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电力行业--三相异步电动机的电力拖动


当转差率s变化不大时,电动机的转速n基本与电源频率f1 正比,连续调节电源频率,可以平滑地改变电动机的转速。但
是,
0
E1 4.44 f1 N1kw1
U1 4.44 f1 N1kw1
T
Tm TN
m1 pU12
4 f1( X1 X 2 )TN
c
U12 f12TN
频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁
2
2
1
s
s
R2
0
电磁功率为
Pem
m1 I 2 2
R2 s
0
机械功率为负,说明电机从轴上输入机械功率;电磁功率为 正说明电机从电源输入电功率,并轴定子向转子传递功率。
而 PMEC
Pem
m1
I
2
2
s
s
1
R2
m1
I
2
2
R2 s
m1
I
2
2
R2
表明,轴上输入的机械功率转变成电功率后,连同定子传递给转 子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上,所反接制动的能量损 耗较大。
5.3三相异步电动机的制动
5.3.1 能耗制动
实现:制动时,S1断开,电机脱离电网, 同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁 电流。
直流励磁电流产生一个恒定的磁场, 因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场,导 体中感应电动势和电流。感应电流与磁场 作用产生的电磁转矩为制动性质,转速迅 速下降,当转速为零时,感应电动势和电 流为零,制动过程结束。
2. △-YY联结方式
smYY smY TmYY 2TmY TstYY 2TstY
smYY sm
2 TmYY 3 Tm
TstYY
2 3 Tst
变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但 具有较硬的机械特性,稳定性好, 可用于恒功率和恒转矩负载.
5.4.2 变频调速
一、电压随频率调节的规律
sm
R'2 R12 ( X1
X
' 2
)2
R'2
X1
X
' 2
Tm
4
f1[
R1
m1 pU12 R12 (
X1
X
' 2
)2 ]
4
m1 pU12
f1 (
X1
X
' 2
)
1、Tm与U成12 正比; T与m 无U1关。 2、R2越大,s越m 大;T与em 无R2关。 3、Tm和 s都m 近似与漏抗成反比
二、参数表达式
Tem 2 f1 ( R1
m1 pU12
R2 s
R2 s
)2
(
X1
X
' 2
)2
说明:电磁转矩与电源参数(U1、f1)、结构参数(R、X、m、
p)和运行参数(s)有关。
三相异步电动机的机械特性 n f (T曲em)线
在特性曲线上有两个最大转矩,最大转矩对应的转差率称为临界
转差率,可令ddTsem 求 0得:
PYY 2PY TYY TY
可见,Y-YY联结方式时,电动机的转速增大一倍,容许输 出功率增大一倍,而容许输出转矩保持不变,所以这种变极调速 属于恒转矩调速,它适用于恒转矩负载。
2. ∆-YY联结方式
∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY ,2n保 持每一绕组 电流为 ,则I输N 出功率和转矩为
三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之 间的关系,由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系,所以 异步电动机的机械特性通常用Tem f表( s示) 。
一、物理表达式
Tem
CT
0
I
' 2
cos 2
表明:三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与0 转子电流的有
功分量
I
' 2
相cos互 2作用产生的。
0.64Tst
2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性
串电阻后,机械特性线性段斜率变大,特性变软。
串电阻后, n、 T不m变, s增m 大。
在一定范围内增加电阻,可以 增加 T。st 当 sm时 1 ,Tst 若Tm再增 加电阻, 减T小st。
sn
0 n1 sm
除了上述特性外,还有
改变电源频率、极对数等人 为机械特性。
5.3.3 回馈制动
实现:电动机转子在外力作用下,使n>n1.
回馈制动状态实际上就是将轴上的机 械能转变成电能并回馈到电网的异步发电 机状态。 一、下放重物时的回馈制动
电机机械特性曲线1,运行于A点。
首先将定子两相反接,定子旋转磁场 的同步速为-n1,特性曲线变为2。工作 点由A到B。经过反接制动过程(由B到 C)、反向加速过程(C到-n1变化), 最后在位能负载作用下反向加速并超过 同步速,直到C点保持稳定运行。
损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变,要
求下式成立:
U12 f12TN
U12 f12TN
及 U1 U1
f1 f1
TN TN
1、恒转矩变频率调速 对恒转矩负载 U1 f1 常数
U1 f1 此条件下变频调速,电机的主磁通和过载能力不变。
2、恒功率变频率调速
对恒功率负载
PN
TN nN 9550
5.2.1 三相笼型异步电动机的起动
一、直接起动
可以直接起动的条件:起动电流倍数kI
1 4
3
电源容量(kVA 电动机容量( kW
)
)
二、降压起动
1.Y-△ 降压起动
适用于正常运行时定子绕组为三角形接线 的电动机。起动时 Y接;运行时△接。
起动电流关系:
IstY 1 Ist 3
起动转矩关系:
TstY 1 Tst 3
Y- △ 降压起动多用于空载或轻载起动
2.自耦变压器降压起动
直接起动时的起动电流:Ist
UN ZS
降压后二次侧起动电流:I1st
U1 ZS
UN kZ s
变压器一次侧电流:Ist
1 k
I1st
1 k2
UN Zs
电网提供的起动电流减小倍数:Ist
I st
1 k2
起动转矩减小的倍数:Tst
本章首先讨论三相异步电动机的机械特性,然后以机械 特性为理论基础,分析研究三相异步电动机的起动、制动和 调速等问题。
5.1 三相异步电动机的机械特性
5.2 三相异步电动机的起动
5.3 三相异步电动机的制动
5.4三相异步电动机的调速
5.1三相异步电动机的机械特性
5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式
TN nN 9550
常数

U1 U1 常数
f1
f1
TN nN f1 TN nN f1
此条件下变频调速,电机的过载能力不变,但主磁通发生变化。
二、频率调速时电动机的机械特性
PYY 1.15P TYY 0.58T
可见,∆-YY联结方式时,电动机的转速增大一倍,容许 输出功率近似不变,而容许输出转矩近似减少一半,所以这种 变极调速属于恒功率调速,它适用于恒功率负载。
同理可以分析,正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率 调速。
四、变极调速时的机械特性 1. Y-YY联结方式
二、变极或变频调速过程中的回馈制动
电机机械特性曲线1,运行于A点。
当电机采用变极(增加极数)或变 频(降低频率)进行调速时,机械 特性变为2。同步速变为 n1 。
电机工作点由A变到B,电磁转矩 为负,nB ,n1 电机处于回馈制动状 态。
5.4三相异步电动机的调速
由异步电动机的转速公式
n
n1( 1
最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:
T
Tm TN
在特性曲线上还有一个起动转矩,即 n 0(s时 1的) 转矩:
Tst
2
f1
( R1
m1
pU
2 1
R'2
R'2 )2 ( X1
X
' 2
)2
结论:当其它参数一定时
1、起动转矩与电源电压平方成正比; 2、频率越高,起动转矩越小;漏抗越大,起动转矩越小;
二、倒拉反转的反接制动
条件: 适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。
实现:在转子回路串联适当大电阻RB。
电机工作点由A→B →C,n=0,制动过 程开始,电机反转子, 直到D点。在第四象 限才是制动状态。
由于电机反向旋转, n<0,所以s>1。
反接制动时,s>1,所以有
机械功率为
PMEC
m1
I
E2N 3I2N
R2
Tem
0C
5.3.2 反接制动
一、电源两相反接的反接制动
实现:将电动机电源两相反接可实现反接制动。
由于定子旋转磁场方向改变 , 理 想空载转速变为 n1 ,s 1.
机械特性由曲线1变为曲线 2,工作点由A→B →C, n=0,制动过程结束。
绕线式电动机在定子两反 接同时,可在转子回路串联 制动电阻来限制制动电流 和增大制动转矩 ,曲线3。
1. 降压时的Βιβλιοθήκη 为机械特性U1下降后,Tm 和Tst 均下降,
s
0
n
n1
TL
但 sm不变, T 和 kst 减少。
如果电机在定额负载下运 行,U1下降后, n 下降, s 增大,
sm
转子电流因E2s sE2增大而增
大,导致电机过载。长期欠压
0.8UN
UN
过载运行将使电机过热,减 1 0
少使用寿命。
Tst
1 k2
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。
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