[教育]異步電機起動、調(diào)速和制動

1、目 錄,1 三相異步電動機的起動1.1 直接起動1.2 鼠籠異步電動機降壓起動1.3 深槽式和雙鼠籠異步電動機起動1.４ 三相繞線式異步電動機的起動2 三相異步電動機的制動2.1 反接制動2.2 能耗制動3 異步電動機的調(diào)速,1.1 直接起動,這種起動方法就是把異步電動機的定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上進行起動。直接起動優(yōu)點：是設(shè)備簡單，操作方便；缺點：是起動電流大，必須有足夠大的電源。　　就電動

2、機本身而言，籠型異步電動機設(shè)計時均允件在額定電壓下直接運動，是否采用此法起動，取決于電源容量的大小。若電網(wǎng)容量足夠大，起動電流不致引起顯著的電壓降落，應(yīng)優(yōu)先采用直接起動，因為它簡單而且起動快；若電源容量不夠大，引起電壓降落超過15％，則應(yīng)設(shè)法限制起動電流，采用降壓起動。,若引起電壓降落超過15％，則可能導(dǎo)致其它電動機停機?！　∫话汶妱訖C的過載能力km>1.6，若電壓降為額定電壓的85％，則電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩為Temmax=0

3、.852×1.6TN=1.156 TN若再降低電壓，則可導(dǎo)致停機。,為什么電壓降落超過15％…….？？,1.2 降壓起動,降壓起動就是用降低電機端電壓的方法來限制起動電流，起動時電壓小于額定電壓，待電動機轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓。電動機的起動轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，降壓起動時，起動轉(zhuǎn)矩也隨之減小。所以，這種起動方法只適用于對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。,常用的降壓起動方法定子回路串電抗器起動 自耦變壓器

4、起動星形-三角形換接起動,,1. 定子串接電抗器起動,起動后，切除電抗器，進入正常運行。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ｋ1,運行,起動,三相異步電動機定子串電抗器起動，起動時電抗器接入定子電路；,電抗器咱在電動機起動時起到了分壓的作用。,三相電源,由于起動電流正比于定子的端電壓，而起動轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方，如果起動時電機

5、端電壓降到額定電壓的1／K倍，則起動電流降到額定電壓時起動電流的l／K倍，但起動轉(zhuǎn)矩降到原來的1／K2倍:,,式中：K為電動機端電壓之比，且K=UN/U>1。 IstN為額定電壓下直接起動的起動電流 TstN為額定電壓下直接起動的起動轉(zhuǎn)矩　　因此，該起動方法只能用于容量小于20kW電動機空載或輕載起動。,2.自耦變壓器降壓起動,,自耦變壓器的變比為kA,,直接起動時，電機的端電壓為

6、UN，起動電流IstN，起動轉(zhuǎn)矩TstN,自耦變壓器減壓起動時，電機端電壓為U′=UN / kA,電機側(cè)起動電流,起動轉(zhuǎn)矩,電源側(cè)起動電流,實際上起動用的自耦變壓器，備有幾個抽頭供選用。例如QJ 2型有三種抽頭，分別為55%（即1/kA=55%）、64%、75%（出廠時接在73%抽頭上）；QJ 3型也有三種抽頭，分別為40％、 60%、80%（出廠時接在 60％抽頭上）等。這也是我們前面所講的優(yōu)點，但是，自耦變壓器體積大，價格高，也不能

7、帶重負載起動。自耦變壓器降壓起動在較大容量鼠籠異步電動機上廣泛應(yīng)用。,3.星—三角起動,,在這里主要是利用了星—三角電壓之間的關(guān)系，在星接中線電壓是相電壓的 倍，注意這種方法只適用于繞組在起動的時候是星接，而運行的時候是三角接。,直接起動時，相當(dāng)于繞組的連接為三角形連接，電機的端電壓為UN，起動電流IstN（ Ist? ），起動轉(zhuǎn)矩TstN(Tst? ),Ist?,每相的相電流為：,當(dāng)繞組的連接為Y連接，電機的端電壓為UN /

8、 ，起動電流IstY，起動轉(zhuǎn)矩TstY，有,Y一?起動時，盡管相電壓和相電流與直接起動時相比降低到原來的1／ ， 但是對供電變壓器造成沖擊的起動電流則降低到直接起動時的1／3。,,,到目前為止，前面所介紹的幾種鼠籠式異步電動機降壓起動方法，主要目的都是減小起動電流，但同時又都程度不同地降低了起動轉(zhuǎn)矩，因此只適合空載或輕載起動。對于重載起動，尤其要求起動過程很快的情況下，則需要起動轉(zhuǎn)矩較大的異步電動機?！　〖哟笃饎愚D(zhuǎn)矩的

9、方法是增大轉(zhuǎn)子電阻。對于繞線式異步電動機，則可在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串電阻。對于鼠籠式異步電動機，只有設(shè)法加大鼠籠本身的電阻值，這類電動機有雙鼠籠式異步電動機和深槽式鼠籠異步電動機。,1.3　深槽式和雙鼠籠異步電動機起動,籠型異步電動機可根據(jù)起動和運行時轉(zhuǎn)子頻率的差別，從改變轉(zhuǎn)子槽形入手，利用轉(zhuǎn)子電流分配不均勻的集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)）原理，在起動過程自動改變轉(zhuǎn)子電阻，從而改善了籠型電動機的起動性能。,1. 深槽式異步電動機,深槽式異步電動機也是一種

10、單籠電機，定子與普通鼠籠電動機一樣，但轉(zhuǎn)子槽形窄而深，一般槽深與槽寬之比為10－20以增強集膚效應(yīng)。,目前的中小型異步電動機，為增大電機起動轉(zhuǎn)矩，常采用深槽式。,2.雙籠型異步電動機,上籠,黃銅或青銅制成,電阻率ρ大,截面小,電阻R2大,下籠,紫銅制成,電阻率ρ小,截面大,電阻R2小,漏磁通的磁阻大，漏電抗小,,漏磁通的磁阻小，漏電抗大,,,漏磁通的分布,,在起動時電流被擠到上籠,起動時轉(zhuǎn)子有較大的電阻,起動轉(zhuǎn)矩大。,正常運行時,電流主

11、要集中在下籠,轉(zhuǎn)子電阻較小,起動籠,工作籠,1.４ 三相繞線式異步電動機的起動,異步電動機轉(zhuǎn)子串入合適的電阻起動，既可以降低起動電流，又可以提高起動轉(zhuǎn)矩。繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)串電阻起動，可以很好地改善電機的起動性能。　　一般要求串入的電阻隨轉(zhuǎn)速的升高而逐步切除，所串的電阻一般有兩種形式：分段電阻和頻敏電阻,一、轉(zhuǎn)子串電阻分級起動,為了使整個起動過程中盡量保持較大的起動轉(zhuǎn)矩、繞線式異步電動機可以采用逐級切除起動電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級

12、起動。,轉(zhuǎn)子串電阻后，轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)提高，故電動機的起動轉(zhuǎn)矩提高，但并不是串入的電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩越大。,二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動,,對于單純?yōu)榱讼拗破饎与娏?、增大起動轉(zhuǎn)矩的繞線式異步電動機，可以采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動。頻敏電阻：頻率高電阻大； 頻率低電阻小；　　接觸器觸點K斷開時，電動機轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器起動。起動過程結(jié)束后，接觸器觸點K再閉合，切除頻敏變阻器，電動機進入正常運行 。,2

13、 三相異步電動機的制動,我們知道當(dāng)異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是同方向時，電動機運行與電動狀態(tài)，若電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向相反時，電動機處于制動狀態(tài)．　　在制動運行狀態(tài)中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：　　　反接制動、回饋制動、能耗制動及倒拉反轉(zhuǎn)等。,2.1 反接制動,反接制動過程: 處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，電動機便進入了反接制動過程. 反接制動過程中，電動機電源相序為負序， 如圖所示

14、．　　接觸器觸點K1閉合為正向電動運行，K1斷開K2閉合，則改變了電源相序。,,,如果進行反接制動停車，那么必須在降速到n＝0時切斷電動機電源并停車，否則電動機將會反向起動。,2.2 能耗制動,1. 能耗制動基本原理：,切斷電動機的三相交流電源，同時把直流電I=通入它的定于繞組(K1打開、K2閉合)三相異步電動機內(nèi)形成了一個不旋轉(zhuǎn)的空間固定磁動勢F=。,空間固定不轉(zhuǎn)的磁動勢相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來說變成了一個旋轉(zhuǎn)磁動勢,旋轉(zhuǎn)方向為順時針，

15、轉(zhuǎn)速大小為n。,,,,,轉(zhuǎn)子與空間磁動勢F=有相對運動，轉(zhuǎn)子繞組則感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電流；進而轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩Tem。Tem的方向與磁動勢F=相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的，即Tem為制動性的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速n＝0時，磁通勢與轉(zhuǎn)子相對靜止，E2＝0，I2＝0，Tem＝0，減速過程才完全終止。上述制動停車過程中，系統(tǒng)原來貯存的動能消耗了，這部分能量主要被電動機轉(zhuǎn)換為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中。因此，上述過程亦稱之為能耗制動過程。,3 異步電動機的調(diào)速

16、,,三相異步電動機的調(diào)速方法大致可以分成以下幾種類型：改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法； 改變定于繞組極對數(shù)；改變供電電源頻率。,其它方法：雙饋調(diào)速，包括串級調(diào)速，屬改變理想空載轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法；利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。,異步電動機的轉(zhuǎn)速為：,3.1 變極調(diào)速,異步電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1，當(dāng)改變極對數(shù)p時，n1將發(fā)生改變．而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于但接近于n1，也相應(yīng)改變，此即變極調(diào)速。,但

17、是極對數(shù) p只能整數(shù)倍變化，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 的改變也是不平滑的有級調(diào)速。,交流電機定子磁動勢的極對數(shù)，取決于繞組中電流的方向，若改變繞組連接方式，使繞組中電流方向改變，則可改變了定子磁動勢的極數(shù)。,,,,,4極電機的繞組連接方式,,,,,２極電機的繞組連接方式,變極原理,變極調(diào)速異步電動機可以采用兩套繞組。,為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實現(xiàn)變極調(diào)速。,因此，改變?nèi)?/p>

18、異步電動機電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。,3.2 變 頻 調(diào) 速,已知：,1. 從基頻向下變頻調(diào)速,降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓U1。降低電源電壓U1有兩種控的制方法。,三相異步電動機每相電壓：,⑴ 保持 =常數(shù)，即恒磁通控制方式,,,當(dāng)改變頻率時，若保持E1/f1=常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax=常數(shù)，與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩

19、對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落相等，也就是不同頻率的各條機械特性是平行的，硬度相同。,恒磁通變頻調(diào)速的機械特性,這種調(diào)速方法機械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無級調(diào)速，平滑性好。電動機在正常負載運行時，轉(zhuǎn)差率s較小，因此轉(zhuǎn)差功率較小，效率較高。,,2. 從基頻向上變頻調(diào)速,升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通Φm越低，是一種降低磁通升速

20、的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。 頻率越高，轉(zhuǎn)速越高,電動機最大轉(zhuǎn)矩越小,三相異步電動機變頻調(diào)速具有以下幾個特點：從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式；調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；運行時小，效率高；頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。,3.3 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速,改變轉(zhuǎn)子回路串入電阻值的大小，例如轉(zhuǎn)子繞組本身電阻為R2，分別串入電阻RSl、RS2 、RS3

21、時 ，如圖所示：所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低.（拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，且為額定負載轉(zhuǎn)矩，即TL=TN ）已知電磁轉(zhuǎn)矩T為： Tem=CTΦmI2cosφ2當(dāng)電源電壓一定時，主磁通Φm基本上是定值，轉(zhuǎn)子電流I2可以維持在它的額定值工作。,,,,轉(zhuǎn)子回路串電阻是屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩TL=TN時，根據(jù)上式，則有：,式中s1、s2、s3別是轉(zhuǎn)子串入不同的電阻后的轉(zhuǎn)差率。 這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，一般為 （2～3）:1。,負

22、載小時，調(diào)速范圍就更小了。由于轉(zhuǎn)子回路電流很大，使電阻的體積笨重，抽頭不易，所以調(diào)速的平滑性不好，基本上屬有級調(diào)速。,3.4 改變定子端電壓調(diào)速,在頻率、參數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變時，電磁轉(zhuǎn)矩便與端電壓平方成正比，改變定子端電壓時的機械特性如右圖,對于普通籠型異步電動機sm較小，所以調(diào)速范圍很小。,機械特性變軟，致使低速運行穩(wěn)定性交差 。,普通籠型異步電機的轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)速降低而增大，可能引起電機過熱并損壞。,改變定子端電壓是一簡便的調(diào)速方法，但