三相异步电动机起动调速和制动

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。TS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=0S=1TstSnTnSmTm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；22122122111)()(1XXRRRUmTst起动转矩：2212112111max21XXRRUmT最大转矩：221212)(XXRRSm临界转差率：ST改变定子电压的人为特性TS改变转子电阻的人为特性TS改变定子电抗的人为特性人为特性曲线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Tst/TN;•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。2212211122)()(cosXXSRRUIICTmMem•起动时，S＝1，等效阻抗小，起动电流大；•f2＝f1，2接近900，cos2很小，转子电流有功分量小。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力有限；2.电动机起动转矩小，负载要求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。按电网容量允许直接启动的笼形电动机功率电网允许直接启动的笼形电动机功率小容量发电厂每1KW发电机容量为0.1~0.12kW变电所经常启动，不大于变压器容量的20％；不经常启动，不大于变压器容量的30%高压线路不超过电动机连接线路上的短路容量的3％变压器－电动机组电机功率不大于变压器容量的80％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。2212211)()(XXRRUIQ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－起动•延边三角形起动1stststNIIUUa2221aIIUUTTststNststst定子串电阻或电抗降压起动用自耦变压器降压起动stststLIkIkI211设自耦变压器的电压变比为kNUk122211kkUUTTNstststY－起动3133KNKNststZUZUIIY接法起动时的起动转矩也减小到213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。转子串电阻串频敏变阻器频敏变阻器特点：磁路较饱和，电抗较小，铁耗随频率变化随着转子转速的逐渐上升•转子绕组中的电流频率逐渐降低•频敏变阻器铁心中的损耗逐渐减小，反映铁耗的电阻跟着减小。•当转速接近额定转速时，频率极低，Rm和Xm很小，相当于将起动电阻全部切除。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(1601SnSnPf（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；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2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；ns1T0nTQ1TQ2P1P2P1ns2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1111144.4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，m等于常数。——恒磁通的控制方式。22222121111)()(2XSRRSffEPmPemTem221211221212308;2LPRnSnfELPmTLfRSmmm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NNemTTP1111ffEEmm过载能力下降TSf1f2f3f1f2f3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。TSf1f2f3f4f1f2f3f4（2）保持U1/f1不变，降频调速)(30)(8;)(2212121121212112LLpRnSnfELLpmTLLfRSmmm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。21111121;1;1;1CTPfTCnSnfSfTemememmmmm是恒功率的调速方法。f1f2f3f4f1f2f3f4TS变频调速的总结（1）机械特性基本平行，特性硬，调速范围宽，转速稳定性好；（2）运行时S小，转差功率损耗小，效率高（3）频率连续可调，为无级调速（4）保持E/f为常值，恒转矩调速保持U/f为常值，为近似恒转矩调速U1恒定，频率向上调，为恒功率调速（5）恒转矩负载，保持U1/f1为常值恒功率负载，U1/√f1为常值；通风机型负载：U1/f12为常值变频调速的实现－变频器通用变频器通过选择合适的运行曲线与负载曲线相匹配。三、改变转差率1改变端电压电磁转矩与电压的平方成正比。特点：调速范围小，用于拖动象风扇负载的小型笼型电动机。2转子加电阻（绕线式电机）特点：•方法简单、调速范围广；•调速电阻消耗能量，转速越低、效率越低；•机械特性变软，负载变化，转速变化显著。22122122112XXsRRsRUpfmTaaA22122122112XXsRRRsRRUpfmTbbBbasRRsR22对于恒转矩负载3串级调速在转子回路接入一个转差频率的附加电动势，改变附加电动势的大小和相位将转差功率转换为机械能加以利用，或者送回电网。即又较高的效率，又能达到调速的目的。2I2ES2sx2r～adE串级调速的原理：222222)(SXrEESIad有超同步、亚同步和改善功率因数三种控制形式。串级调速的实现双馈电机采用串级调速方法的绕线式电机。•定子三相电源供电，转子经变频器接转差频率的电压；•转子电流为转差频率，转子磁势波在气隙中转速恒为同步速；优点：调速范围广，性能好；保持稳定和防止振荡的问题较复杂。适用于负载平稳、调速快速性不高的场合。三相感应电动机的制动三相异步电动机的电动状态：T与n同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外，转变为机械功率送至负载；三相异步电动机的制动状态：T与n方向相反；制动状态方式：•反接制动；•回馈制动；•能耗制动；一、反接制动1.转向反向的反接制动（正接反转）重物下放的例子：•TZ与转速n方向一致。•稳态时，电磁转矩T＝TZ，方向与n相反。从机械特性分析：A点（电动状态）n0,T0B点（制动状态）n0,T0足够大的电阻TSAB•转差率：1)(1111nnnnnnS性质：•等效电阻：0)(12RRSS吸收机械功率；0)(122RRSSI0)(2221SRRImPem电能从定子传向转子；PPpemcu2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；SSSSTTnnnnnnSmmm211111反接的过程，从反接开始到转子速度为零的过程。ABTS12两种反接制动，均有S1,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020221211118090),(tan,0,RSXn-nnSnn能量流向：ememememPSPPSPSRImPIUmP)1(00cos222111111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~nNS风扇电机罩极式排气扇电机冰