起重机电气控制第四章.ppt
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第五节第五节三相异步电动机的机械特性及运转状态三相异步电动机的机械特性及运转状态三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速n与转差率与转差率s之间存在一定关之间存在一定关系:
系:
n=(1-s)n0,异步电动机的机械特性用异步电动机的机械特性用曲线曲线表示表示时,习惯上纵坐标同时表示转速时,习惯上纵坐标同时表示转速n和转差率和转差率s,横坐横坐标表示电磁转矩标表示电磁转矩T。
但三相异步电动机的机械特性但三相异步电动机的机械特性表表达式达式则一般不用则一般不用n=f(T)或或s=f(T)的形式,而用的形式,而用T=f(s)表示。
表示。
电动机的机械特性是指转速电动机的机械特性是指转速n与转矩与转矩T之间的关系之间的关系n=f(T)。
)。
电动机作为一种将电能转化成机械能的电动机作为一种将电能转化成机械能的设备,最重要的就是电动机的机械特性。
设备,最重要的就是电动机的机械特性。
OTnnsTmaxTstTNnNTNTstTmaxTssm1O(a)T=f(s)曲线(b)n=f(T)曲线nssm1几个基本概念几个基本概念异步电机定子磁场转速异步电机定子磁场转速-同步转速同步转速异步电机的磁极对数异步电机的磁极对数电源的频率电源的频率转差率转差率异步电机转速异步电机转速-转子机械转速转子机械转速调调速速一、机械特性的物理表达式一、机械特性的物理表达式三相异步电动机的三相异步电动机的转矩公式转矩公式为为:
式式中中:
CTj转矩转矩系数系数(常数常数)m每极磁通每极磁通(U1不变时近似为常数不变时近似为常数)均均为为s的函数的函数。
U1不不变时变时近似为常近似为常数数。
另。
另R2、X2为为常数常数。
则上则上式可式可表征为表征为T=f(s)T=f(s),即,即机械特性机械特性。
从分析转子相电流及转子功率因数从分析转子相电流及转子功率因数与转差率与转差率之间的关系,间接之间的关系,间接地找出电磁转矩地找出电磁转矩T与转差率与转差率s之间变化规律。
之间变化规律。
a.作曲线:
作曲线:
和和分别如图。
分别如图。
b.两条曲线逐点相乘,并乘两条曲线逐点相乘,并乘以常数以常数,据此可得机,据此可得机械特性械特性。
c.纵坐标改为纵坐标改为n(s=0处处n=ns;s=1处处n=0),得得。
机械特性方程为一个二次机械特性方程为一个二次方程,则转矩方程,则转矩T必有一最大必有一最大值值Tm,称为称为最大转矩最大转矩。
对对应的转差率应的转差率sm称为称为临界转差临界转差率率。
令令dT/ds=0,得:
得:
对应的最大转矩值:
对应的最大转矩值:
式中,“”号适用于电动机状态,“”号适用于发电机状态。
异步电动机的机械特性具有对称性,即发电机状态和电动机状态的最大转矩绝对值及对应的临界转差率可认为近似相等。
忽略忽略R1的影响的影响,上式可,上式可简化为:
简化为:
当电源的频率及电机的参数不变时,当电源的频率及电机的参数不变时,Tm与与定子绕组相电压定子绕组相电压U1的平方成正比的平方成正比。
sm不变不变,与与U1无关无关。
当电源的频率、电压不变时,当电源的频率、电压不变时,Tm和和Sm近似与近似与成反成反比。
比。
(频率越高,最大转矩和临界转差率越小频率越高,最大转矩和临界转差率越小)Tm与与R2无关无关,而,而Sm则与则与R2成正比成正比。
(R(R22为转子回路总电阻为转子回路总电阻)机械特性的定性分析:
机械特性的定性分析:
异步电机异步电机稳定运行问题稳定运行问题恒转矩恒转矩负载负载恒恒功率负载功率负载风机类负载风机类负载sn0nNsNnmsm10TNTstTABCDTm机械特性可分为两部分:
机械特性可分为两部分:
a.a.TTTTNN,SSSSNN部分部分(图中图中DBDB段段):
近似为直线近似为直线,任任何负载均可稳定运行何负载均可稳定运行。
称称为为工作部分工作部分(稳定运行区稳定运行区)。
b.b.SSSSNN部分部分(图中图中ABAB段段):
对风机类:
对风机类负载可稳定运负载可稳定运行行。
而对恒。
而对恒功率功率、恒转矩、恒转矩负载不能稳定运行负载不能稳定运行。
有时有时称为称为非工作部分非工作部分(非稳定运非稳定运行区行区)。
二、异步电机的固有机械特性和人为机械特性二、异步电机的固有机械特性和人为机械特性1、固有机械特性固有机械特性三相异步电动机工作在三相异步电动机工作在额定频率、额定相数、额定电压额定频率、额定相数、额定电压下,下,定子绕组定子绕组按规定的接线方式联结按规定的接线方式联结(Y或或),定子及转子回路定子及转子回路不不外接任何阻抗或电器元件外接任何阻抗或电器元件的条件下的机械特性称为的条件下的机械特性称为固有机械固有机械特性特性。
起动点起动点同步转速点同步转速点最大转矩点最大转矩点额定工作点额定工作点最大转矩点最大转矩点三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性2、人为机械特性人为机械特性人为地改变电动机的某些参数或电源参数而得到的机械特性,人为地改变电动机的某些参数或电源参数而得到的机械特性,称为称为人为机械特性人为机械特性。
任意改变一个电动机参数:
任意改变一个电动机参数:
m1、P1、R1、R2、X1、X2或改或改变一个电源参数:
变一个电源参数:
U1、f1,其机械特性都将发生改变。
其机械特性都将发生改变。
人为机械特性的目的是为了获得所需的拖动性能。
由参数表人为机械特性的目的是为了获得所需的拖动性能。
由参数表达式达式可知:
可知:
(增大R2)绕线型电机绕线型电机Tm、ns不变不变,与,与R2无关无关。
sm与与R2+R成正比增大成正比增大,Tst先随先随R2+R增大。
当增大。
当Tst=Tm时,时,Tst有有最大值最大值,如,如R再增大再增大,Tst随随R增大而减小增大而减小。
其特性直线其特性直线部分与直流电部分与直流电机电枢串电阻机电枢串电阻特性相似,可特性相似,可用于电机调速、用于电机调速、起动等。
起动等。
转子电路内串联对称电阻转子电路内串联对称电阻三、三相异步电机的运行状态三、三相异步电机的运行状态1、电动运转状态电动运转状态电机有两大运转状态:
电动状态和制动状态。
取决于电机有两大运转状态:
电动状态和制动状态。
取决于电机运行时电机运行时TT、nn的的关系关系。
特点:
特点:
T、n同向。
同向。
即即T、n真实方向相同真实方向相同,按,按正负判定惯例正负判定惯例,则,则T、n同号。
同号。
在在机械特性图中机械特性图中,曲线位于曲线位于、象限象限。
能量关系:
电机由电网吸收电能,转换为机械能输出。
能量关系:
电机由电网吸收电能,转换为机械能输出。
2、制动、制动运转状态运转状态特点:
特点:
T、n反向反向。
即即T、n真实方向相反真实方向相反,按,按正负判定惯例正负判定惯例,则,则T、n异号异号。
在在机械特性图中机械特性图中,曲线位于曲线位于、象限象限。
能量关系:
电机由轴上吸收机械能,转换为电能输出能量关系:
电机由轴上吸收机械能,转换为电能输出(回馈回馈),或消耗于转子回路中;也可由电网吸收电能,也消耗于转,或消耗于转子回路中;也可由电网吸收电能,也消耗于转子回路中。
子回路中。
制动运行状态中,根据转矩和转速的不同情况,又可分制动运行状态中,根据转矩和转速的不同情况,又可分为:
为:
回馈制动回馈制动、反接制动反接制动及能耗制动等。
及能耗制动等。
制动运行制动运行反向电动运行反向电动运行发电运行发电运行电动运行电动运行制动运行制动运行回馈制动运行回馈制动运行发电运行发电运行回馈制动运行回馈制动运行
(1)
(1)、回馈制动状态、回馈制动状态特点:
特点:
,即为回馈制动。
即为回馈制动。
特性曲线位于特性曲线位于、象限象限。
T、n反向反向,即,即制动制动。
nns,s0,即回馈即回馈。
将一部将一部分机械能转换为分机械能转换为电能并回馈电源电能并回馈电源(发电发电)。
电动机运行在第电动机运行在第II象限,如象限,如图图中的中的A点,点,n0,T0,可称为正向回馈制动运行。
可称为正向回馈制动运行。
当异步电动机拖动位能性恒当异步电动机拖动位能性恒转矩负载,电动机运行于第转矩负载,电动机运行于第IV象限,如图象限,如图中的中的B点,点,T0,n0,称为反向回馈制动运行。
称为反向回馈制动运行。
对对恒转矩恒转矩负载,不论负载,不论、象限,象限,回馈制动均可稳定运行。
回馈制动均可稳定运行。
如在转子回路串入电阻后,转速绝如在转子回路串入电阻后,转速绝对值加大,如图中的对值加大,如图中的C点;串入电阻点;串入电阻值越大,转速绝对值越高。
值越大,转速绝对值越高。
一般回一般回馈制动不串电阻馈制动不串电阻。
回馈制动适用于起重机高速下放重回馈制动适用于起重机高速下放重物。
物。
回馈制动时仍须接入电网。
回馈制动时仍须接入电网。
(2)
(2)、反接制动状态、反接制动状态特点:
特点:
n与与ns反向反向,。
特性曲线位于特性曲线位于、象限象限。
反接制动可分为反接制动可分为转速反向的反接制动转速反向的反接制动和和两相反两相反接的反接制动接的反接制动两种。
两种。
(a)、转速反向的反接制动转速反向的反接制动(倒拉反转)拖动位能性恒转矩负载运行的三相拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机绕线式异步电动机,若在转子回路内若在转子回路内串入一定值的电阻串入一定值的电阻,电动机转速可以降低。
,电动机转速可以降低。
如果所串的电阻超过某一数值后,如果所串的电阻超过某一数值后,TstTz,电动机电动机转速反向转速反向(反转反转),称之为,称之为转速反向的反接制动转速反向的反接制动状态状态(倒拉反转)。
对对位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载,可在图中的,可在图中的B点稳定运行。
适点稳定运行。
适用于起重机下放重物。
用于起重机下放重物。
反转转子回路转子回路串入电阻串入电阻特性特性变软变软(b)、两相反接的反接制动两相反接的反接制动处于正向电动运行的三相异步电动机,当改变三相电源的相处于正向电动运行的三相异步电动机,当改变三相电源的相序时序时(定子两相对调定子两相对调),电动机便进入了,电动机便进入了反接制动过程反接制动过程.两相反接的反接制动两相反接的反接制动无稳态运行点无稳态运行点,适用于反抗性负载的,适用于反抗性负载的快速停车快速停车(降速到降速到n0时切断电动机电源时切断电动机电源)或快速反向运行。
或快速反向运行。
反接制动过程中,电动机电源相序为负序。
反接制动过程中,电动机电源相序为负序。
ns反向反向(机械机械特性突变特性突变),T反向反向。
而转速而转速n不能突变不能突变,即,即T、n反向为制反向为制动运行动运行,且,且n、ns反向。
则:
反向。
则:
两相反接的反接制动两相反接的反接制动运行时的运行时的功率关系功率关系与与转速反向的反接转速反向的反接制动制动运行时完全相同。
运行时完全相同。
图为转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性。
如拖动图为转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性。
如拖动反抗性恒转矩负载,电动机的运行点从反抗性恒转矩负载,电动机的运行点从ABC(暂态暂态),到,到C点后,如未关断电源,则至点后,如未关断电源,则至D点为点为电动运行电动运行(稳态稳态)。
如拖动位能性恒转矩负载,电动机的运行点从如拖动位能性恒转矩负载,电动机的运行点从ABC(暂态暂态)为反接制动,由为反接制动,由CDE(暂态暂态)为反向起动为反向起动(电动电动),由,由EF为为回馈制动,至回馈制动,至F点为回馈制动运行点为回馈制动运行(稳态稳态)。
反接反接制动制动过程过程反向反向起动起动FE回馈回馈制动制动反向反向电动电动33、运转状态小结、运转状态小结
(1).电动机运转状态用电动机运转状态用T、n是同向或是同向或反向划分反向划分,只有两种只有两种:
电动运转状态电动运转状态:
T、n同向同向;制动运转状态制动运转状态:
T、n反向反向。
(2).由由T、n关系可知关系可知:
电动运转状态电动运转状态,特性在特性在、象限象限;制动运转状态制动运转状态:
特性在特性在、象限象限。
(3).由于由于T、n的正方向是人为规定的的正方向是人为规定的,所以同一电机的所以同一电机的机械特性在机械特性在、
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- 起重机 电气控制 第四