异步电机电力拖动注册电气工程师考试课件.ppt
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1、第 十章 异步电机的电力拖动,10.1 三相异步电动机的机械特性 10.2 电力拖动系统的运行状态,10.1 三相异步电动机的机械特性,一、电磁转矩公式 1. 电磁转矩的物理公式,Pe = m2 E2 I2 cos2 E2 = 4.44 f1 kw2N2m,T = CTm I2 cos2, 转矩常数:,2. 电磁转矩的参数公式,利用简化等效电路:, 临界转差率:,最大(临界)转矩:, 电动状态取 “ + ”,发电状态取 “”。 R1 (X1 + X2 ), 结论:, T U12 , sM 与 U1 无关; sMR2,TM 与 R2无关。,3. 电磁转矩的实用公式,忽略 R1 :,二、固有机械特
2、性,当 U1 、f1、R2、X2 = 常数时: T = f (s ) n = f (T), 转矩特性 机械特性,当 U1L = U1N 、f1 = fN,且绕线型转子中不外 串电阻或电抗时,机械特性称为固有机械特性。,1. 额定状态(N点), 额定状态是指各个物理 量都等于额定值的状态。 N点: n = nN , s = sN , T = TN ,P2 = PN。, 额定状态说明了电动机长期运行的能力: TLTN, P2PN,I1IN,(Nm),2. 起动状态( S 点),对应:s = 1,n = 0 的状态。 又称为堵转状态。 起动时: T = Tst, I1L = Ist,Tst 直接起动
3、的能力。 起动条件: (1) Tst TL (2) Ist线路允许值 起动转矩倍数(笼型异步电动机):,Tst, 起动电流倍数:,临界转速,3. 临界状态(M 点),对应:s = sM ,T = TM 的状态。, 临界状态明了电动机的 短时过载能力。 过载倍数:, 临界转差率sM (由转矩的实用公式得出),= 2 2.2,4. 回馈制动状态,n0,当:nn0 时, s0 回馈制动状态。 | sM | = | sM | | TM | | TM |,工作段,自适应负载能力是 电动机区别于其它动力 机械的重要特点。,a点TL,直至新的平衡,a点,TTL 0,n, 电动机的自适应负载能力,电动机的电磁
4、转矩可以随负载的变化而自动 调整这种能力称为自适应负载能力。,I2,T,I1P1,如:柴油机当负载增加时, 必须由操作者加大油门, 才能带动新的负载。,二、人为机械特性,1. 降低定子电压时的人为特性,UN,0.81Tst,0.9UN,降低定子电压转速稳定后: nnN ssN T = TL,I2 I2N,2. 转子电路串联对称电阻时的人为特性,R2,sMR2 TM 与 R2 无关,R2+R1,R2+R1+R2, 转子串联合适 的电阻: Tst TM,3. 定子电路串联对称电抗 或电阻时的人为特性,X1(R1), sM、TM、Tst ,4. 改变定子电源频率时的人为特性,(1) f1 fN, 为
5、保持:m = 常数, n0 f1 , nM = n0nM = sM n0,(不变),而且:TM 不变( 忽略R1 ),f1,fN,(2) f1fN , U1 = UN(不变),调频时:f1, m ,n0 f1,nM = n0nM = sM n0 (不变),而且:,f1,fN,(a) p = 2,(b) p = 1,5. 改变磁极对数时的人为特性,(a) YY(p ),(b) Y(2p ),(c) (2p ), 定子绕组常用的接法:,(1) YYY:, p2p:,n0 n0/2。, X1(R1) 4X1(R1),N12N1 (kZ4kZ) ,U1不变: sM 不变。 nM = n0nM = sM
6、 n0 sMn0/2。 TM (Tst) TM (Tst) /2 。,Y,YY,(2) YY :, p 2p:,n0 n0/2。, X1(R1) 4X1(R1), N1 2N1,,YY, sM 不变。 nM = n0nM = sM n0 sMn0/2。 TM (Tst) 1.5TM (Tst) 。,补充: 三相异步电动机参数计算,一、技术数据: PN (kW) 、U1N (V) 、I1N (A) 、 nN ( r/min) N (%)、 cos1N 、MT 、GD2 ( Nm2) 绕线型: U2N (V) 、I2N (A) 笼型: st、sc 二、依据技术数据计算其他参数: TN、TM、sM、
7、R1、X1、k、R2、X2、I0。,2. 最大转矩和临界转差率:,Tm = KT TN ( Nm),3. 绕线型电动机的转子绕组每相电阻:,4. 电压比:,(定子Y联结),(定子 联结),如果 m1 = m2,则: k = ke = ki,5. 转子绕组每相电阻的折算: r2 = k 2r2 6. 定子绕组每相电阻:,(定子Y 联结),(定子联结),7. 定、转子电抗 (m1 = 3, f1 = 50Hz):,x = x1+ x2 =,x1x2 0.5x,8. 空载电流 I0 :,I0= I1Nsin1NI2N sin2N I1Ncos1N = I1Ncos2N I0= I1N (sin1Nc
8、os1N tan2N ),(1) 用实用表达式绘制固有特性;(2) 当st = 2 时, 求转子串联的电阻并绘制人为特性; (3) 当Tst = TM 时,求转子串联的电阻。 解:(1),例1:一台绕线型异步电动机的技术数据为: PN = 280 kW,U1N = 6 kV,I1N = 36.2 A, nN = 490 r/min,N = 90.5%, cos1N = 0.78, U2N = 484 V,I2N = 353 A,MT = 2.35。,= 0.02,= 5457.14 Nm,= 0.0158 ,= 0.08953,TM =MTTN,= 2.355457.14,= 12 824.2
9、86 Nm,nM = (1sM) n0,= 500(10.08953),= 455.235 r/min,= 2 278.06 Nm, 依据:(Tst,0) 、(TM,nM )、 (TN,nN) 和 (0,n0) 绘制固有特性。,(2) 当st = 2 时,求转子串联的Rst并绘制人为特性, sM2 MTsM + 1 = 0,nM =(1sM ) n0,依据:,则:,当 sM = 0.558 时:,当 sM = 1.792 时:,sN = 0.1246,2.498,sN = 0.4,8.022,(舍去),(舍去),nN = (1sN ) n0, 依据:(Tst,0 ) 、(TM,nM )、 (T
10、N,nN ) 和 ( 0,n0 ) 绘制人为特性。,TN, 验算: sM = 0.558 时: Tst = 10 914.28 Nm sM = 1.792 时: Tst = 10 914.28 Nm,(3) 当Tst = TM 时,,Tst,= 0.161 ,即: sM = 1,10.2 电力拖动系统的运行状态,一、负载的机械特性 n = f (TL) 转速和转矩的参考方向:,1. 恒转矩负载特性 (1) 反抗性恒转矩负载特性:,由摩擦力产生的。 当 n0, TL0。 当 n 0,TL0。 如机床平移机构、 压延设备等。,(2) 位能性恒转矩负载特性:,由重力作用产生的。 当 n0, TL0。
11、 当 n 0,TL0。 如各种起重机。,2. 恒功率负载特性, TL n = 常数。 如机床的主轴系统等。,3. 通风机负载特性, TLn2 TL 的始终与 n 的方向相反。 如通风机、水泵、油泵等。,T0,TL = T0 + k n2,实际的通风机负载,实际的机床平移机构,二、稳定运行条件,工作点:,在电动机的机械特性与负载 的机械特性的交点上。,稳定运行:,即:TTL = 0,运动方程:,TTL 0,加速,TTL 0,减速,n = 常数,过渡过程:,干扰n,稳定运行点,不稳定 运行点, a点,T,n,T,b 点:,a 点:,干扰n,T,干扰n,T,n,n = 0,堵转,n, a点,稳定运行
12、的充分条件:,TTL,T = TL,TTL,TTL,第 十一章 异步电机的起动与制动,11.1 三相异步电动机的起动 11.2 三相异步电动机的制动,11.1 三相异步电动机的起动,一、电动机的起动指标: 起动转矩足够大。 起动电流不超过允许范围。 异步机的实际起动情况: 起动电流大:Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小:Tst =stTN = (1.62.2) TN 不利影响: (1) 大电流使电网电压降低,影响自身及其他负载 工作。 (2) 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。,二、笼型异步电动机的直接起动,1. 小容量的电动机(7.5kW) 2. 电动机容量满足
13、如下要求:,三、笼型异步电动机的减压起动,1. 定子串联电阻或 电抗减压起动:,R(L),Q1,Q2,FU,运行,起动,适用于:正常运行为联结的电动机。 Y型起动,型运行。,2. Y 减压起动:,Y型起动,型起动(型运行), Y型起动的起动电流为:, T U12 ,, Y型起动的起动转矩为:, Y 减压起动的特点: (1) 电源电压不变,改变定子绕组接法; (2) 减压比为:,否则不能采用此法。,(1) IstYImax (线路中允许的最大电流); (2) TstYTL 。, Y 减压起动的使用条件:,定子电流: kAIst,线路电流:,IstA= kA2Ist,3. 自耦变压器减压起动,UN
14、,= kAUN,降压比为:,U1,U1,定子电压:, 自耦变压器减压起动的起 动电流为:,IstA= kA2Ist, 自耦变压器减压起动的特点: (1) 定子绕组接法不变,改变定子绕组的电压; (2) 降压比 KA 可调: U1 = ( 0.4、0.6、0.8) UN U1 = ( 0.55、0.64、0.73) UN, 自耦变压器减压起动的起动转矩为:,TstA = kA2 Tst,(1) IstAImax (线路中允许的最大电流); (2) TstATL 否则不能采用此法。 自耦变压器电压比的选择:,自耦变压器减压起动的使用条件:,kA2 Ist Imax kA2 Tst TL,4. 延边
15、三角形减压起动,适用于:正常运行为联结的电动机。 延边三角形起动,型运行。,说明:关于起动转矩大小的几点考虑, 设减压起动的起动转矩为:Tst 起动电流为:Ist 带负载起动时,要求: Tst TL 1.考虑加速转矩 Tst (1.11.2)TL 2.考虑电源电压波动,3.考虑谐波的影响,四、改善起动性能的三相笼型异步电动机,1.深槽异步电动机 槽深 h 与槽宽 b 之比为:h / b = 10 12,漏电抗小 漏电抗大,增大 电流密度, 起动时: f2 高,,漏电抗大,,电流的集肤效应使 导条的等效面积减小, 即 R2, Tst, 运行时: f2 很低,,漏电抗很小,,集肤效应消失,R2,2
16、.双笼型异步电动机,电阻大 漏抗小 电阻小 漏抗大, 起动时 f2 高: 漏抗大,起主要作用, I2 主要集中在外笼, 外笼 R2 大,上笼 (外笼) 下笼 (内笼), Tst 大;, 运行时 f2 很低 : 漏抗很小,R2 起主要作用, I2 主要集中在内笼,外笼 起动笼。,内笼 工作笼。,1. 分级起动过程,3(R22),2(R21),1(R2),(1)串联 Rst1和 Rst2 起动(特性3): 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2,(2) 合上 Q1 ,切除 Rst2 (特性2): 总电阻 R21 = R2+ Rst1,(3) 合上 Q2 ,切除 Rst1 (特性1):
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