电动机运行和负载

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(3)MK的大小象征着电动机的过载能力, MK越小,为保证 过载能力不变,电动机所带
负载就越小。在任何情况下 nN 电动机的负载转矩都不能大于
MK ,否则电动机转速将急剧 下降,致使电动机堵转停止
(4)nK点称为临界转速点, 其大小决定了K点的上下位置,
从而反映了机械特性的硬度
MN Mst
MK
§4.1异步电动机的运转状态与控制
电时控制VR导通,电阻消耗能量,该方法适合于小容量系统
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(5)再生制动(回馈制动) (c)变频调速的再生制动 ➢电压型变频器的再生制动 ⑤方法二:在变频器整流电路中设置再生反馈通路,通过反
并联一组逆变桥电路实现。如图原整流电路输出电压极性不
例:如图若电动机原工作在Q1点,此时负载转矩由M1减小到 M2而引起电动机加速,最后稳定运行在Q11点上
n Q11 Q1
Q2
1500 1200
0
M2 M1
MK M
§4.1异步电动机的运转状态与控制
五、升速和调速
2、加速过程
(1)电动机起动后,要使电动机加速就必须连续提高频率 例:如图当电动机转速从n1升速到n3,即频率从f1上升到f3, 实际加速过程是从工作点1沿箭头到工作点2再到工作点3,并 达到新的稳定运行状态
2、变频起动
(2)最佳起动频率 (d)讨论 ➢对一般电动机最佳起动频率大致在12.5~25Hz范围内,超过 此值起动转矩都将小于最大值 ➢起动后逐步加速到额定转速。如图为低频起动时的电动机机 械特性曲线,电动机从最佳起动频率起动,随着频率上升, 转速上升,直到到达电动机工作频率后,电动机稳速运行 ➢由图知属于恒最大转矩或恒磁通 运行,能在很低频率下带动负载起动 和运行
②此种变频器由于能量只能单
方向传送,电动机动能无法反馈
回电网,不能适应再生制动运行
③为适应再生制动运行,需在
如图电路基础上增加附加电路,
可采用两种方法:
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(5)再生制动(回馈制动) (c)变频调速的再生制动 ➢电压型变频器的再生制动 ④方法一:在变频器滤波环节接入一条由耗能电阻R和开关器 件相串联的电路将电动机的再生能量消耗掉。如图当再生发
转速设定,在系统内设有斜坡积分环节使时间线性增加,避
免出现冲击电流通过时间限制求得最短加速时间,称为限时
加速
(c)S形加速:为了使加速过程和缓,可采用抑制转矩变化
率的方式即S形加速使起动初期和结束时段的加速度有一个渐
变过程,如电梯系统
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
1、电动机降速
当需要电动机降速运行,可将频率投到所要转速的频率 自动降速,或手动从原有频率下调到所需频率即可
§4.1异步电动机的运转状态与控制
二、异步电动机变频调速基本原理
1、异步电动机转速公式
由电机学原理可知,异步电动机转速n表达式为:
n
1
sn0
1
s 60 f1
p
其中n0同步转速,p磁极对数,f1定子绕组供电电源频率 转差率s=(n0-n)/n0 异步电动机在额定状态运行时s一般在0.01~0.05之间
Q2
到的机械特性簇又称为调速特性
例:如图将电源频率从40Hz调
至50Hz,电动机的工作点从
Q2移至Q1,其转速也从
1168r/min调至1460r/min
0
M2 M1
MK M
§4.1异步电动机的运转状态与控制
五、升速和调速
1、基本概念
(3)速度改变:是由于负载变化引起电动机转速变化。速度 改变时转速的变化是从同一根机械特性上得到
(2)最佳起动频率
(a)由电机学可知电动机转矩公式:
M
2
U r 3P 2 ' / s 12
f
1[(r1
r
' 2
/
2
s)
(
X
1
X
2)2]
式中:U1:定子电压, X1、X2:定子、转子电抗
P:极对数,
r1、r2’:定子和转子电阻
s:转差率,s=f1/f2,f1、f2:定子、转子频率
§4.1异步电动机的运转状态与控制 四、异步电动机的起动
(c)由起动转矩定义,令s=1,可得起动转矩公式:
3P 2 '
U r
MQ
f (r r ) X 2
1e 2 F
[
1e
1
' 2
2
2 F
2]
e
将上式对αF求导并令其为零,可得最大起动转矩时的频率比 :αF=(r1+r2)/Xe,从而可得最佳起动频率fm=(r1+r2)f1e/Xe
§4.1异步电动机的运转状态与控制 四、异步电动机的起动
加速并使升速电流不超过允许值,
可得最短升速时间
§4.1异步电动机的运转状态与控制
五、升速和调速
2、加速过程
(4)加速方式
为得到最短加速时间,实际常用的加速方式有以下三种:
(a)限流加速:采用转矩控制的变频器具有快速限制电流的
功能,并能用最大转矩实现尽可能快的起动时间,从而实现
限流加速
(b)限时加速:对没有转矩控制功能的变频系统常用阶跃式
(b)应用 ➢快速停车控制
➢用于制动起动前电动机由外因引起的不规则自由旋转 例:对于风机,由于风筒中的风压作用自由旋转,甚至可能
反转,从而起动时可能产生过流
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(5)再生制动(回馈制动) (a)基本原理 当由于某种原因使转子转速n大于定子旋转磁场转速n0,转子 切割旋转磁场的方向和电动状态时相反,则转子感应电动势
四、异步电动机的起动
1、概述
(1)电动机从静止状态一直加速到稳定转速的过程,称为起 动过程 (2)异步电动机在工频50Hz直接起动时起动电流可达到额定 电流的5~7倍,而起动转矩Mst并不很大,一般为Mst =(1.8~2 )MN (3)较大的起动电流会引起电网电压下降,影响其他电气设 备正常工作,而较小的起动转矩常使带有较重负载的电动机 起动不能实现 (4)为了减小起动电流,在生产中除了小容量三相异步电动 机采用直接起动外,一般常用降低电压的方法起动电动机, 但却减小了起动转矩。 (5)在变频调速系统中可通过降频降压来起动电动机,减小 起动电流,增加起动转矩,加快起动过程
2、电动机制动
(1)含义 电动机在工作过程中使电磁转矩方向和转子的实际旋转
方向相反,从而使电动机尽快停止工作,称为制动 (2)分类 三相异步电动机制动方式有反接制动、能耗制动、再生制动 (3)反接制动 切断正转电源后改变相序接通反转电源,用反向起动转矩使 电动机迅速停止下来,此方式须消耗一定能量,且有冲击电 流。一般在变频调速系统中禁止使用
2、加速过程
(3)加速转矩及最短升速时间计算 根据转矩平衡公式,令负载转矩Mfz=0,则加速转矩M为:
M GD2 n
375t
式中:GD2:电动机及负载的 总飞轮惯量(kgf.m)
Δn:转速增量(r/min) Δt:时间增量即升速所需时间
则: t GD2 n
375M 在变频调速系统中通过自动控制起动
但尚未起动
(2)生产机械运行时常用
负载转矩表示其负载大小,
当电动机轴上的负载转矩
大于Mst时,电动机不能起动
MN Mst
MK M
§4.1异步电动机的运转状态与控制 三、异步电动机的自然机械特性
4、额定转矩
(1)在n=nN(此时s=sN),M=MN点称为额定转矩。 (2)当电动机工作在额定转矩时sN通常在在0.02~0.06之间 (3)转速在很小范围内变化时,转矩可在很大范围内变化,
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(5)再生制动(回馈制动) (c)变频调速的再生制动 ➢制动过程
当电动机稳定运行于f1曲线a点,若频率突然从f1开始下降, 由于惯性电动机转速n不能突变,工作点由a点平跳到f2曲线 的c点,产生反向制动转矩M进入再生制动状态,并沿f2曲线 减速到b点,依此类推, 使电动机逐渐减速制动。
(2)频率增加速度要与电动机的实际 转速相适应,否则会引起电动机失速
致停止工作
例:如图若频率从f1突然快速增至f3, 电动机转速因惯性未能及时跟上,
则工作点将从点1移到F3特性曲线 上的点4,则电动机电磁转矩将降低 到M<Mfz负载转矩,电动机停止工作
§4.1异步电动机的运转状态与控制
五、升速和调速
MN Mst
MK M
§4.1异步电动机的运转状态与控制 三、异步电动机的自然机械特性
2、理想空载点
n=n0点称为理想空载点,在该点电动机以近似同步转速运行 (s=0),其电磁转矩M=0
3、起动转矩
(1)在n=0(此时s=1),M=Mst点称为起动转矩,也称堵转 转矩。对应点S为起动点,
在此点上电动机已接通电源, nN
2、变频起动
(2)最佳起动频率
(b)若令频率比αF=f1/f1e,且U1/f1=常数,f1e:额定频率
则有U1= αFU1e,其中U1e:定子额定电压
可得转矩公式另一形式:
M 2 f 1e[(s
U r 3P 2 ' 1e 2
r1 r '2)2
F
(
s
F
s)2
X
2]
e
式中:Xe=X1e+X2e为额定频率f1e时定转子总漏抗
即工作于额定转矩时电动机具有很硬的机械特性
nN
MN Mst
MK
§4.1异步电动机的运转状态与控制 三、异步电动机的自然机械特性
5、最大转矩
(1)在n=nK(此时s=sK),M=MK点称为最大转矩。
(2)电动机正常运行时需要有一定的过载能力,一般用 βm=MK/MN表示,普通电动机的βm=2~2.2
电动机运行和负载
§4.1 异步电动机的运转状态与控制
一、概述
1、变频调速技术主要用于交流电动机的调速控制,所用交流 电动机主要是异步电动机,特别是三相笼型异步电动机,其 具有结构简单、价格低廉、控制方便、应用广泛的特点。 2、交流异步电动机的结构参数、机械特性及所带负载特性对 变频器的正常工作有着极大影响,因此为了满足生产工艺过 程要求,正确选配变频传动调速系统,需要对电动机机械特 性以及负载特性进行研究
§4.1异步电动机的运转状态与控制 四、异步电动机的起动
2、变频起动
(1)起动原理
(a)根据异步电动机机械特性,当低于工频频率起动时,在
高频区间电动机的起动转矩随频率的降低而增大,而在低频
区间起动转矩随频率的降低而减小
(b)为了缩短起动时间,要求选择最佳起动频率以获得最大
起动转矩,同时尽可能减小起动电流
或稳定在b点运行,即 再生制动与减速过程是相关的
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(5)再生制动(回馈制动) (c)变频调速的再生制动 ➢电压型变频器的再生制动 ①电压型变频器由于整流电路输出端并联了大滤波电容,使
整流电路输出直流电流Id方向和直流电压Ud极性无法改变, 因此功率只能从交流电网输送到直流电路,反之则不行
§4.1异步电动机的运转状态与控制
六、降速和制动
2、电动机制动
(4)能耗制动(直流制动) (a)原理过程 要使电动机停止工作,变频器输出频率为零,使逆变电路开
关器件连续导通,对电动机定子输出直流电,产生静止的恒
定磁场,因惯性旋转着的转子切割磁力线产生反向转矩制动
,电动机存储的动能变成电能消耗于转子回路中
2、变频调速原理
改变定子供电频率f1 即可改变电动机的同步转速n0 ,从而 改变电动机转速n
§4.1异步电动机的运转状态与控制
三、异步电动机的自然机械特性
1、基本概念
(1)异步电动机机械特性 是指电动机运行时其转速与电磁转矩之间的关系。 (2)自然机械特性 当电动机工作在额定电压、 额定频率时,电磁转矩M与 nN 转子转速n之间的关系称为 电动机的自然机械特性, 即n=f(M),是由电动机本身 固有参数决定的特性。由机械 特性曲线可得几个特殊转矩:
§4.1异步电动机的运转状态与控制
五、升速和调速
1、基本概念
(1)升速:电动机起动后加速到额定或给定转速的过程
(2)调速:是在负载没有改变的情况下,根据生产过程需要
通过人为地改变电动机的参数、电源电压或频率来调节电动
机的转速
n
注:升速和调速时转速的改变是
Q11 Q1
1500 1200
从不同机械特性曲线得到,将得
、转子感应电流、电磁转矩M均会反向,电磁转矩就变成了 制动转矩,电动机处于发电状态,不再消耗能量,而是将机
械能转换成电能并回馈给电网。如B点
(b)产生再生制动的实例
➢起重机械在重物下降时,重物的重力 发电 加速度可能使电动机转速超过同步转速 状态 ➢变频调速中当降低频率减速时,在频
Байду номын сангаас
电动 状态
率刚降低瞬间使电动机转速大于同步转速
变,但Id可借助于工作在有源逆变状态的反并联三相桥改变方 向,使再生电能反馈回交流电网,该方法可用于大容量系统
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