行时，当变频器的给定频率突然变小，不管变频器的减速参数如何设定，只要是频率下降减速度大于电动机带负载的惯性减速速率，那么电机由电动状态变为发电状态，它将机械动能通过逆变模块的续流二极管并由制动单元控制向制动电阻放电，将机械能通过制动电阻发热耗掉，这时电机运转方向仍为正转（顺时针），而电机的电动转矩方向和第一象限相反，也就是和转动方向相反（逆时针），电动机对机械负载起制动作用，使得电机运转减速度加快。我们称其为发电能耗制动状态，如果具有回馈制动单元的话，它可以将机械能通过回馈制动单元向电网回馈。第三象限和第一象限过程相同，只不过电动转矩和旋转方向分别相反。而第四象限和第二象限过程相同，也只不过是电动转矩和旋转方向分别相反。2、关于控制器的象限和电机的象限：单象限：能量只能单向流动。四象限：能量可以双向流动。电机和变频器都有自己的象限，不要搞混了。*电机的单象限运行，指电机电动运行。四象限指发电运行。*变频器的单象限运行，指能量从电网进入变频器。四象限指能量还可以回馈电网。可能有这种情况：a.单象限运行的变频器带四象限运行的电机。电机发电的能量提升了母线电压，或在制动单元消耗掉。b.单象限的直流调速换向麻烦，需要改变励磁或电枢的正负来实现反转。四象限的直流调速有两组整流桥，输出方向相反，正转时其中一组工作，反转时另一组工作。需要注意的主要是换向的时间问题：对于单象限的调速器，当电机需要反转时，要加时间继电器。无论是改变励磁方向还是改变电枢方向，都必须等待一段时间，就是说不允许工作中突然换向。因为励磁线圈和电枢线圈通的都是直流电，需要时间来释放能量，如果换向太快将会把整流桥反向击穿。而四象限的调速器不存在此问题，因为两组整流桥方向相反，当一组停止输出时，另一组正好可以给电机释放能量。3、关于变频器和直流调速器的互换：从理论上讲，磁场矢量控制的交流电机变频装置，完全可替代直流调速系统，当然要实现4象限运行，IGBT和整流二极管都要反并联，以实现电流的反向。电机也要求有速度反馈，如测速发电机或者码盘等，另外还要根据负载的特性，选择电动机的恒扭矩和恒功率的调速范围。4、怎样实现变频器的4象限驱动功能？采用英国CT的Unidriver系列交流驱动器、还有ABB、西门子的变频器都可以实现四象限驱动功能。使用时，电机要换成交流电机，同时，变频器要配能耗单元，有两种方式可选。⑴采用制动单元+制动电阻，将电机反相时产生的方向再生电流消耗掉，否则易烧毁变频器或引起变频器跳闸。⑵采用逆变器，将逆变器接在变频器的直流母线上，当产生方向再生电流时，变频器直流母线电压升高，通过逆变器将直流母线的直流高电压变成和交流电网同步的交流电，反馈回电网，实现了节能作用。该方式常用于多台大功率变频驱动。5、关于直流电机传动设备的4象限运行：开卷和收卷这样的恒功率负载,卷的半径小的时候，力臂短，扭矩小，电机的转速高；卷的半径大的时候，力臂长，扭矩大，电机的转速低，这样也能实现收放卷线速度的恒定，当然要检测卷的半径。对于这样的恒功率负载，我认为应该选择基速（就是定子最高电压所对应的速度）较小的电机，更大的速度范围为弱磁升速，这样才能充分发挥电机的效能。同样，交流异步电机的变频调速也有基速上下之分，只不过基速之下是变频变压（φ恒定）恒扭矩调速；基速之上为恒压升频（φ减小）恒功率调速.