三相異步電動機(jī)的起動及調(diào)速

三相異步電動機(jī)的起動及調(diào)速內(nèi)容提要：起動方法/調(diào)速方法13-1對起動白^要求/起動方法選擇\\一、對異步電動機(jī)起動的要求起動過程是指電動機(jī)從靜止到達(dá)到正常工作轉(zhuǎn)速'(額定轉(zhuǎn)速)的過程。起動過程中電流一般較大，為了避免電機(jī)在起動過程中損壞和降低起動電流對電網(wǎng)的影響，一般希望起動過程越快越好。三相異步電動機(jī)的電流公式I2'=U1/sqrt[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]額定運(yùn)行時，s=sN=~,若取s=，則R2'/s=20R2';起動時，s=1,R2'/s=R2',可見起動時,電動機(jī)的阻抗顯著減小，電流顯著增大。Ist=I2'=U1/sqrt[(R1+R2')2+(X1s+X2s')2]起動電流大約為額定電流的4-7倍。盡管起動電流很大，但起動轉(zhuǎn)矩并不大。T=CTF1I2'cosj2起動轉(zhuǎn)矩不大的原因：(1)起動電流大，阻抗壓降大，感應(yīng)電勢小，磁通F1也小;(2)s=1時:cosj2=R2'/sqrt(R2'2+X2s'2),很小。Tst=(1-2)TN對起動過程的要求：(1)Tst足夠大；(2)Ist不能太大。不同的起動方法就是在保證一定轉(zhuǎn)矩的情況下，采取不同的措施限制起動電流。二、決定異步電動機(jī)起動方法的原則具體情況具體分析。電網(wǎng)容量+電機(jī)容量+具體應(yīng)用場合。電動機(jī)容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動；如果生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求不大，則只考慮限制電流；如生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求較高，則既要限制電流，又要保證需要的轉(zhuǎn)矩。\\起動方法有：籠形異步電動機(jī)的直接起動/籠形異步電動機(jī)的降壓起動/繞線式異步電動機(jī)的起動。13-2鼠籠式異步電動機(jī)直接起動利用閘刀或者接觸器把電動機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。設(shè)備和操作簡單，在電網(wǎng)容量相對較大的情況下采用。頻繁起動電動機(jī)入電動機(jī)容量/供電變壓器容量＜20%允許直接起動；不頻繁起動電動機(jī)：電動機(jī)容量/供電變壓器容量＜30%允許直接起動；如果沒有獨立的供電變壓器，則限制電網(wǎng)電壓降不能超過5%。13-2鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動/若電源供電變壓器的容量不夠大時，就采取降壓起動。由于轉(zhuǎn)矩也隨著電壓下降而平方地下降，所以這種方法適合于對轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。一、定子繞組串電阻或者電抗器起動使得在定子繞組的電路中串入一個三相電阻器或者電抗器來分擔(dān)一部分電源電壓,電機(jī)繞組的實際電壓降低，達(dá)到降低起動電流的目的。使得串電阻器起動時，要消耗較大的功率；串電抗器起動時，當(dāng)K2短接起動電抗器時換產(chǎn)生較大的短路電流，所以串電抗適合于起動轉(zhuǎn)矩要求不大且起動不頻繁的場合。k=UN/Ust;Ist'/Ist=1/k;Tst'/Tst=1/k2\二、星-三角(Y/D)起動TOC\o"1-5"\h\z適合于正常運(yùn)行為D接法的電動機(jī)。\k=UN/Ust=sqrt(3);Ist'/Ist=1/3;Tst'/Tst=1/3三、，應(yīng)用自耦變壓器(起動補(bǔ)償器)起動\k=UN/Ust;Ist'/Ist=1/k2;Tst'/Tst=1/k2QJ2型自耦變器有不同的降壓抽頭，1/k=”以備選擇。、13-4繞線式異步電動機(jī)的起動降壓起動在限制起動電流的同時，大大降低了起動轉(zhuǎn)矩。在需要較大起動轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場合，人們不得不選擇價格昂貴的繞線式異步電動機(jī)。繞線式異步電動機(jī)的特點是可以在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善其起動和調(diào)速\性能。如果R2'+Rst'=sqrt[R12+(X1s+X2s')2],則獲得最大起動轉(zhuǎn)矩。一、串電阻分級起動(1)1C閉合，2C,3C,4c斷開，額定電壓，串入電阻(R'+R”+R”')，起動點在3的a點,起動轉(zhuǎn)矩T2<TM;(2)轉(zhuǎn)速上升到b時，T=T1,閉合2C,切除電阻R”',則工作點從3的b跳到2的c,T=T2(3)轉(zhuǎn)速上升到d時，T=T1,閉合3C,切除電阻R”，則工作點從2的d跳到1的e,T=T2(4)轉(zhuǎn)速上升到f時，T=T1,閉合4C,切除電阻R',則工作點從1的f跳到0的g,T=T2\(5)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升經(jīng)h到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行點jo\起動電阻器有金屬絲電阻器/鑄鐵電阻器/水電阻器等，但都按短時方式設(shè)計。二、轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動頻敏編阻器原理鐵心損耗越大，則Rm越大。而鐵耗與磁通的頻率(等于轉(zhuǎn)子頻率f2=sf1)的平方成比例。開始起動時，s較大，故f2較大，Rm也較大；隨著起動過程的進(jìn)行，s逐漸變小，所以f2變小，所以Rm變小。/起動完畢后，將轉(zhuǎn)子回路短路。頻敏變阻器靜止無觸點，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以應(yīng)用較為廣泛。13-5異步電動機(jī)的調(diào)速方法\/異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護(hù)方便、造價低廉，大量被用來拖動轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機(jī)械。在實際應(yīng)用中，許多機(jī)械需要調(diào)速，、如車床、機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵等。常用閘閥控制。為了節(jié)能，則要求設(shè)法從電機(jī)本身出發(fā)進(jìn)行電氣調(diào)速。異步電動機(jī)過去被認(rèn)為調(diào)速性能不好。隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展，異步電動機(jī)的調(diào)速問題已經(jīng)基本解決。異步電動機(jī)的調(diào)速性能甚至可以做到優(yōu)于直流電動機(jī)。剩余的問題是降低成本、實際應(yīng)用。異步電動機(jī)的速度公式TOC\o"1-5"\h\zn=(1-s)n1=(1-s)60f1/p/\異步電動機(jī)調(diào)速方法有：(1)變極調(diào)速//\(2)變頻調(diào)速/\(3)變滑差調(diào)速。(1)(2)適合于鼠籠式異步電動機(jī)，(3)用于繞線式異步電動機(jī)。\13-6異步電動機(jī)的變極調(diào)速\一、(每相)單繞組變極二、(每相)雙(多)繞組變極定子槽中放置2套以上的繞組，每套繞組極數(shù)不一樣，通過換接工作繞組達(dá)到調(diào)速的目的。4/6/24極。\每套繞組本身又可以采用變極開關(guān)，所以可以得到較多的調(diào)速等級。三、單繞組變極電動機(jī)的轉(zhuǎn)向問題極數(shù)(電機(jī)圓周的電角度數(shù)將發(fā)生改變)改變后，ABC三相的相序可能發(fā)生變化，所以在變極的同時應(yīng)改變相序。四、不同改接方法時，電動機(jī)功率及轉(zhuǎn)矩的變化(1)D-YY變極調(diào)速低速倍極數(shù)D接法，高速少極數(shù)YY接法不同接法時保才！電源電壓U1和每個繞組中的電流Ij不變。低速D接法時P2(2p)=3U1Ijh(2p)cosj(2p)\、高速YY接法時P2(p)=3U1/sqrt(3)2Ijh(p)cosj(p)=(p)cosj(p)不考慮cosj和h的變化時P2(p)/P2(2p)=3=這種接法轉(zhuǎn)速變化一倍時，功率只變化15%,接近恒功率，低速時轉(zhuǎn)矩比高速時轉(zhuǎn)矩大得多。TOC\o"1-5"\h\z(2)Y-YY變極調(diào)速\/低速倍極數(shù)丫接法，高速少極數(shù)YY接法/低速Y接法時\/P2(2p)=3U1/sqrt(3)Ijh(2p)cosj(2p)=sqrt(3)U1Ijh(2p)cosj(2p)\/高速YY接法時P2(p)=3U1/sqrt(3)2Ijh(p)cosj(p)=2sqrt(3)U1Ijh(p)cosj(p)不考慮cosj和h的變化時P2(p)/P2(2p)=2這種接法轉(zhuǎn)速變化一倍時，功率變化一倍，接近恒轉(zhuǎn)矩。五、變極電機(jī)切換時注意事項一般異步電動機(jī)在斷開電源后，轉(zhuǎn)子電流不會立即降為零，而是按一定的時間常數(shù)衰減。這個電流產(chǎn)生的磁通隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。如果轉(zhuǎn)子電流沒有衰減到零以前再次合上定子電源，則電源電壓和感應(yīng)電勢(殘留電壓)疊加可能產(chǎn)生比起動電流還大的沖擊電流，影響電網(wǎng)和電機(jī)壽命。殘留電壓的衰減常數(shù)為TOC\o"1-5"\h\zTe=(Xm+X2s')/(2pfR2')?Xm/(2pfR2')=Lm/R2'\變極電機(jī)在極數(shù)切換時，應(yīng)該等到轉(zhuǎn)子電流充分衰減后再進(jìn)行。\/'應(yīng)該按照銘牌規(guī)定的接線方式接線，否則會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。13-7異步電動機(jī)的變頻調(diào)速\一、從基頻向下變頻調(diào)速⑴保持E1/f1不變：T=PM/W1=m1I2'2R2'/s/(2pn1/60)=m1p/(2pf1)(E2'/sqrt((R2,/s)2+X2s'2))R2'/s=m1pf1/(2p)(E27f1)2R2'/s/[(R2'/s)2+X2s'2]=m1pf1/(2p)(E27f1)2/[(R2'/s)+sX2s'2/R2']R2'/s=sX2s'2/R2'sm=R2'/X2s'=R2'/(2pf1L2s')Tmax=m1pf1/(4p)(E2'/f1)2/(2pL2s')=常數(shù)Dnm=smn1=常數(shù)Tmax,Dnm與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(2)保持U1/f1不變,即保持F1"常數(shù)T=PM/W1=m1pU12R2'/s/{2pf1[(R1+R2'/s)2+(X1s+X2s')2]}=m1p/(2p)(U1/f1)2{f1R2'/s/[(R1+R27s)2+(X1s+X2s')2]}當(dāng)U1/f1不變時，sm=R2'/sqrt[R12+(X1s+X2s')2]Tmax=\/1/2m1p/(2p)(U1/f1)2f1/{R1+sqrt[R12+(X1s+X2s')2]}降低電源頻率時，Tmax不為常數(shù)。f1接近額定頻率時，X1s+X2s'>>R1,這時，Tmax變化不大。當(dāng)f1較低時X1s+X2s'較小，隨著f1的降低，Tmax變化較大。在低速時甚至拖不動負(fù)載。、從基頻向上變頻調(diào)速升高電源電壓時不允許的，在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機(jī)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]TOC\o"1-5"\h\z頻率較高時R1可以忽略，,sm=R2'/sqrt[R12+(X1s+X2s')2]/\?R2'/(X1s+X2s')81/f1/\Tmax=1/2m1pU12/(2pf1)/{R1+sqrt[R12+(X1s+X2s')2}?1/2m1pU12/(2pf1)/(X1s+X2s'^1/f12頻率越高時，越小，也越小，最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差TOC\o"1-5"\h\zDnm=smn1=C/f160f1/p=常數(shù)\機(jī)械特性運(yùn)行段近似平行。\變頻調(diào)速的特點：\(1)從基頻向下調(diào)時，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)時，為近似恒功率調(diào)速方式。(2)調(diào)速范圍大。(3)調(diào)速穩(wěn)定性好。\(4)無級調(diào)速。13-8繞線異步電動機(jī)的調(diào)速一、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速給繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)節(jié)電阻Rtj,其機(jī)械特性曲線T=f⑸形狀將發(fā)生變化。最大轉(zhuǎn)矩的位置隨所串電阻的增大而下移。若電動機(jī)驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，本來工作于a點，串入調(diào)節(jié)電阻Rtj后，工作點會移動到b點。由于ab點的電磁轉(zhuǎn)矩相等，所以R2'/sa=(R2'+Rtj')/sbR2/sa=(R2+Rtj)/sb串入電阻前后的兩個穩(wěn)態(tài)，電動機(jī)的阻抗沒有發(fā)生變化，所以電流不變，轉(zhuǎn)矩也不變。由于PM=TW1,所以電磁功率也保持不變。而總的機(jī)械功率PW=TW隨著轉(zhuǎn)速下降而減小。所減少的功率消耗在了調(diào)節(jié)電阻上。一、轉(zhuǎn)子回路接入附加電勢調(diào)速(串級調(diào)速)(1)原理/串電阻調(diào)速