电力拖动基础-讲义3

补充 电机负载运行时 1 转子电动势的频率 2 转子绕组的感应电动势 3 转子绕组的电阻和漏抗 忽略集肤效应 认为不变 4 转子绕组的功率因数 结论 转子功率因数随S的增加而减小 1 转子电动势的频率 2 转子绕组的感应电动势 3 转子绕组的电阻和漏抗 忽略集肤效应 认为不变 4 转子绕组的功率因数 结论 转子功率因数随S的增加而减小 电力拖动基础讲义 3 5 转子绕组的电流 正常运行时 转子端电压U2 0 有效值 结论 转子电流I2随S的增加而增加 等效电路图 第三章交流电动机的机械特性 运转状态及速度调节 第一节异步电动机的机械特性 一 固有机械特性的三种表达方式 1 物理表达式 表明 三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的 1 每极磁通 与转差率s之间的关系从空载到额定负载时 s很小 定子压降很小 使为外施电压 保持不变 故近似不变 所以 保持不变 S增大 负载大于额定负载 S IL ILr1 E1 2 I2与S的关系 S较小时 r2 S X2 I2 SS较大时 考虑X2 I2 增大缓慢 3 转子功率因数cos 2与转差率S的关系 S 0时 cos 2 1 S cos 2 总之 S从零增加时 基本不变 cos 2 略有减小 I2 随S增加很快 所以T基本随I2 的增加成正比变化 S增加很多时 I2 基本不变 及cos 2 均减小很多 所以T减少 T随S的增加而增加 而后又减小 故T有一个极值 2 参数表达式 电磁功率 电磁转矩 转子电流 xSC x1 x2 说明 电磁转矩与电源参数 f 结构参数 r x m p 和运行参数 s 有关 临界转差率sm和最大电磁转矩Tmax 式中 正号表示电动机状态 负号表示发电机状态 3 实用表达式 上式称为较准确的实用表达式 由于Sm 0 1 0 2 故 0 2 0 4 进一步简化得简化实用表达式 转差率较小时 S Sm 略去S Sm得 转差率较大时 S Sm 略去Sm S得 Tst 0 二 固有机械特性的分析 1 起动点电机投入电网但尚未转动 n 0 s 1 T U12 I U1 Tst在电压频率不变时 r2 增大 最初使Tst增大 r2 继续增大 使Tst下降 原因 r2 cos 2 T r2 I2 cos 2基本保持不变 I2cos 2 T 为得到最大转矩 可以调整转子回路电阻使Sm 1 即 Tst Tmax 2 临界点 Sm Tmax 机械特性上电磁转矩为最大的点 异步电动机最大转矩与额定转矩之比称为过载倍数 又称过载能力 用 m表示 一般 m 1 6 2 2 设计时考虑一个安全系数 Km 0 85 m 3 额定工作点 指异步机机械曲线对应于额定转矩TN额定转速nN的点 随着电机容量的增大 额定转差率SN减小 当PN大于100kW时 SN 0 014 0 025 容量相同 极数相同时 笼型电机的SN小于绕线式电机 4 理想空载点 n n0 s 0 T 0 指异步电动机机械特性上转速为同步转速的点 为理想情况 一般由于空载损耗的存在 异步电机不可能工作在此点 s 0 E2 sE2 0 I2 0 T 0 第二节异步电动机固有机械特性的计算与绘制 已知 额定功率PN 额定转速nN 额定电压UN 额定电流IN 过载能力 m 额定效率 N 额定功率因数cos N等 鼠笼型异步电动机给出 起动转矩倍数 st和起动电流倍数ist 绕线式异步电动机给出 转子额定电压E2N 定子加额定电压时转子开路时的线电压 和转子额定电流I2N 定子加额定电压时转子电流 一 鼠笼型异步电动机固有机械特性的计算与绘制 1 利用机械特性的简化实用表达式计算 1 求TmaxTmax mTN 2 求Sm将额定点 s sN 的条件代入 绘制曲线 利用机械特性的较准确的实用表达式计算 1 求Tmax 2 求Sm 额定点 s sN 起动点 s sst 1 st 求解得出 二 绕线式异步电动机固有机械特性的计算与绘制 1 利用机械特性的简化实用表达式计算 利用机械特性的较准确的实用表达式计算 利用额定点 s sN 第三节异步电动机人工机械特性及其计算 一 降低电源电压时的人工机械特性 Tmax U12Tst U12Sm与U1无关 对于恒负载转矩A点 A 点 故降压运行时 会引起转子 定子电流的增加 二 转子电路内串接对称电阻时的人工机械特性 特点 1 最大转矩不变 与r2 无关 2 转子电阻增加 临界转差率增大 3 转子电阻增加 起动转矩先增大后减小 4 同步转速n0不变 机械特性曲线 2 固有机械特性与人工机械特性的关系 1 临界转差率之比等于转子电阻之比 2 对应于同一转矩转差率之比等于转子电阻之比 说明速度降与转子总电阻成正比 3 人工机械特性的计算与绘制 1 绘制固有机械特性 2 利用任意转矩T1得对应与固有机械特性的转差为Sar 求出Sar1 3 连续取点 连接曲线得到人工机械特性 三 定子串接对称电抗时的人工机械特性 特点 x1增大 1 同步转速n0不变 2 Sm Tmax Tst随串入电抗的增大而减小 机械特性斜率增大 过载能力下降 起动电流下降 可用于鼠笼型电机的降压起动 第四节鼠笼式异步电动机的起动方式 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程 对电动机的起动性能要求 起动电流不能太大 起动转矩足够大 起动设备简单 经济 操作简便 普通工业用直流电动机不同 三相鼠笼型异步电机允许直接全压起动 第2篇三相异步电动机 从下述公式分析 起动时 远大于运行时的 转子漏抗很大 很低 尽管很大 但并不大 由于起动电流大 定子漏阻抗压降大 使定子感应电动势减小 对应的气隙磁通减小 由上述两个原因使得起动转矩不大 起动时 转子感应电动势大 使转子电流大 根据磁动势平衡关系 定子电流必然增大 起动电流大的原因 起动电流可达额定电流的4 7倍 短时大电流冲击 笼型转子可承受 但对电源产生冲击 起动过频繁电机会过热 起动转矩小 会使起动时间拖长 负载重时可能不能起动 直接起动适用范围 非频繁 负载较轻 电源相对电机容量足够大 一 直接起动 全压起动 将电动机直接接到额定电压的电源上 可以直接起动的条件 起动电流倍数 起动时 或电机容量小于7 5kW 二 定子串接对称电阻起动 1 起动过程降压起动 串入起动电阻后增加了起动损耗 起动平稳 运行可靠 起动设备简单 一般用于轻载起动 如鼓风机等 2 定子串入对称电阻的计算直接起动时起动电流为Ist 起动转矩为Tst串电阻起动起动电流为Ist 起动转矩为Tst 令Ist Ist aTst Tst b 当绕组为Y型接法时 当绕组为 型接法时 转换为Y型接法 起动平稳 运行可靠 起动设备简单 起动转矩严重减少 损耗较大 一般用于轻载起动 三 定子串接对称电抗起动 定子回路串联电抗降压起动 起动设备费用较高 通常用于高压电动机 起动时 将电抗器降低后的电压加在电机上 降低起动电流 待电机转速升高后 切除电抗器 电机在全压下运行 四 自耦变压器降压起动 直接起动时的起动电流 降压后二次侧起动电流 变压器一次侧电流 自耦变压器起动不受电动机绕组连接的影响 可以根据需要选择分接头 缺点是设备体积大 投资高 适用于不需频繁起动的大容量电动机 起动转矩 第2篇三相异步电动机 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接线 运行时 接 起动电流关系 Y 降压起动设备简单 成本低 但起动转矩降低很多 多用于空载或轻载起动的设备上 五 Y 降压起动 起动转矩关系 第五节 改善起动性能的鼠笼型异步电动机 采用电阻率高的转子绕组导条 转子电阻增加 起动转矩增大 转差率也增大 高转差率鼠笼式异步电动机 深槽式 由于集肤效应使转子电阻增加 双笼型 外鼠笼 电阻大 电抗小 内鼠笼 电阻大 电抗小由于集肤效应 起动时转子电流流经外鼠笼 起动方法的选择 在电网允许的范围内 首先直接起动 若不允许 考虑降压起动 首先考虑Y 起动 若起动电流大于负载电流 则选择Y 起动 其次选择定子串电阻电抗 自耦降压起动 直接起动 起动电流太大 降压起动 起动转矩下降 如何增大起动转矩 减小起动电流 转子电阻增加 第六节绕线式异步电动机的起动方法 一 转子串电阻分级起动 起动时串入全部电阻 随着转速上升逐级切除所串电阻 起动完毕 起动电阻全部退出 起动电阻计算 1 图解法 2 分析法 同理 对于m级起动 a m已知 1 选T1 2 求r2 3 求 4 代入公式求出T2 及R1 R2 求出rst1 b m未知 1 选T1和T2 2 计算 3 计算r2 4 求m 5 修正 T2 6 代入公式求出R1 R2 求出rst1 二 转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器类似只有一次绕组的三相三柱式变压器 其铁心是由几片或十几片厚钢板或铁板叠成 频敏变阻器是利用铁心涡流损耗随频率变化而变化的原理改变起动电阻的 频敏变阻器的电阻随频率降低而逐渐减小 频敏变阻器静止无触点 结构简单 成本低 所应用较为广泛 第七节异步电动机的制动工作状态 一 异步电机的反接制动工作状态 倒拉反接和电源反接 1 倒拉反接 转速反向时的反接制动 电机正向接线 n0 0 定子旋转磁场不变 电机在电动状态运行时 转子突然加入较大电阻R1后 由于nA不能突然改变 但转矩降低 TA TL 电机减速 当n 0时 Tc TL 故而负载转矩拖动电机到转 即n 0 进而反向加速 直到TD TL 系统稳定运行 转速为nD 串电阻的阻值越大 稳定下放重物的转速越高 转差率 电动状态 制动状态 电动机输入功率为 机械功率 电动机即从轴上输入机械功率 也从电网输入电功率 并全部消耗在转子绕组电阻中 电动机从电网输入电功率 从轴上输出机械功率 2 电源反接的反接制动 A B C T TL n A C B TL T 电源反接 绕线式电机同时可以串入起动电阻Rad 反接瞬间 转矩T变为负值 转速n保持不变 进入制动状态 n 对笼型电机 因转子回路无法串电阻 反接制动不能过于频繁 二 异步电机的回馈制动 1 条件 2 回馈制动的产生 A 变极或变频调速时 B 下放位能负载 下放重物或提升空笼 3 能量关系 电磁功率 轴上输出的机械功率 说明 异步机向电网反馈有功功率 吸收无功功率 转子电流有功分量 转子电流无功分量 由转子侧送定子侧的功率最终回送电网 三 能耗制动 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后 立即在定子绕组中通入直流 建立一恒定磁场 转子短路或串电阻短接 原理 定子绕组中通入直流电 产生一恒定磁场 由于转子一直转动 故而相当于转子中有旋转磁场 产生感应电动势 转子电流与定子电流相互作用产生制动转矩 使转速不断下降 故而频率下降 转子感应电动势下降 直到n 0 f 0 E 0 I 0 T 0 电机停车 能耗制动定子绕组接线图见P169 此时电机作为同步电动机运转 机械特性分析 Idc Fdc 静止磁场 Iac Fac 交变磁场 将同步发电机转化为异步电动机 应保持交变磁场等效于静止磁场 Fdc Fac 即相当于由有效值为的三相交流电流所产生的合成磁通势 转子在该磁场旋转 转速n 感应电动势的频率 磁通势的转速即同步转速为 能耗制动转差率定义为 对于转子同步转速为n0 当频率为f1时 感应电动势为E2 当频率为f2时 同步转速为n 感应电动势为E2v 当电流折算到定子后 能耗制动时电磁转矩为 改变直流励磁电流的大小或改变转子绕组附加电阻都可调节制动转矩 能耗制动的计算 直流励磁电流Idc和转子附加电阻Rad 第2篇三相异步电动机 第八节交流电力拖动系统速度调节的概述 由异步电动机的转速公式 可知 异步电动机有下列三种基本调速方法 1 改变定子极对数调速 2 改变电源频率调速 3 改变转差率调速 改变定子电压 改变转子电阻 电磁离合器调速 串极调速 第九节异步电动机改变磁极对数的调速 改变磁极对数可以改变同步转速 可以采用两套绕组 但为了提高材料的利用率 一般采用单绕组变极 即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势 以实现变极