三相异步电动机的起动及调速.docx
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三相异步电动机的起动及调速
三相异步电动机的起动及调速
内容提要:
起动方式/调速方式
13-1对起动的要求/起动方式选择
一、对异步电动机起动的要求
起动进程是指电动机从静止抵达到正常工作转速(额定转速)的进程。
起动进程中电流一样较大,为了幸免电机在起动进程中损坏和降低起动电流对电网的阻碍,一样希望起动进程越快越好。
三相异步电动机的电流公式
I2'=U1/sqrt[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]
额定运行时,s=sN=~,假设取s=,那么R2'/s=20R2';起动时,s=1,R2'/s=R2',可见起动时,电动机的阻抗显著减小,电流显著增大。
Ist=I2'=U1/sqrt[(R1+R2')2+(X1s+X2s')2]
起动电流大约为额定电流的4-7倍。
尽管起动电流专门大,但起动转矩并非大。
T=CTF1I2'cosj2
起动转矩不大的缘故:
(1)起动电流大,阻抗压降大,感应电势小,磁通F1也小;
(2)s=1时:
cosj2=R2'/sqrt(R2'2+X2s'2),很小。
Tst=(1-2)TN
对起动进程的要求:
(1)Tst足够大;
(2)Ist不能太大。
不同的起动方式确实是在保证必然转矩的情形下,采取不同的方法限制起动电流。
二、决定异步电动机起动方式的原那么
具体情形具体分析。
电网容量+电机容量+具体应用处合。
电动机容量相关于电网容量很小时,能够直接起动;若是生产机械对转矩要求不大,那么只考虑限制电流;如生产机械对转矩要求较高,那么既要限制电流,又要保证需要的转矩。
起动方式有:
笼形异步电动机的直接起动/笼形异步电动机的降压起动/绕线式异步电动机的起动。
13-2鼠笼式异步电动机直接起动
利用闸刀或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形下采纳。
频繁起动电动机:
电动机容量/供电变压器容量<20%许诺直接起动;
不频繁起动电动机:
电动机容量/供电变压器容量<30%许诺直接起动;
若是没有独立的供电变压器,那么限制电网电压降不能超过5%。
13-2鼠笼式异步电动机降压起动
假设电源供电变压器的容量不够大时,就采取降压起动。
由于转矩也随着电压下降而平方地下降,因此这种方式适合于对转矩要求不高的场合。
一、定子绕组串电阻或电抗器起动
在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或电抗器来分担一部份电源电压,使得电机绕组的实际电压降低,达到降低起动电流的目的。
串电阻器起动时,要消耗较大的功率;串电抗器起动时,当K2短接起动电抗器时换产生较大的短路电流,因此串电抗适合于起动转矩要求不大且起动不频繁的场合。
k=UN/Ust;Ist'/Ist=1/k;Tst'/Tst=1/k2
二、星-三角(Y/D)起动
适合于正常运行为D接法的电动机。
k=UN/Ust=sqrt(3);Ist'/Ist=1/3;Tst'/Tst=1/3
三、应用自耦变压器(起动补偿器)起动
k=UN/Ust;Ist'/Ist=1/k2;Tst'/Tst=1/k2
QJ2型自耦变器有不同的降压抽头,1/k=,,以备选择。
13-4绕线式异步电动机的起动
降压起动在限制起动电流的同时,大大降低了起动转矩。
在需要较大起动转矩的应用处合,人们不能不选择价钱昂贵的绕线式异步电动机。
绕线式异步电动机的特点是能够在转子回路中接入附加电阻,以改善其起动和调速性能。
若是R2'+Rst'=sqrt[R12+(X1s+X2s')2],那么取得最大起动转矩。
一、串电阻分级起动
(1)1C闭合,2C,3C,4C断开,额定电压,串入电阻(R'+R''+R'''),起动点在3的a点,起动转矩T2 (2)转速上升到b时,T=T1,闭合2C,切除电阻R''',那么工作点从3的b跳到2的c,T=T2 (3)转速上升到d时,T=T1,闭合3C,切除电阻R'',那么工作点从2的d跳到1的e,T=T2 (4)转速上升到f时,T=T1,闭合4C,切除电阻R',那么工作点从1的f跳到0的g,T=T2 (5)转速继续上升经h抵达稳固运行点j。 起动电阻器有金属丝电阻器/铸铁电阻器/水电阻器等,但都按短时方式设计。 二、转子串联频敏变阻器起动 频敏编阻器原理 铁心损耗越大,那么Rm越大。 而铁耗与磁通的频率(等于转子频率f2=sf1)的平方成比例。 开始起动时,s较大,故f2较大,Rm也较大;随着起动进程的进行,s慢慢变小,因此f2变小,因此Rm变小。 起动完毕后,将转子回路短路。 频敏变阻器静止无触点,结构简单,本钱低,因此应用较为普遍。 13-5异步电动机的调速方式 异步电动机结构简单、牢固耐用、保护方便、造价低廉,大量被用来拖动转速大体不变的生产机械。 在实际应用中,许多机械需要调速,如车床、机车、风机、水泵等。 经常使用闸阀操纵。 为了节能,那么要求设法从电机本身动身进行电气调速。 异步电动机过去被以为调速性能不行。 随着电子电力技术的进展,异步电动机的调速问题已经大体解决。 异步电动机的调速性能乃至能够做到优于直流电动机。 剩余的问题是降低本钱、实际应用。 异步电动机的速度公式 n=(1-s)n1=(1-s)60f1/p 异步电动机调速方式有: (1)变极调速 (2)变频调速 (3)变滑差调速。 (1) (2)适合于鼠笼式异步电动机,(3)用于绕线式异步电动机。 13-6异步电动机的变极调速 一、(每相)单绕组变极 二、(每相)双(多)绕组变极 定子槽中放置2套以上的绕组,每套绕组极数不一样,通过换接工作绕组达到调速的目的。 4/6/24极。 每套绕组本身又能够采纳变极开关,因此能够取得较多的调速品级。 三、单绕组变极电动机的转向问题 极数(电机圆周的电角度数将发生改变)改变后,ABC三相的相序可能发生转变,因此在变极的同时应改变相序。 四、不同改接方式时,电动机功率及转矩的转变 (1)D-YY变极调速 低速倍极数D接法,高速少极数YY接法 不同接法时维持电源电压U1和每一个绕组中的电流Ij不变。 低速D接法时 P2(2p)=3U1Ijh(2p)cosj(2p) 高速YY接法时 P2(p)=3U1/sqrt(3)2Ijh(p)cosj(p) =(p)cosj(p) 不考虑cosj和h的转变时 P2(p)/P2(2p)=3= 这种接法转速转变一倍时,功率只转变15%,接近恒功率,低速时转矩比高速时转矩大得多。 (2)Y-YY变极调速 低速倍极数Y接法,高速少极数YY接法 低速Y接法时 P2(2p)=3U1/sqrt(3)Ijh(2p)cosj(2p) =sqrt(3)U1Ijh(2p)cosj(2p) 高速YY接法时 P2(p)=3U1/sqrt(3)2Ijh(p)cosj(p) =2sqrt(3)U1Ijh(p)cosj(p) 不考虑cosj和h的转变时 P2(p)/P2(2p)=2 这种接法转速转变一倍时,功率转变一倍,接近恒转矩。 五、变极电机切换时注意事项 一样异步电动机在断开电源后,转子电流可不能当即降为零,而是按必然的时刻常数衰减。 那个电流产生的磁通随转子一路旋转,并在定子绕组中产生感应电势。 若是转子电流没有衰减到零以前再次合上定子电源,那么电源电压和感应电势(残留电压)叠加可能产生比起动电流还大的冲击电流,阻碍电网和电机寿命。 残留电压的衰减常数为 Te=(Xm+X2s')/(2pfR2')≈Xm/(2pfR2')=Lm/R2' 变极电机在极数切换时,应该等到转子电流充分衰减后再进行。 应该依照铭牌规定的接线方式接线,不然会致使严峻后果。 13-7异步电动机的变频调速 一、从基频向下变频调速 (1)维持E1/f1不变: T=PM/W1=m1I2'2R2'/s/(2pn1/60) =m1p/(2pf1)(E2'/sqrt((R2'/s)2+X2s'2))R2'/s =m1pf1/(2p)(E2'/f1)2R2'/s/[(R2'/s)2+X2s'2] =m1pf1/(2p)(E2'/f1)2/[(R2'/s)+sX2s'2/R2'] R2'/s=sX2s'2/R2' sm=R2'/X2s'=R2'/(2pf1L2s') Tmax=m1pf1/(4p)(E2'/f1)2/(2pL2s')=常数 Dnm=smn1=常数 Tmax,Dnm与频率无关,机械特性平行,硬度相同,类似于直流电动机的降压调速,属于恒转矩调速。 (2)维持U1/f1不变,即维持F1≈常数 T=PM/W1= m1pU12R2'/s/{2pf1[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]} =m1p/(2p)(U1/f1)2{f1R2'/s/[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]} 当U1/f1不变时, sm=R2'/sqrt[R12+(X1s+X2s')2] Tmax= 1/2m1p/(2p)(U1/f1)2f1/{R1+ sqrt[R12+(X1s+X2s')2]} 降低电源频率时,Tmax不为常数。 f1接近额定频率时,X1s+X2s'>>R1,这时,Tmax转变不大。 当f1较低时X1s+X2s'较小,随着f1的降低,Tmax转变较大。 在低速时乃至拖不动负载。 二、从基频向上变频调速 升高电源电压时不许诺的,在频率上调时,只能维持电压不变。 频率越大,磁通就越小,类似于直流电动机的弱磁增速。 T=PM/W1= m1pU12R2'/s/{2pf1[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]} =m1p2U1R2'/s/(2pf1)/[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2] 频率较高时R1能够忽略, sm=R2'/sqrt[R12+(X1s+X2s')2] ≈R2'/(X1s+X2s')∝1/f1 Tmax= 1/2m1pU12/(2pf1)/{R1+sqrt[R12+(X1s+X2s')2} ≈1/2m1pU12/(2pf1)/(X1s+X2s'∝1/f12 频率越高时,越小,也越小,最大转矩时的转差 Dnm=smn1=C/f160f1/p=常数 机械特性运行段近似平行。 变频调速的特点: (1)从基频向下调时,为恒转矩调速方式;从基频向上调时,为近似恒功率调速方式。 (2)调速范围大。 (3)调速稳固性好。 (4)无级调速。 13-8绕线异步电动机的调速 一、转子回路串电阻调速 给绕线式异步电动机的转子回路串入调剂电阻Rtj,其机械特性曲线T=f(s)形状将发生转变。 最大转矩的位置随所串电阻的增大而下移。 假设电动机驱动恒转矩负载,本来工作于a点,串入调剂电阻Rtj后,工作点会移动到b点。 由于ab点的电磁转矩相等,因此 R2'/sa=(R2'+Rtj')/sb R2/sa=(R2+Rtj)/sb 串入电阻前后的两个稳态,电动机的阻抗没有发生转变,因此电流不变,转矩也不变。 由于PM=TW1,因此电磁功率也维持不变。 而总的机械功率PW=TW随着转速下降而减小。 所减少的功率消耗在了调剂电阻上。 一、转子回路接入附加电势调速(串级调速) (1)原理 串电阻调速时,调剂电阻中消耗较大的能量。 串附加电势能够克服这一缺憾。 I2=(sE2+Ed)/(R2+jsX2s) 假设Ed与sEd相位相反,那么串入Ed后,I2下降,电磁转矩T也下降,若是负载转矩T2不变,那么电动机将减速,s增大,电流I2和电磁转矩T上升,直到T=T2。 电动机那么在新的转差率s'下稳固运行。 由于转子电势的频率势转变的,因此要取得与转子电势频率相同的附加电势,装置比较复杂。 (2)可控硅串级调速系统(略) (3)串级调速特点: 效率高、机械特性硬/调速范围宽、无级、功率因数较低。
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