電機(jī)及應(yīng)用項(xiàng)目4

電機(jī)及應(yīng)用項(xiàng)目4第一頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性子任務(wù)1交流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式4.1.1物理表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為:電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比，這一表達(dá)式又稱為三相異步電動機(jī)的物理表達(dá)式。該表達(dá)式體現(xiàn)了電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電動機(jī)轉(zhuǎn)子中電流大小成正比(也就是和電動機(jī)輸出功率大小成正比)，與定子磁通成正比，還與電動機(jī)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。下一頁返回第二頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性我們可以利用這個條件分析三相異步電動機(jī)運(yùn)行狀況和負(fù)載變化引起電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化情況。4.1.2參數(shù)表達(dá)式根據(jù)交流電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的關(guān)系，可以得到的等效電路如圖4.1所示，它表示出了電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的電路關(guān)系。由交流電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的等效電路可以得到電動機(jī)的電磁功率關(guān)系式和轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系式:上一頁下一頁返回第三頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性由以上兩個關(guān)系式，可以得出電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式:根據(jù)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式，可以繪制出電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩曲線，如圖4.2所示。4.1.3實(shí)用表達(dá)式由圖4.2可知sm是電動機(jī)到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率。上一頁下一頁返回第四頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性由公式(4.1.5)可知，當(dāng)改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻時(shí)，可以改變到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率，同時(shí)也可使電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，以利于啟動。所以可以利用電動機(jī)的這個公式來改善電動機(jī)的啟動性能。電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩如公式(4.1.6)所示。從這個公式中可以看出，在電動機(jī)的電源相數(shù)、電動機(jī)的極數(shù)和電動機(jī)內(nèi)部參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm和電源電壓U1的平方成正比。所以在對電動機(jī)進(jìn)行改變電源電壓控制的時(shí)候，就要考慮轉(zhuǎn)矩下降幅度較大時(shí)，電動機(jī)能否帶動負(fù)載。上一頁下一頁返回第五頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，它的電磁轉(zhuǎn)矩T也隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n進(jìn)行變化。由轉(zhuǎn)矩公式得:在電動機(jī)內(nèi)部參數(shù)不變、電動機(jī)轉(zhuǎn)速比較高時(shí)，公式(4.1.7)也可以簡化為:上一頁下一頁返回第六頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性從公式(4.1.8)可以更直接地看出電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，也就可以利用它對電動機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析，還可以更直接地分析出在負(fù)載變化時(shí)，電動機(jī)運(yùn)行從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)的過程。子任務(wù)2三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性4.1.4固有機(jī)械特性電動機(jī)的固有特性就是在電動機(jī)的電壓為額定電壓、電動機(jī)的內(nèi)部參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化的特性。電動機(jī)的固有特性曲線如圖4.3所示。電動機(jī)的固有特性曲線可以分成兩個部分且其中有幾個特殊點(diǎn)。上一頁下一頁返回第七頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性兩個部分中第一部分是Tst到Tm之間的部分，這一部分是電動機(jī)的不穩(wěn)定工作部分，也是電動機(jī)的過渡部分。電動機(jī)在這段的某一點(diǎn)工作時(shí)，由于擾動出現(xiàn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)將減速，轉(zhuǎn)速下降又會導(dǎo)致電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩下降，這樣不斷循環(huán)直到電動機(jī)停止運(yùn)行。電動機(jī)啟動時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速升高又導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩加大，直到電動機(jī)越過Tm點(diǎn)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。第二部分是Tm到n0之間的部分，這是電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行階段，也是電動機(jī)的運(yùn)行部分。如果在這階段出現(xiàn)擾動，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，同時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩上升會使電動機(jī)再次進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。上一頁下一頁返回第八頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性特殊點(diǎn)有啟動轉(zhuǎn)矩Tst、額定轉(zhuǎn)矩TN、和最大轉(zhuǎn)矩Tm。啟動轉(zhuǎn)矩Tst是指電動機(jī)加上電源且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零時(shí)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩TN就是電動機(jī)加上額定電壓且轉(zhuǎn)子上帶有額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩Tm是電動機(jī)定子加上額定電壓且電動機(jī)軸上能夠產(chǎn)生的最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。為了描述電動機(jī)的啟動性能，引入啟動能力的概念，用λst表示。從概念上來說，電動機(jī)的啟動能力就是電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，即電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩Tst和電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN的比值，它是表征電動機(jī)能否順利啟動的一個參數(shù)。為保證電動機(jī)能夠順利啟動，其數(shù)值一般為1.8~2.0。上一頁下一頁返回第九頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性過載能力λm是描述電動機(jī)的另一個很重要的參數(shù)。電動機(jī)的過載能力定義為電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm與電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN的比值。電動機(jī)的過載能力λm是表征電動機(jī)抗過載的能力，是電動機(jī)能夠承受的抗干擾能力的體現(xiàn)。電動機(jī)的抗過載倍數(shù)一般為1.6~2.5;對于特殊用途的電動機(jī)，λm的值可以達(dá)到3.3~3.4，實(shí)際選擇電動機(jī)的時(shí)候還要根據(jù)負(fù)載的波動情況來選擇不同抗過載能力的電動機(jī)。上一頁下一頁返回第十頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性4.1.5人為機(jī)械特性所謂三相異步電動機(jī)的人為特性，是指人為地改變電動機(jī)的參數(shù)或電源的參數(shù)所得到的電動機(jī)的機(jī)械特性。最為常見的改變參數(shù)有電源電壓U、電源頻率f和轉(zhuǎn)子回路電阻Ra。4.1.5.1改變電源電壓的人為機(jī)械特性由于電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1=60f/p，與電壓U無關(guān)，所以電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速不變。而電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和電源電壓的平方成正比，電源電壓減小則電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩都會按比例減小。電動機(jī)改變電源電壓的人為機(jī)械特性曲線如圖4.4所示。4.1.5.2改變轉(zhuǎn)子回路電阻的人為機(jī)械特性上一頁下一頁返回第十一頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性由于電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速不變，而電動機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率隨著轉(zhuǎn)子回路電阻的增大而正比增大，所以特性變軟，同時(shí)電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩會因此而增加。電動機(jī)改變轉(zhuǎn)子回路電阻的人為機(jī)械特性曲線如圖4.5所示。

4.1.5.3改變電源頻率的人為機(jī)械特性現(xiàn)在主要是應(yīng)用變頻器改變電源的頻率。電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和電源頻率成正比，當(dāng)改變電源頻率時(shí)電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也隨之變化。在其他參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩是不變的，但是電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩會隨著電源的頻率下降而升高。電動機(jī)改變電源頻率的人為機(jī)械特性曲線如圖4.6所示。

上一頁下一頁返回第十二頁，共77頁。任務(wù)1交流電動機(jī)的機(jī)械特性在電動機(jī)的人為機(jī)械特性曲線中可以看到，在負(fù)載不變的情況下，有的可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，有的可以改變電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩，并且它們改變轉(zhuǎn)速和改變啟動轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)都不太一樣，這就要求在使用電動機(jī)的時(shí)候，要選擇合適的、符合要求的人為機(jī)械特性來控制電動機(jī)。上一頁返回第十三頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)

4.2.1啟動描述異步電動機(jī)要想工作就必須旋轉(zhuǎn)，否則就無法工作。轉(zhuǎn)子原來不轉(zhuǎn)動的電動機(jī)，在定子繞組加上交流電壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零增加到穩(wěn)定值的過程，就叫異步電動機(jī)的啟動。啟動過程是電動機(jī)的一個過渡過程。在啟動初始狀態(tài)，電動機(jī)轉(zhuǎn)子還沒有旋轉(zhuǎn)起來的時(shí)候，相當(dāng)于變壓器輸出端短路的狀態(tài)，只是短路電流比變壓器小很多，啟動電流1，為電動機(jī)額定電流Ist的4~7倍。這對于額定電流較小的小功率電動機(jī)來說，啟動電流不算大，對電路和其他設(shè)備影響也不是太大;但對于大功率的電動機(jī)來說，因其本身額定電流就比較大，再乘上啟動倍數(shù)，啟動電流就相當(dāng)大了，這樣大的啟動電流將對相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。下一頁返回第十四頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)

(1)電動機(jī)帶額定負(fù)載啟動的時(shí)候，電動機(jī)的大啟動電流持續(xù)時(shí)間比較長，在啟動過程中會使保護(hù)跳閘，使電動機(jī)無法正常啟動。

(2)電動機(jī)帶額定負(fù)載啟動的時(shí)候，電動機(jī)的大啟動電流持續(xù)時(shí)間比較長，在定子繞組中產(chǎn)生很多熱量，繞組溫度升高使電動機(jī)繞組絕緣老化，絕緣質(zhì)量下降，電動機(jī)壽命縮短。(3)電動機(jī)啟動電流很大，會使電網(wǎng)電壓瞬間波動很大，影響同一線路內(nèi)其他設(shè)備的正常運(yùn)行，如燈、計(jì)算機(jī)顯示器和電視屏幕的閃動等。(4)電動機(jī)啟動電流很大，會使電網(wǎng)內(nèi)電壓產(chǎn)生高次諧波，影響電網(wǎng)內(nèi)電子設(shè)備的正常工作以及產(chǎn)生誤動作。因此，電動機(jī)啟動的時(shí)候，既要保證有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)順利啟動，又要限制電動機(jī)啟動電流，減小電動機(jī)啟動電流的危害。上一頁下一頁返回第十五頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)

4.2.2三相籠型異步電動機(jī)的啟動三相籠型異步電動機(jī)的啟動方法有三種:第一種是直接啟動，就是將電動機(jī)的定子繞組直接連接到額定電源上的啟動方法。第二種是降壓啟動，就是采用一定的方法將電源電壓U降低，然后加在電動機(jī)的定子繞組上來降低啟動電流Ist，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定值的時(shí)候，電源增加到額定電壓UN直至啟動結(jié)束。這種啟動方法的缺點(diǎn)是啟動的時(shí)候啟動電流Ist，下降的同時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩Tst，也跟隨下降，因此啟動時(shí)帶負(fù)載能力比較弱。第三種是變頻啟動，就是在啟動過程中，將電源通過變頻器或軟啟動器將電源頻率f和電壓U同時(shí)改變，然后加在電動機(jī)定子繞組上，這樣既減小了電動機(jī)的啟動電流，又增加了啟動轉(zhuǎn)矩。上一頁下一頁返回第十六頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)以上三種方法各有各的優(yōu)、缺點(diǎn)，使用的時(shí)候應(yīng)根據(jù)具體的工作環(huán)境合理選擇。4.2.2.1三相籠型電動機(jī)的直接啟動一般情況下，電動機(jī)若滿足下列條件之一就可以采用直接啟動。(1)額定容量在10kW以下的籠型異步電動機(jī)。(2)符合經(jīng)驗(yàn)公式(4.2.1)時(shí)也可以直接啟動。直接啟動的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，啟動方式簡單，成本低。缺點(diǎn)是啟動的時(shí)候啟動電流相對比較大，在選用配線、控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備和保護(hù)調(diào)試的時(shí)候，應(yīng)該適當(dāng)加大系數(shù)。上一頁下一頁返回第十七頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)具體電路如圖4.7(a)所示，它是最簡單的啟動電路，電動機(jī)缺少過載保護(hù);如圖4.7(b)所示的啟動電路具有過載保護(hù)和遠(yuǎn)距離操作的能力。

4.2.2.2籠型異步電動機(jī)的降壓啟動降壓啟動方式是指首先用低壓進(jìn)行啟動，而當(dāng)轉(zhuǎn)速n上升到比較高的時(shí)候，電壓再切換到額定電壓值。由于異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與定子繞組電壓U的平方成正比，因此降壓啟動時(shí)轉(zhuǎn)矩下降很多，會使電動機(jī)帶負(fù)載能力變差，僅適用于電動機(jī)輕載或空載時(shí)啟動，具體的方法如下。1.定子串電阻或電抗器降壓啟動在圖4.8(a)中，電動機(jī)定子串電阻啟動，電源電壓經(jīng)過刀開關(guān)和熔斷器進(jìn)入啟動部分。上一頁下一頁返回第十八頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)啟動的時(shí)候，接觸器KM1的主觸點(diǎn)接通，電源經(jīng)過啟動電阻降壓后，電動機(jī)進(jìn)入降壓啟動過程，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，接觸器KM2接通、KM1斷電停止工作，電源電壓經(jīng)過KM2直接進(jìn)入電動機(jī)，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高直到穩(wěn)定值，啟動結(jié)束。在圖4.8(b)中，電動機(jī)定子串電抗器啟動，電路圖及工作原理與定子串電阻相似。這種啟動方式不受電動機(jī)定子接線方式的限制，也就是說，定子繞組不論是Υ形連接，還是△形連接都適用。但是，由于電阻需要消耗一定的電能，所以現(xiàn)在已很少使用，基本退出了歷史的舞臺。2.Υ-△降壓啟動

Υ-△降壓啟動實(shí)質(zhì)上就是電動機(jī)Υ形連接啟動，而△形連接運(yùn)行，這種啟動方式適用于運(yùn)行過程中電動機(jī)是△形接法的電動機(jī)。上一頁下一頁返回第十九頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)由于電動機(jī)啟動時(shí)對定子繞組Υ形連接，所以繞組電壓U是額定電壓的。電動機(jī)降低了啟動電壓，啟動電流入，也同樣得到降低。由于啟動轉(zhuǎn)矩T與電壓U的平方成正比，所以電磁轉(zhuǎn)矩T降低為原來的1/3。這種啟動方式適用于空載啟動或輕載啟動。具體的啟動電路如圖4.9(a)所示。熱繼電器串聯(lián)在△形連接的內(nèi)部，測量的是相電流，熱繼電器通過的電流比較小，熱繼電器的選擇和動作電流的整定按照相電流進(jìn)行。其基本工作原理是:接觸器KM1,KM3主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)電路接通，電動機(jī)作Υ形連接啟動;當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到較高的速度時(shí)，接觸器KM3斷開，電動機(jī)Υ形連接啟動過程結(jié)束;同時(shí)接觸器KM2主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)轉(zhuǎn)換成△形連接，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，直到其處于穩(wěn)定狀態(tài)，啟動結(jié)束。上一頁下一頁返回第二十頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)由于熱繼電器直接連接在主電路中，所以電動機(jī)功率不是特別大。遇到超大功率電動機(jī)時(shí)，采用圖4.9(b)所示的連接方式，用互感器接在線電路中，測量線電流。如果需要提高保護(hù)的可靠性，可以采用三相保護(hù)的形式，這種電路適用于超大功率電動機(jī)的過載保護(hù)和輕微的電動機(jī)匝間短路保護(hù)。三相籠型異步電動機(jī)的Υ-△降壓啟動適用于△形連接的電動機(jī)。特點(diǎn)是啟動電路簡單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠，廣泛用于輕載或空載啟動的電動機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中，如通風(fēng)機(jī)負(fù)載、給排水的水泵電動機(jī)等啟動時(shí)均為輕載啟動，負(fù)載隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。3.定子接自耦變壓器降壓啟動上一頁下一頁返回第二十一頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)它主要利用自耦變壓器的變壓功能，將電源的額定電壓降低后加在電動機(jī)的定子繞組上，以減小電動機(jī)的啟動電流。電動機(jī)串接自耦變壓器啟動的電路如圖4.10所示，在KM2和KM3接通后，電源電壓經(jīng)變壓器降壓后加在電動機(jī)的定子繞組上，電動機(jī)在低壓作用下啟動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值的時(shí)候，接通KM1，同時(shí)切斷KM2和KM3，使電動機(jī)在額定電壓作用下轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，直到電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值，啟動結(jié)束。自耦變壓器降壓啟動的特點(diǎn)是電動機(jī)啟動時(shí)，電壓U降低，啟動電流也降低為電動機(jī)電流的關(guān)系為:上一頁下一頁返回第二十二頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)所以降低電壓后的啟動電流為:自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流關(guān)系為自耦變壓器降壓啟動時(shí)，電動機(jī)連接在變壓器的二次側(cè)繞組上，電流，即:上一頁下一頁返回第二十三頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)故，4.2.2.3變頻器啟動或軟啟動裝置啟動1.變頻器啟動變頻器啟動就是利用變頻器將電動機(jī)啟動，啟動結(jié)束后轉(zhuǎn)換成額定電源電壓的啟動過程。用變頻器啟動就是在啟動過程中，將50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)變成低頻率和低電壓的交流電，使電動機(jī)的啟動電流減小，但是啟動轉(zhuǎn)矩仍然比較大。隨著轉(zhuǎn)速的增加，頻率和電壓也增加，轉(zhuǎn)速不斷上升直到啟動結(jié)束。變頻器控制的電動機(jī)啟動可以達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩啟動，啟動電流限制在1.5IN的范圍內(nèi)，同時(shí)在低速時(shí)可任意調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，滿足有特殊要求的電動機(jī)控制。上一頁下一頁返回第二十四頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)基本控制電路可以簡單地連接成圖4.11所示的形式。變頻器還具有能耗制動和變頻調(diào)速的功能。隨著變頻器技術(shù)的日臻成熟，成本會比以前下降很多。這一技術(shù)是目前社會中應(yīng)用廣泛的啟動、調(diào)速和制動一體化技術(shù)。

2.軟啟動裝置啟動軟啟動裝置是在變頻器的啟動基礎(chǔ)上對啟動方面進(jìn)行大量優(yōu)化后的裝置，所以利用軟啟動裝置進(jìn)行啟動，其啟動性能比變頻器啟動優(yōu)化很多。且其簡化了變頻調(diào)速的功能，所以價(jià)格比變頻器要低一些。在只需要啟動的系統(tǒng)中，經(jīng)常應(yīng)用軟啟動裝置，以降低成本，其控制系統(tǒng)如圖4.12所示。上一頁下一頁返回第二十五頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)

4.2.3三相繞線式異步電動機(jī)的啟動三相繞線式異步電動機(jī)的啟動就是將轉(zhuǎn)子電路經(jīng)過滑環(huán)和電刷引出，在外面連接啟動電阻或頻敏變阻器進(jìn)行啟動。因?yàn)檗D(zhuǎn)子電路串接電阻使轉(zhuǎn)子電路電流減小，所以定子電路電流也相應(yīng)減小。轉(zhuǎn)子電路串接電阻使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)得到提高，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與定子電壓功率角減小而轉(zhuǎn)矩升高，致使電動機(jī)減小啟動電流的同時(shí)增加了啟動轉(zhuǎn)矩。4.2.3.1轉(zhuǎn)子串電阻啟動轉(zhuǎn)子串電阻啟動的電路如圖4.13所示。在啟動過程中，所串入的電阻為三個電阻的總和。啟動過程中隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸減小電阻值，最后切除電阻。上一頁下一頁返回第二十六頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)啟動過程如下:(1)啟動開始的時(shí)候，KM1,KM2,KM3處于斷開的狀態(tài)。首先接通KM1，電動機(jī)加上額定電壓。由于電動機(jī)和變壓器原理相似，轉(zhuǎn)子串入電阻就相當(dāng)于變壓器二次側(cè)串入電阻，電動機(jī)的啟動電流得到減小。同時(shí)，轉(zhuǎn)子串入電阻時(shí)轉(zhuǎn)子電路總電阻增加，從圖4.13中可以看出:在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子電阻越大，啟動轉(zhuǎn)矩也就越大，電動機(jī)越容易啟動。

(2)在KM1閉合的過程中，接通KM4，將R:電阻切除，此時(shí)阻值減小，電動機(jī)曲線上移，轉(zhuǎn)入電動機(jī)R1+R2的曲線，電動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高。

(3)在較高轉(zhuǎn)速的情況下，接通KM3，將電阻R2+R3切除，電動機(jī)轉(zhuǎn)入R1電阻所在曲線，電動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高。上一頁下一頁返回第二十七頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)

(4)在轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速的時(shí)候，接通KM2將所有電阻切除，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)入固有特性的工作狀態(tài)，電動機(jī)啟動結(jié)束，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

4.2.3.2轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動電動機(jī)繞線式轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動，就是在電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上串聯(lián)頻敏變阻器進(jìn)行啟動的方式，頻敏變阻器結(jié)構(gòu)如圖4.14(a)所示。它的鐵芯是用厚鋼板鉚制而成，繞組是用絕緣的漆包線繞制而成。其工作特點(diǎn)是:在電動機(jī)啟動開始的時(shí)候，定子和轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子切割磁力線的速度很大;轉(zhuǎn)子產(chǎn)生很高電動勢的同時(shí)，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率也相當(dāng)高。上一頁下一頁返回第二十八頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)高頻電動勢加在頻敏變阻器上產(chǎn)生高頻電流，這樣繞組產(chǎn)生高頻磁場;轉(zhuǎn)子鐵芯是由鋼板制成，產(chǎn)生很大的磁滯和渦流損耗，會消耗大量的能量，就相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子上串聯(lián)了較大的電抗，限制了啟動電流。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，定子和轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速減小，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的頻率也降低，使頻敏變阻器中的磁滯和渦流損耗減小，也就相當(dāng)于轉(zhuǎn)子串聯(lián)的電抗減小直至啟動結(jié)束，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近定子磁場的轉(zhuǎn)速，頻敏變阻器的阻抗也就減小到最小，啟動結(jié)束?；究刂齐娐啡鐖D4.14(b)所示。接通電源控制開關(guān)QS，同時(shí)按下啟動控制按鈕，使接觸器KM1的主觸點(diǎn)閉合，接通電動機(jī)的定子電路，電動機(jī)在轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器的情況下啟動。這時(shí)頻敏變阻器產(chǎn)生高阻抗，減小了電動機(jī)的啟動電流。上一頁下一頁返回第二十九頁，共77頁。任務(wù)2交流電動機(jī)的啟動及其實(shí)現(xiàn)隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電動勢和頻率減小，頻敏變阻器的阻值減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷升高直至啟動結(jié)束。這時(shí)控制電路接通KM2，將電動機(jī)轉(zhuǎn)子直接接成星形連接，頻敏變阻器啟動徹底結(jié)束。在啟動過程中，因?yàn)轭l敏變阻器的磁滯和渦流損耗是電阻性的，所以啟動時(shí)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻性負(fù)載，這樣既減小了啟動電流，又增大了電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩。上一頁返回第三十頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)

4.3.1制動方法所謂制動，就是指在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上施加或產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)減速或停止的過程。電動機(jī)的制動基本可以分為機(jī)械制動和電氣制動兩種形式。機(jī)械制動在這里我們就不研究了，現(xiàn)在主要學(xué)習(xí)電氣制動。電氣制動就是采用電氣的方法，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯上產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，最終使電動機(jī)快速停止或轉(zhuǎn)速下降的方法。電氣制動常見的有能耗制動、反接制動和回饋制動三種方法。在這三種制動方法中，可以根據(jù)實(shí)際工作選擇適合的方法來使用，而在實(shí)際生產(chǎn)中，變頻器和軟啟動器等設(shè)備本身就有制動的功能。下一頁返回第三十一頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)

4.3.2能耗制動能耗制動，可以簡單地理解成將電動機(jī)所儲存的機(jī)械能量消耗掉的制動方式，能耗制動的基本電路如圖4.15所示。接觸器KM1接通，電動機(jī)啟動運(yùn)行。KM1斷開，電動機(jī)運(yùn)行結(jié)束，同時(shí)閉合接觸器KM2，將變壓器的電源接通，也將整流輸出的直流電引入電動機(jī)，電動機(jī)便進(jìn)入了能耗制動的過程。電動機(jī)定子繞組上通入直流電以后，使得空間氣隙產(chǎn)生一個固定方向的磁場，此時(shí)的轉(zhuǎn)子因慣性運(yùn)轉(zhuǎn)而繼續(xù)切割磁力線及產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流。由分析可知，該電流會產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就會因此而逐漸下降，直到電動機(jī)停止。電動機(jī)停止后人為或用時(shí)間繼電器控制切斷電源，也可以用轉(zhuǎn)速繼電器自動控制切斷電源。上一頁下一頁返回第三十二頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)能耗制動的特點(diǎn)就是能耗制動的制動轉(zhuǎn)矩相對小一些，這樣會減小對軸的損傷;同時(shí)也降低了制動的速度，轉(zhuǎn)速下降得比較緩慢，且比較平穩(wěn)。能耗制動時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取直流電源的電壓等級和限流電阻的功率及阻值。4.3.3反接制動反接制動也稱為反轉(zhuǎn)制動，就是將電源的任意兩相對調(diào)后，電動機(jī)定子產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，最終使電動機(jī)快速停止的制動方法。常見的反接制動形式有電源反接和倒拉反轉(zhuǎn)反接。

4.3.3.1電源反接制動上一頁下一頁返回第三十三頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)電源反接制動的接線方式如圖4.16所示，將電動機(jī)的任意兩根電源線對調(diào)，就改變了電動機(jī)的電源相序。交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是由電源相序決定的，所以電源相序發(fā)生改變，電動機(jī)的定子磁場旋轉(zhuǎn)方向也就跟隨改變，轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩的方向也會改變，但電動機(jī)的轉(zhuǎn)子因慣性而保持原來的旋轉(zhuǎn)方向不變，致使電動機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的加速度，電動機(jī)轉(zhuǎn)速快速下降，直到停止。具體工作過程:QS閉合，電源接通，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。接觸器KM1主觸點(diǎn)閉合，電路接通，電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)工作。電動機(jī)工作結(jié)束需要停止時(shí)，斷開KM1的主觸點(diǎn)，電動機(jī)主電路斷電后因慣性而旋轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回第三十四頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)同時(shí)接通接觸器KM2，則KM2主觸點(diǎn)閉合，定子電流因U相與W相對調(diào)而產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁場，致使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速快速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到較低即接近停止的時(shí)候，轉(zhuǎn)速繼電器KV工作，切斷接觸器KM2所在電路。KM2斷電，其主觸點(diǎn)斷開制動電源，制動過程結(jié)束。由此可見，反接制動的特點(diǎn)是:(1)反接制動是直接利用交流電源進(jìn)行制動的，不像能耗制動那樣需要直流電源，所以降低了成本。

(2)反接制動時(shí)定子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線的速度比較高，這樣轉(zhuǎn)子的電流就比較大，并產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)快速降速或停止，制動效果好。上一頁下一頁返回第三十五頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)

(3)由于有轉(zhuǎn)速繼電器的介入，電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)電動機(jī)自動停止，不用人為監(jiān)視看守。

(4)電路簡單，容易操作，方便維護(hù)、維修。(5)反接制動轉(zhuǎn)子鐵芯產(chǎn)生的反向轉(zhuǎn)矩很大，對軸產(chǎn)生相當(dāng)大的扭矩，容易損傷轉(zhuǎn)軸，所以反接制動盡量不要帶過大負(fù)載或?qū)S的強(qiáng)度要求應(yīng)高一些。能耗制動和反接制動是應(yīng)用比較普遍的兩種制動方式。能耗制動的制動過程比較慢，且需要直流電源部分，因而投資比較大，但是對軸損傷比較小，可以帶大負(fù)載制動;而反接制動的制動過程比較快，不需要額外的電源，但是對軸損傷比較大，因此電動機(jī)盡量不帶大負(fù)載，以免制動時(shí)損傷電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸。上一頁下一頁返回第三十六頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)和要求選擇合適的制動方式。4.3.3.2倒拉反轉(zhuǎn)反接制動所謂倒拉反轉(zhuǎn)反接制動，就是從高處向下釋放重物的時(shí)候，給重物施加向上的牽引力，不至于重物做自由落體運(yùn)動，最終使重物以設(shè)定的速度向下運(yùn)行降落。倒拉反轉(zhuǎn)反接制動經(jīng)常用于高層建筑等環(huán)境中，當(dāng)需要從很高的位置向下放重物時(shí)，重物在高處具有很高的位能(重力勢能)，如果不加限制地從高處下放重物，則重物易摔壞。為了避免這一現(xiàn)象，必須給它施加一個向上的力，用來限制它下降的速度。限制重物下落速度的方法有機(jī)械式的，如采用抱閘的形式限制下降速度;還有電氣的方法，如采用倒拉反轉(zhuǎn)反接制動的形式。上一頁下一頁返回第三十七頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動就是對繞線式電動機(jī)在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻，借助向上的電磁拉力來限制重物下降的速度，最后使重物安全降落。倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時(shí)，電動機(jī)工作電路如圖4.17(a)電路部分。當(dāng)在開關(guān)QS閉合、KM1接通且電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組不外加電阻而直接連接的情況下，電動機(jī)對應(yīng)特性曲線②運(yùn)行，此時(shí)負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和電動機(jī)特性曲線相交點(diǎn)就是此時(shí)電動機(jī)勻速運(yùn)行的上升狀態(tài)。當(dāng)重物運(yùn)送到建筑物的頂點(diǎn)時(shí)，電動機(jī)停止以保證卸料。卸料結(jié)束，運(yùn)送系統(tǒng)又要把建筑垃圾等和需要送到地面的物品運(yùn)送到地面，這樣就進(jìn)入了下降狀態(tài)。在下降以前將繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入適當(dāng)?shù)碾娮璨⒔油娫矗藭r(shí)電動機(jī)特性曲線變軟，如圖4.17(b)所示特性曲線中的①曲線。上一頁下一頁返回第三十八頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相交于負(fù)轉(zhuǎn)速象限(第四象限)，表明重物正在下降，且由于電動機(jī)向上的轉(zhuǎn)矩使重物的下降速度比較緩慢，這樣也就達(dá)到了限制降落速度的目的。4.3.4回饋制動回饋制動也稱為發(fā)電機(jī)制動。電動機(jī)的定子接三相交流電源，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候產(chǎn)生很高的電動勢，并將過高的電動勢回饋到電源(或電網(wǎng))的制動方式，叫做回饋制動或發(fā)電機(jī)制動?；仞佒苿拥幕倦娐啡鐖D4.18(a)所示，基本工作原理如圖4.18(b)所示。電動機(jī)帶動重物從右側(cè)N的位置向上移動，當(dāng)移動到頂端后重物開始向下移動，進(jìn)入到M所在的斜面。上一頁下一頁返回第三十九頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)在電動機(jī)向下移動的過程中，電動機(jī)的牽引和重物本身的重力作用，使物體不斷加速。電動機(jī)低速的時(shí)候，定子的反電動勢就比較小;隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，定子繞組的反電動勢也開始升高。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于電動機(jī)定子的同步轉(zhuǎn)速n，時(shí)，定子就相當(dāng)于一個數(shù)值很小的電抗，其反電動勢接近電源電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于電動機(jī)定子的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個旋轉(zhuǎn)的磁場，使定子在該磁場的作用下開始發(fā)電。當(dāng)定子繞組發(fā)電產(chǎn)生的電動勢和定子自身的反電動勢疊加高于電源電壓時(shí)，電動機(jī)就處于發(fā)電狀態(tài)，并將所發(fā)出來的電能回送到電源(或電網(wǎng))。而此時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，電動機(jī)便處于制動狀態(tài)。上一頁下一頁返回第四十頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)這就是電動機(jī)回饋制動的基本過程，由于該過程比較少見，所以回饋制動的應(yīng)用也比較少見。4.3.5電容制動電容制動是指在運(yùn)行著的異步電動機(jī)切斷電源后，迅速在定子繞組的端線上接入電容器來實(shí)現(xiàn)制動的一種方法，其電路如圖4.19所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的電動機(jī)斷開電源時(shí)，轉(zhuǎn)子因具有慣性而仍然繼續(xù)轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子周圍形成一個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，這個磁場切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過電容器組成閉合電路，對電容器進(jìn)行充電，在定子繞組中形成勵磁電流，建立一個磁場，與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生一個阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)迅速停止，完成制動過程。上一頁下一頁返回第四十一頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)在這個過程中，定子繞組中產(chǎn)生的也是交流電。如果將定子直接接通，定子繞組存在很大的電感，使轉(zhuǎn)子電流和定子產(chǎn)生的磁場不同步，則制動轉(zhuǎn)矩比較小，制動效果比較差。當(dāng)利用電容制動時(shí)，電容的電流相位正好與定子電感相位相反而相互抵消，使定子接近純電阻狀態(tài)，定子磁場和轉(zhuǎn)子電流同步，則轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生比較大的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快速下降，制動效果也比較好。工作過程:在工作結(jié)束的時(shí)候，切斷KM1接觸器，同時(shí)接通KM2接觸器，電動機(jī)由運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入制動狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)速下降，定子電動勢和制動轉(zhuǎn)矩減小，直到最后結(jié)束。制動結(jié)束后電動機(jī)停止，電容也就停止工作了。上一頁下一頁返回第四十二頁，共77頁。任務(wù)3交流電動機(jī)的制動及其實(shí)現(xiàn)電容的連接方法有星形接法和三角形接法兩種，星形接法的時(shí)候電容兩端電壓為相電壓，同等制動效果時(shí)所需要的電容量比較大;而三角形接法時(shí)，電容兩端是線電壓，產(chǎn)生同樣的制動效果時(shí)所需要的電容量比較小。電容制動的過程比較平穩(wěn)，制動速度比較慢，對軸的沖擊力較小，不需要其他電源，能量損耗比較小，但是需要配備合適的電容器組。一般采用經(jīng)驗(yàn)性的公式來計(jì)算三角形連接的電容器:C=4.85xkxl0。對于星形連接的電容器:C=8.4xkxl0,k=4~8。上一頁返回第四十三頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)

4.4.1變極調(diào)速變極調(diào)速就是改變電動機(jī)定子繞組的磁極對數(shù)的調(diào)速方法，這種方法只適用于調(diào)速電動機(jī)，而普通交流電動機(jī)是不能這樣進(jìn)行的。首先，普通電動機(jī)的連接方式是固定的，每一相繞組是連接好且無法改變的;其次，電動機(jī)本身的參數(shù)不適合改變接法，如果硬性地改變電動機(jī)定子繞組的接線，則會使電動機(jī)損壞。變極調(diào)速的接線如圖4.20和圖4.21所示。變極調(diào)速的基本電路有兩種方式:第一種就是Υ連接轉(zhuǎn)變成ΥΥ連接，寫成Υ/ΥΥ電動機(jī);第二種就是D連接轉(zhuǎn)變成ΥΥ連接，寫成D

/ΥΥ電動機(jī)。不管哪種方式都是將多極數(shù)轉(zhuǎn)化成少極數(shù)，這樣就會使電動機(jī)由低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換到高轉(zhuǎn)速。下一頁返回第四十四頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)對于圖4.20所示的電路圖，接成Υ連接時(shí)電動機(jī)的兩組繞組是串聯(lián)，轉(zhuǎn)換成ΥΥ連接時(shí)兩組繞組是并聯(lián)。電動機(jī)由四極轉(zhuǎn)換成兩極，同步轉(zhuǎn)速也由1500r/min轉(zhuǎn)換成3000r/min。這種接法的電動機(jī)，不管繞組串聯(lián)還是并聯(lián)，相電壓都是不變的，這樣在設(shè)計(jì)和使用的過程中都要考慮電流的變化，因此這種電動機(jī)比較少見。對于圖4.21所示的電路，電路由△連接轉(zhuǎn)換成ΥΥ連接，電動機(jī)的極數(shù)由四極轉(zhuǎn)換成兩極，同步轉(zhuǎn)速也由1500r/min轉(zhuǎn)換成3000r/min。這種接法的電動機(jī)繞組角接時(shí)是兩組繞組串聯(lián)，星接時(shí)是兩組繞組并聯(lián)，這樣連接的電動機(jī)繞組的電流變化不大，較為常用。上一頁下一頁返回第四十五頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速的電動機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好;無轉(zhuǎn)差損耗，效率高;接線簡單、控制方便、價(jià)格低;有級調(diào)速，級差較大，不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)和水泵等。

4.4.2變頻調(diào)速4.4.2.1基本工作原理變頻調(diào)速的基本原理:利用變頻器將50Hz的交流電源轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電源加在電動機(jī)的定子繞組上。由于電動機(jī)定子的電源頻率改變了，則電動機(jī)定子磁場的同步轉(zhuǎn)速也跟隨變化，這樣就改變了電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。上一頁下一頁返回第四十六頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)在電源頻率變化的時(shí)候，電動機(jī)定子磁通隨著頻率的減小而增加，當(dāng)定子磁通進(jìn)入飽和狀態(tài)的時(shí)候就不再變化。此時(shí)電源頻率減小，定子的反電動勢下降，定子電流升高。為了消除這種現(xiàn)象，在改變頻率的同時(shí)，也需要減小變頻器的輸出電壓，即變頻器在變頻的同時(shí)也要改變電壓，這樣可以保證電動機(jī)的頻率和電壓始終處于合理的工作狀態(tài)。變頻器的基本接線端子名稱如圖4.22所示。在變頻控制過程中，電路接線如圖4.23所示。當(dāng)需要調(diào)速時(shí)可改變PIN接線端子連接的劃線變阻器的滑動觸頭，使進(jìn)入PIN端子的電壓發(fā)生變化，變頻器的輸出頻率就隨之改變，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也就得到了調(diào)整。如果不需要改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，而需要電動機(jī)工作在工頻狀態(tài)，則只需斷開KM1、接通KM2即可。上一頁下一頁返回第四十七頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)

4.4.2.2變頻器的分類變頻器可分成交流—直流—交流變頻器和交流—交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交流—直流—交流變頻器。其特點(diǎn)是:效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗;應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī);調(diào)速范圍大、特性硬、精度高;技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)高、維護(hù)檢修困難。廣泛用于要求精度高、調(diào)速性能較好的場合和城市供水系統(tǒng)中。4.4.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速就是通過加大轉(zhuǎn)子和定子磁場的轉(zhuǎn)速差來達(dá)到調(diào)速的目的。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法有改變定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級調(diào)速三種。上一頁下一頁返回第四十八頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)這些調(diào)速方法的共同特點(diǎn)是在調(diào)速過程中都產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率。前兩種調(diào)速方法都是把轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路里，很不經(jīng)濟(jì)，而串級調(diào)速能將轉(zhuǎn)差功率加以吸收或大部分反饋給電網(wǎng)，提高了經(jīng)濟(jì)性能。4.4.3.1改變定子電壓調(diào)速對于轉(zhuǎn)子電阻大、機(jī)械特性曲線較軟的籠型異步電動機(jī)而言，如加在定子繞組上的電壓發(fā)生改變，則負(fù)載TL對應(yīng)于不同的電源電壓U1,U2，可獲得不同的工作點(diǎn)a1、a2，如圖4.24所示。改變定子電壓調(diào)速的缺點(diǎn)是低壓時(shí)機(jī)械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大，可采用帶速度負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)來解決該問題。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，因此其最大轉(zhuǎn)矩會下降很多，電動機(jī)的調(diào)速范圍較小，一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。上一頁下一頁返回第四十九頁，共77頁。任務(wù)4交流電動機(jī)的調(diào)速及其實(shí)現(xiàn)為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)，或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏變阻器。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，在調(diào)速為2:1以上的場合應(yīng)采用反饋控制，以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓裝置有串聯(lián)飽和電抗器、自藕變壓器以及晶閘管等幾種