異步電機拖動——制動和四象限運行 反接能耗回饋制動和四象限運行

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1、會計學(xué)1異步電機拖動異步電機拖動制動和四象限運行制動和四象限運行 反反接能耗回饋制動和四象限運行接能耗回饋制動和四象限運行nTs=0s=0電動電動n0TLs=0s=0s1反向電動反向電動第1頁/共48頁電動狀態(tài)下n n電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩，即Tem與n同向n n正向電動運行 I象限n n反向電動運行III象限制動狀態(tài)下n n電磁轉(zhuǎn)矩為阻力矩，即Tem與n反向n n有無正、反向制動運行呢？第2頁/共48頁1 1、反接制動反接制動2 2、回、回饋制動饋制動3 3、能耗制動能耗制動三相異步電動機的制動的方法三相異步電動機的制動的方法三相異步電動機的制動的方法三相異步電動機的制動的方法第3頁/共48頁

2、1 1、反接制動、反接制動 1)1)條件：條件：轉(zhuǎn)子實際旋轉(zhuǎn)方向與定子磁場旋轉(zhuǎn)方向相反：n與n0方向相反。轉(zhuǎn)差率：第4頁/共48頁3 M 33 M 3Rb制制動動前前的的電電路路制制動動時時的的電電路路第5頁/共48頁 2)2)功率平衡關(guān)系：功率平衡關(guān)系：電動機輸入功率為：電動機輸入功率為：反接制動時，電動機既從軸上吸入機械功率，反接制動時，電動機既從軸上吸入機械功率，也從電網(wǎng)輸入電功也從電網(wǎng)輸入電功率，并全部消耗在轉(zhuǎn)子繞組電阻中。率，并全部消耗在轉(zhuǎn)子繞組電阻中。因此轉(zhuǎn)子回路必須串入大電阻，減小因此轉(zhuǎn)子回路必須串入大電阻，減小I I2 2。第6頁/共48頁 3 3）機械特性）機械特性 電源反接

3、制動電源反接制動nTs=0反接制動電動n0TLn0快速停車s=0s1第7頁/共48頁 倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反向反接制動）倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反向反接制動）繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻（位能轉(zhuǎn)矩）繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻（位能轉(zhuǎn)矩）nTs01電動n0反接TLTLT重載低速下放反接制動（繞線轉(zhuǎn)子）TNSNSL1s1第8頁/共48頁 反接制動反接制動的產(chǎn)生兩個條件：的產(chǎn)生兩個條件：電源反接電源反接適用于反抗性負(fù)載快速停機適用于反抗性負(fù)載快速停機倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反接或繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻）倒拉反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向反接或繞線轉(zhuǎn)子回路接入電阻）適用于位能負(fù)載的勻低速下放適用于位能負(fù)載的勻低速下放 第9頁/共48頁TLTL制動前：正向電動狀態(tài)

4、。制動前：正向電動狀態(tài)。制動時：定子相序改變，制動時：定子相序改變，n n0 0 變向。變向。OnT1 n02n0 b s=n0 n n0=n0n n0即即：s 1(第第II象限象限)。同時同時：E2s、I2 反向，反向，Tem 反向。反向。ac a 點點 b 點點(T0，制動開始，制動開始)慣性慣性 n c 點點(n=0，T 0)，制動結(jié)束。制動結(jié)束。d 4）電源反接制動過程快速停車制動過程制動過程第10頁/共48頁若到若到 c 點時，若未切斷電源：點時，若未切斷電源：（a）若為反抗性負(fù)載）若為反抗性負(fù)載TLTLOnT1 n02n0 b ac d 若若|Tc|TL|，則反向起動，則反向起動進

5、入進入III象限，穩(wěn)定運行象限，穩(wěn)定運行在在d點，此時為反向電動點，此時為反向電動狀態(tài)狀態(tài)第11頁/共48頁若到若到 c 點時，若未切斷電源：點時，若未切斷電源：（b）若為位能性負(fù)載）若為位能性負(fù)載TLTLOnT1 n02n0 b ac d 進入進入III象限，象限，Tem和和TL均為拖動轉(zhuǎn)矩，均為拖動轉(zhuǎn)矩，使電機反向起動，使電機反向起動，直到進入直到進入IV象限，象限，穩(wěn)定運行在穩(wěn)定運行在e點，點，此時此時Tem0，ne|-n0|,電機發(fā)電運行電機發(fā)電運行狀態(tài)，為回饋制動狀態(tài)狀態(tài)，為回饋制動狀態(tài)e 第12頁/共48頁取決于取決于 Rb 的大小。的大小。制動效果制動效果aOnT1n02n0bc

6、 制動時的功率制動時的功率 Pem=3I22 R2Rb s0 PCu2=3(R2Rb)I22 =PemPM =Pe|PM|0 PM=(1s)Pem 三相電能三相電能 電磁功率電磁功率Pem轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機械功率機械功率PM定子定子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電阻阻消消耗耗掉掉第13頁/共48頁On T 1n02bc TLad 制動過程制動過程 定子相序不變，轉(zhuǎn)子定子相序不變，轉(zhuǎn)子 電路串聯(lián)對稱電阻電路串聯(lián)對稱電阻 Rb。a 點點 b 點點(TbTL)，慣性慣性 n c 點點(n=0，TcTL)在在TL 作用下作用下 電機電機 反向起動反向起動d 點點(nd0，Td=TL)制動運制動運 行狀態(tài)行狀態(tài) 制動效果制動效果

7、改變改變 Rb 的大小，的大小，改變特性改變特性 2 的斜率，的斜率，改變改變 nd。3e 低速提低速提 升重物升重物 5）倒拉反轉(zhuǎn)過程LT第14頁/共48頁 制動時的功率制動時的功率s=n0n n0第第IV象限：象限：1(n0)Pem=3I22R2Rb s0 PCu2=3(R2Rb)I22 =PemPM =Pem|PM|0 PM=(1s)Pem 定子輸入電功率定子輸入電功率 軸上輸入機械功率軸上輸入機械功率 （位能負(fù)載的位能）（位能負(fù)載的位能）電功率與機械功率均電功率與機械功率均 消耗在轉(zhuǎn)子電路中。消耗在轉(zhuǎn)子電路中。第15頁/共48頁倒拉反轉(zhuǎn)運行與反接制動運行的異同n n功率關(guān)系相同功率關(guān)系

8、相同n nn n與與n n0 0反向，反向，s1s1n n倒拉反轉(zhuǎn)倒拉反轉(zhuǎn) n n0 000，n0n1s1n n電源反接電源反接 n n0 000n0，s1s1n n倒拉反轉(zhuǎn)運行時的負(fù)載向電動機送入機械功率是靠負(fù)載貯存的位倒拉反轉(zhuǎn)運行時的負(fù)載向電動機送入機械功率是靠負(fù)載貯存的位能的減小；而反接制動是靠電機慣性。能的減??；而反接制動是靠電機慣性。第16頁/共48頁2 2、回饋制動、回饋制動 1 1）條件：）條件：第17頁/共48頁2 2）功率平衡關(guān)系）功率平衡關(guān)系：（：（電動機發(fā)電運行）電動機發(fā)電運行）PemP1PMP0P2轉(zhuǎn)差功率輸入有功功率電磁功率機械功率軸上輸出功率=風(fēng)摩損耗雜散損耗（含各

9、諧波損耗）回饋IsIm第18頁/共48頁 3 3）機械特性：）機械特性：nTs01回饋制動電動n0S0第19頁/共48頁TnOf1 f1f1 f11.調(diào)速過程中的回饋制動（轉(zhuǎn)向不變）調(diào)速過程中的回饋制動（轉(zhuǎn)向不變）TLabcdTnOYYYTLabcd 4）回饋制動的產(chǎn)生第20頁/共48頁2.位能性負(fù)載拖動電機高于同步轉(zhuǎn)速回饋制動位能性負(fù)載拖動電機高于同步轉(zhuǎn)速回饋制動（轉(zhuǎn)向不變）（轉(zhuǎn)向不變）如：電車下坡如：電車下坡nTs01回饋制動電動n0S n0)第24頁/共48頁M 33S1 制動前制動前 S1 合上，合上，S2 斷開，斷開，電機為電動狀態(tài)。電機為電動狀態(tài)。n U S2 Rb3、能耗制動 1

10、)條件：將需制動的三相異步電動機斷開交流電源后，立即在定子繞組中通入直流，建立一恒定磁場。第25頁/共48頁M 33S1 制動前制動前 S1 合上，合上，S2 斷開，斷開，電機為電動狀態(tài)。電機為電動狀態(tài)。制動時制動時 S1 斷開，斷開，S2 合上。合上。定子定子:U IZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子:n E2 I2 電機為制動狀態(tài)。電機為制動狀態(tài)。n U S2 RbIZFFT T 3、能耗制動 1)條件：將需制動的三相異步電動機斷開交流電源后，立即在定子繞組中通入直流，建立一恒定磁場。T與與n反向反向第26頁/共48頁2)能耗制動過程 迅速停車TLOnT12 制動過程制動過程 制動前：特性制動前：特性 1。制動

11、時：特性制動時：特性 2。原點原點 O(n=0，T=0)，a 點點 b 點點慣性慣性 ab(T0，制動開始，制動開始)n制動過程結(jié)束制動過程結(jié)束 制動效果制動效果 Rb IZ T 制動快。制動快。制動時的功率制動時的功率 定子輸入：定子輸入：P1=0，軸上輸出：軸上輸出：P2=T0。動能動能 P2 轉(zhuǎn)子電路的電能轉(zhuǎn)子電路的電能 PCu2消耗掉消耗掉第27頁/共48頁 3)定子等效電流電磁轉(zhuǎn)矩Tem的產(chǎn)生，僅與定子磁動勢的大小以及它與轉(zhuǎn)子之間的相對運動有關(guān)?？梢杂萌嘟涣麟娏鳟a(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢F等效代替直流磁動勢FZ。等效原則：a）保持磁動勢幅值不變b）保持磁動勢與轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速不變，為0-n=

12、-n。能耗制動轉(zhuǎn)差率第28頁/共48頁Y接，輸入直流電流IZ，則A相和B相繞組分別產(chǎn)生合成磁動勢三相繞組中通過三相交流電流，合成磁動勢F第29頁/共48頁由F=FZ得即定子Y接方式，IZ產(chǎn)生的磁動勢可以由定子繞組通入大小為的三相交流電流產(chǎn)生的磁動勢等效。第30頁/共48頁從相量圖中，由余弦定理得忽略鐵損 4)電磁轉(zhuǎn)矩及機械特性第31頁/共48頁由前式得到電磁轉(zhuǎn)矩第32頁/共48頁由上式可知，異步電動機能耗制動時的轉(zhuǎn)矩決定于等效電流I1，并且還是轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子回路電阻R2的函數(shù)。令可求得能耗制動時的最大轉(zhuǎn)矩Tm及對應(yīng)的臨界相對轉(zhuǎn)速m第33頁/共48頁機械特性圖：機械特性圖：nTs01能耗制動

13、電動n0TL0Tmax第34頁/共48頁機械特性圖：機械特性圖：第35頁/共48頁能耗制動時的機械特性特點：OnT 因因T 與與 n 方向相反，方向相反，nT 曲線在第二、曲線在第二、四象限。四象限。因因 n=0 時，時，T=0，nT 曲線過原點。曲線過原點。制動電流增大時，制動電流增大時，制動轉(zhuǎn)矩也增大；制動轉(zhuǎn)矩也增大；產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。I1 I1 第36頁/共48頁n n采用能耗制動停車，既要有較大的制動轉(zhuǎn)矩，采用能耗制動停車，既要有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又不要使定、轉(zhuǎn)子回路電流過大而使繞組過熱，又不要使定、轉(zhuǎn)子回路電流過大而使繞組過熱，根據(jù)經(jīng)驗：根據(jù)經(jīng)驗：對鼠籠式

14、異步電動機：對鼠籠式異步電動機：對繞線式異步電動機：對繞線式異步電動機：第37頁/共48頁5)能耗制動運行 下放重物TLOnT12a a 點點 b 點點 慣性慣性 (T0，制動開始，制動開始)b n 原點原點 O(n=0，T=0)在在TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 c c 點點(T=TL),制動運制動運行狀態(tài)行狀態(tài)以速度以速度 nc 穩(wěn)定下放重物。穩(wěn)定下放重物。a）若為反抗性負(fù)載若為反抗性負(fù)載電動機停車電動機停車b）若為位能性負(fù)載若為位能性負(fù)載第38頁/共48頁三相異步電動機四象限運行第39頁/共48頁nTs=0s=0反接制動反接制動電動電動n0TL快速停車快速停車s=0s=0s1能耗

15、制動能耗制動回饋制動回饋制動反向電動反向電動反接制動反接制動|倒拉反轉(zhuǎn)倒拉反轉(zhuǎn)能耗制動能耗制動第40頁/共48頁第41頁/共48頁n n例：某起重機吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機拖例：某起重機吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機拖例：某起重機吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機拖例：某起重機吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機拖動，電動機額定數(shù)據(jù)為：動，電動機額定數(shù)據(jù)為：動，電動機額定數(shù)據(jù)為：動，電動機額定數(shù)據(jù)為：P PN N=40kW=40kW，n nN N=1464r/min=1464r/min，T T=2.2=2.2，R R2 2=0.06=0.06。電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

16、電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLTL的情況的情況的情況的情況是，提升重物是，提升重物是，提升重物是，提升重物T TL1L1=261Nm=261Nm，下放重物，下放重物，下放重物，下放重物T TL2L2=208Nm=208Nm。n n（1 1）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）提升重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nA A為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速為為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速為為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速為為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速為n nB B=0.25n

17、=0.25nA A，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩，工作與轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入的電阻值。n n（2 2）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時）下放重物，要求有低速、高速兩檔，且高速時轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nC C為工作在負(fù)序電源的固有機械特性上的轉(zhuǎn)速，為工作在負(fù)序電源的固有機械特性上的轉(zhuǎn)速，為工作在負(fù)序電源的固

18、有機械特性上的轉(zhuǎn)速，為工作在負(fù)序電源的固有機械特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速低速時轉(zhuǎn)速低速時轉(zhuǎn)速低速時轉(zhuǎn)速n nD D=-n=-nB B，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說明特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說明特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說明特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應(yīng)串入的電阻值。說明電動機運行在哪種狀態(tài)。電動機運行在哪種狀態(tài)。電動機運行在哪種狀態(tài)。電動機運行在哪種狀態(tài)。第42頁/共48頁解：首先首先根據(jù)題意畫出該電動機運行時的機械特性0nTABDC-n0n0TL

19、2TL1A、B為提升重物時的兩個工作點C、D為下放重物時的兩個工作點其次其次計算固有機械特性相關(guān)數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)差率固有特性臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)矩第43頁/共48頁（1）提升重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩即高速點A點為額定工作點低速點B點B點轉(zhuǎn)差率過B點機械特性臨界轉(zhuǎn)差率低速時每相串入電阻RsB第44頁/共48頁（2）下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.8TN，在固有機械特性上運行的轉(zhuǎn)差率s，得相應(yīng)轉(zhuǎn)速降落為負(fù)向序電源高速下放重物時，電動機處于反向回饋制動狀態(tài)：第45頁/共48頁低速下放重物時，電動機處于倒拉反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率過D點機械特性臨界轉(zhuǎn)差率低速時每相串入電阻RsD第46頁/共48頁謝謝 謝謝！第47頁/共48頁