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电机chap08_图文

电机与拖动

第 8 章 三相异步电动机 的起动与制动

结束

电机与拖动

本章要求:
掌握三相鼠笼式异步电动机起动的方法。 掌握绕线式三相异步电动机起动的方法。 理解三相异步电动机的各种运行状态 。

结束

电机与拖动

8.1 三相异步电动机的直接起动 U1 1、电流: I 1s ?
2

( r 1 ? r 2 ' / s ) ? ( x1 ? x ?2 )

2

?额定运行时,S=SN=0.02~0.06,若取S=0.05,则r2'/s=20 r2 '; ?起动时,S=1,r2‘/s=r2,IS=KIIN=(4-7)IN 起动电流大约为额定电流的4-7倍。
.
.

+
.

I1

I2
.

r1

jx1

I0

rm jxm

r2?
.

jx2?
.

U1

E 1 ? E? 2

1?s r 2' s

+

-

电机与拖动

2、起动转矩

T ? CMj ? 1 I 2 cosj 2

?起动转矩不大,Tst= KTTN = (0.9-1.3)TN 原因:(1)起动电流大,定子边阻抗压降大,感应电势E1小,磁通 F1也小; (2)s=1时:cosj2=r2‘/sqrt(r2’2+x2‘2),很小。

3、电动机可以直接启动 但有以下缺点:
1)大的IS,使电网U降低,影响其它设备运行。(主害) 2)小的TS,重载电机无法起动 3)大的IS,电机连续启动,则发热严重,绝缘易损坏。

电机与拖动

4、直接起动应用
利用闸刀或者接触器把电动 机直接接到具有额定电压的电 源上。 ?设备和操作简单,在电网容量相对 较大的情况下采用,一般7.5KW以 下。 ?频繁起动电动机:电动机容量/供电变压器容量<20%允 许直接起动; ?不频繁起动电动机:电动机容量/供电变压器容量<30% 允许直接起动; ?如果没有独立的供电变压器,则限制电网电压降不能超过 5%。

电机与拖动

5、其他起动方式及起动要求
电动机的起动指定子接通电网,转速从n=0到n=nN 。 起动要求: 1) 起动力矩Tst尽可能的大; 2) 起动电流Ist尽可能的小; 3) 起动设备尽可能的简单。 在满足Tst足够大的条件下,尽量减少Ist 。

结束 上 下

电机与拖动

I 1s ?

U1 ( r 1 ? r 2 ' ) ? ( x1 ? x ?2 )
2
2

2

3p r ?2U 1 Ts ? 2 2 2?f 1 (r 1 ? r 2') ? ( x1 ? x ?2)
降低起动电流方法: 1) 降低电源电压; 2) 加大定子阻抗; 3) 加大转子阻抗。 加大起动转矩方法: 1) 加大转子电阻。

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8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动

? T ? U1

2

U1

Tst

降压起动,只适合对起 动转矩要求不高的场合。

降压起动常用的方法有:
1)定子串电抗起动; 2)星--三角起动; 3)自耦变压器降压起动。
结束 上 下

电机与拖动

8.2.1 定子串电抗起动
串电抗后,定子绕组上 电压减小为:U’1
U ?1 zk ?u? U1 zk ? X
I ?1s U ?1 ? ?u I 1s U1

T ?st U ?12 ? 2 ? u2 Tst U1
特点:
起动设备简单;投资少; 但是,虽然定子串电抗器起动,降低了起动电流.但却付出了较 大的代价 —起动转矩降低得更多。因此,定子串电抗器起动,只 能用于空载和轻载。

电机与拖动

8.2.2 星--三角(Y--?)起动
电机运行为?接;起动时可以 Y接,来降低绕组相U。 ?接起动
.

A
C A B

UN

U 1N Is? ? 3 (线值) zk
Y接起动,绕组相电压为:

.

UN

B C

U1 N U1 ? 3

U 1 N Is? IsY ? ? 3zk 3

T ?st U ?12 1 ? 2 ? Tst U1 3

特点:起动设备简单;力矩小,适用轻、空载起动, 且电机运行应为?接。
结束 上 下

电机与拖动

8.2.3 自耦变压器降压起动
.

Ist
UN

自耦变压器降压为ka倍电压起动 原边U1 =UN , 付边Ust =UN/ ka 电机定子电流:
I ?st ? UN / ka IstN ? zk ka

Ist’ Ust

A

IstN为直接启动时的电流

自耦变压器原边电流:

T ?st U ?1 2 1 ? ? 2 2 Tst N UN ka 特点:变比可调,适用范围广;投资 大,设备复杂,也不能带重载启动。

结束 上 下

电机与拖动

8.3 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机
鼠笼使用电阻率较高的材料或利用集肤效应加 大了转子电阻,结果都增大了起动转矩。

3p r ?2U 1 Ts ? 2 2 2?f 1 (r 1 ? r 2') ? ( x1 ? x ?2)

2

I 1s ?

U1 ( r 1 ? r 2 ' ) ? ( x1 ? x ?2 )
2 2

集肤效应:深槽式鼠笼电动机,起动时,由于频率高,电流不均匀, 槽口电流大,槽底电流小。刚启动时,集肤效应使导条电流集中 在槽口,相当于减小了导条的有效截面积,使转子电阻增大。

8.4 绕线式三相异步电动机的起动 8.4.1 转子串频敏变阻器起动 1、频敏变阻器的结构特点 它是只有原边的芯式变压器。 1)匝数少,e=4.44fwФ, Ф大,目的突出rm ; 2)铁芯用厚钢板组成,目 的增加铁耗,rm大; 3)B较高,目的突出rm 。 rm jxm

电机与拖动

大 小

2、作用原理 2 1.6 , 起动时f2 很大、且I2大B高 ? pFe ? B ? f 很大 rm很大 I2 f2 pFe rm 限制了Ist,且增加了Tst ;随着n

相当于随着转速n升高,转子电阻自动切除;起动 完后,将频敏变阻器切除。 结束 上 下

电机与拖动

8.4.2 转子串电阻起动
A B 转子串电阻后,限制 C Ist,且增加了Tst 。
U1 N Ist ? zk ? R c

r2

rc3

rc2

rc1

Tst ? CT?I2 cosj 2

K3

K2

K1

起动过程: 转子先串入全部电阻,定子再加额定电压; 随着转速的增加,逐步切除电阻; 起动完毕,切除所有电阻。
3p r ?2U 1 Ts ? 2 2 2?f 1 (r 1 ? r 2') ? ( x1 ? x ?2)
2

I 1s ?

U1 ( r 1 ? r 2 ' ) ? ( x1 ? x ?2 )
2 2

电机与拖动

起动过程: A B C r2 rc3 rc2 rc1 n

h
K3 K2 K1

f d

g e R 3 c R2

r2

R1=rc3+rc2+rc1+r2 R2=rc2+rc3+r2

b

R3= rc3+r2

a T
TL T2 T1 R1

结束 上 下

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8.5 三相异步电动机的各种运行状态
T n TL T n TL

电动机

生产机械

电动机

生产机械

电动状态

制动状态

电动机制动的目的:停车;限速。 电动机制动的方法有:机械制动;电磁制动。 电磁制动分:能耗制动;发电制动;反接制动。
结束 上 下

电机与拖动

8.5.2 能耗制动
断开交流电,定子任意两相加直流电压。用于 准确停车。 n N

T

S

能耗制动状态 当n=0时,电机停转,T=0。

TL

结束 上 下

电机与拖动

能耗制动机械特性
n1 n

B

A
0 TL

自然特性 T Tmax

能耗制动过程:A

B

0。

结束 上 下

电机与拖动

8.5.3 反接制动
电机正转时,为了停车,将定子接线任意对调两 相,使n1反向(<0),从而T反向。

电机与拖动

N

n

n1 N
<0 >0

n

n1

n1 ? n s? n1
>1 S TL T

T

S
TL

电动机状态

反接线制动状态

注意:为了限制电流,反接线同时,转子应串大电阻。
结束 上 下

电机与拖动

反接线制动机械特性 反接线制动过程: B 反接线制动在第二象 限;n=0时,应断电,否则 反转。 能量分析
' 2

n1

n A

0
-TL TL

T
Tmax

r 2 '? Rc ' PM ? (m1 I 2 ) ?0 s ' 2 (1 ? s )r 2'? Rc' Pmec ? m1 ( I 2 ) ? 0 电机将机械能转换为电能。 s
转子电阻总损耗:

-n1 电机仍从电网吸收能量。

pcu2 ? sPM ? PM ? Pmec ? PM ? Pmec
结束 上 下

电机与拖动

8.5.4 倒拉反转运行 用于绕线式电机,低速下 放重物。 电源接线与正转电动一样, 但转子串大电阻。

N

n1 n T
S

由于转子串大电阻,Tst< TL , 电机反转(n<0,s>1)。

TL

n1 ? ( ? nB ) sB ? n1
注意:倒拉反转工作于第四象限;T>0;n<0;s>1。
上下

电机与拖动

能量分析:
r 2 '? Rc ' PM ? m1 ( I 2 ) ?0 s
' 2

电机仍从电网吸收能量。

Pmec ? m1 ( I 2

' 2 )

(1 ? s)r 2'? Rc' ?0 s

电机将机械能转换为电能。

转子电阻总损耗:

pcu2 ? sPem ? Pem ? Pmec ? Pem ? Pmec
结束 上 下

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8.5.5 回馈制动

正向回馈制动工 作于第二象限。 n> n1>0;s<0;T<0。

上下

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反向回馈制动

电机与拖动

三相异步电动机的各种运行状态

电机与拖动

S

S

自然特性

0

T TL Tst Tm

习题课

电机与拖动

1、三相四极异步机, P1 =10.7KW,pcu1 =450W,nN=1465r/min;pFe =200W,s=0.029 求:PM,Pm,pcu2 ,T. 解: PM ? P1 ? pcu1 ? pFe ? 10050W

Pm ? (1 ? s) PM ? 9758.5W pcu 2 ? sPM ? 291.45W
PM 10050 T? ? ? 64 Nm ?1 2? ? 1500 / 60

结束 上 下

电机与拖动

2、三相异步机, PN =260KW,UN =380V,nN =722rpm, ? =2.13,求:sm;s=0.02时,T;0.8TN,时n=? 解: SN
n1 ? nN 750 ? 722 ? ? ? 0.0373 n1 750

Sm ? SN (? ? ? 2 ? 1) ? 0.15
PN TN ? ? 3439 Nm 2?nN / 60

2?mTN 2 ? 2.13 ? 3439 T? ? ? 1919Nm s sm 0.02 0.15 ? ? sm s 0.15 0.02
0.8TN,时n=728rpm
结束 上 下

电机与拖动

作业
? 思考题 ? 8.1, 8.6,8.7,8.11,8.18,8.19.


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