机电传动控制资料(2).ppt

机电学院机电工程系,1,第四章交流异步电机的起动,一、鼠笼电机的起动问题及要求,起动问题,1）起动力矩小，一般MST≈MN；,2）起动电流大，一般IST≈57IN；,起动要求,1）起动转矩应大于负载静转矩，MSTML；,2）起动电流对电网造成的瞬间压降不能超过容许值；,3）在起动过程中电动机内的能量损失要小；,4-3笼形转子电机的起动,机电学院机电工程系,2,第四章交流异步电机的起动,二、鼠笼电机的起动力矩MST,1、影响起动力矩的主要因素,电机的电磁力矩,主要原因,提高起动力矩的措施,提高,具体方式必须采用特殊结构的转子,4-3笼形转子电机的起动,机电学院机电工程系,3,第四章交流异步电机的起动,2、鼠笼电机类型,双笼电机,深槽电机,高阻电机,转子有内外双层鼠笼结构,内鼠笼电阻r2小、电抗x2大；,外鼠笼电阻r2大、电抗x2小；,采用深槽转子结构；,内部电阻r2小、电抗x2大；,外部电阻r2大、电抗x2小；,采用高电阻鼠笼导条,转子电阻r2较大,4-3笼形转子电机的起动,二、鼠笼电机的起动力矩MST,机电学院机电工程系,4,第四章交流异步电机的起动,3、鼠笼电机类型的选用,1）在起动条件满足要求的条件下，应尽量采用普通笼形电机。,2）容量大于100kW，一般都是深槽和双笼电机。,3）高阻笼形电动机，一般用于起动转矩大、且起动次数频繁的场合。,4-3笼形转子电机的起动,二、鼠笼电机的起动力矩MST,机电学院机电工程系,5,第四章交流异步电机的起动,三、起动冲击电流对电网的影响,1、起动电流对电网电压影响的原因,电网的供电原理，如图所示,UTN电网电源的额定电压；,r电源内阻；,IT电网输出电流；,UT电网输出电压；,主要原因电源内阻r、起动电流IT；,4-3笼形转子电机的起动,机电学院机电工程系,6,第四章交流异步电机的起动,2、工矿企业的供电要求,1）当动力线路与照明线路分开供电时母线电压UT≥7080UN；,2）当动力、照明混合供电时,起动频繁，母线电压UT≥90UN；,起动次数少，且起动持续时间较短，UT≥85UN；,4-3笼形转子电机的起动,三、起动冲击电流对电网的影响,机电学院机电工程系,7,第四章交流异步电机的起动,3、限流起动的措施与要求,限流措施,采用降压起动,但M↓;,基本要求,4-3笼形转子电机的起动,三、起动冲击电流对电网的影响,机电学院机电工程系,8,第四章交流异步电机的起动,四、起动过程的能量损耗,电机的能量损耗定子损耗转子损耗；,1、转子回路的能量损耗ΔA2,铜损内阻r2消耗的电能,铁损由磁通在铁芯内部产生的涡流损失；,称为可变损失。,称为不变损失。（相对较小，可忽略）,1）转子能量损耗的组成,4-3笼形转子电机的起动,机电学院机电工程系,9,第四章交流异步电机的起动,2）能量损耗ΔA2与系统负载的关系,（4-11）,式中,称负载起动损失，取决于ML和tST；,称系统惯量损失，取决于J；,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,机电学院机电工程系,10,第四章交流异步电机的起动,2）能量损耗ΔA2与系统负载的关系,转子回路的能量损耗ΔA2取决于ML、J、tST的大小;,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,机电学院机电工程系,11,第四章交流异步电机的起动,负载起动损失,若ML常数，则,假设，起动加速度为常数;起动速度ωt为直线;,阴影面积为三角形面积,积分等于图4-6阴影面积,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,2）能量损耗ΔA2与系统负载的关系,机电学院机电工程系,12,第四章交流异步电机的起动,（4-11）,结论,2）有载起动，ML0，ΔA2ΔA2JΔA2J；ΔA2取决于J、ML和tST；,1）空载起动，ML0，ΔA2ΔA2J；ΔA2取决于J；,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,2）能量损耗ΔA2与系统负载的关系,机电学院机电工程系,13,第四章交流异步电机的起动,2、定子回路的能量损耗ΔA1,同理,1）定子电流I1与转子电流I2的关系,电机的气隙磁场,电机的磁势平衡,电机的励磁电流,式中,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,机电学院机电工程系,14,第四章交流异步电机的起动,1）定子电流I1与转子电流I2的关系,电机的励磁电流,在动态过程中，I1I/2；,I/2为转子电流I2折算到定子侧的等效值；,I1与I2的关系,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,2、定子回路的能量损耗ΔA1,机电学院机电工程系,15,第四章交流异步电机的起动,2）定子的能量损耗ΔA1,（4-13）,式中r2/为r2折算到定子侧的等效电阻；,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,2、定子回路的能量损耗ΔA1,机电学院机电工程系,16,第四章交流异步电机的起动,3、电机在起动过程中的总能耗,ΔA取决于电机的负载ML、系统惯量J、电阻比（r1/r2/）以及起动时间tST；,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,,机电学院机电工程系,17,第四章交流异步电机的起动,4、减小起动损失的措施,1）尽量采用空载起动，使ML0；,2）减小系统惯量J，采用低惯量转子的电机或多电机传动；,3）采用液力联轴器，改善其起动性能。,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,机电学院机电工程系,18,第四章交流异步电机的起动,4、减小起动损失的措施,1）尽量采用空载起动，使ML0；,2）减小系统惯量J，采用低惯量转子的电机或多电机传动；,3）采用液力联轴器，改善其起动性能。,4-3笼形转子电机的起动,四、起动过程的能量损耗,,,,,机电学院机电工程系,19,第四章交流异步电机的起动,4-3笼形转子电机的起动,机电学院机电工程系,20,第四章交流异步电机的起动,主要目的减少起动电流对电网的冲击；,基本要求,满足电网许用压降要求；满足负载起动力矩要求；,常用方法,电阻降压；电抗器降压；自耦变压器降压；,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,1、降压起动方式,机电学院机电工程系,21,第四章交流异步电机的起动,假设额定起动参数USTN;MSTN;ISTN；,采用降压起动时，UST;MST;IST；,定义降压系数为,分析降压系数α与起动力矩MST和起动电流IST的关系；,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,2、降压比系数,机电学院机电工程系,22,第四章交流异步电机的起动,1）基本原理,在定子回路串入电阻R进行分压，使定子电压降低，减小起动电流。,2）接线方式,如图4-10a所示合开K1串电阻R；开合K2短电阻R；,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,23,第四章交流异步电机的起动,3）起动力矩MST与定子端电压U1的关系,根据电机的机械特性方程,起动时，S1，力矩与电压平方成正比,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,24,第四章交流异步电机的起动,3、电阻降压与降压比系数,降压比系数,起动力矩,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3）起动力矩MST与定子端电压U1的关系,机电学院机电工程系,25,第四章交流异步电机的起动,4）定子起动电流IST与降压系数,根据电机的等效电路原理,r/2为转子电阻r2折算到定子侧的等效值；x/2为转子电抗x2折算到定子侧的等效值；,因此，起动时，定子电流与电压成正比,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,26,第四章交流异步电机的起动,降压比系数,起动电流,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,4）定子起动电流IST与降压系数,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,27,第四章交流异步电机的起动,5）基本结论,设在额定电压USTN下起动电流为ISTN起动转矩为MSTN,降压起动,降压比α,（4-17）,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,28,第四章交流异步电机的起动,6）实际应用,降压比系数,（1）已知电机额定参数和电网许用压降系数α，求电机的起动力矩MST；,（2）已知ML，求满足起动条件MSTML的降压系数值α;,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、电阻降压与降压比系数,机电学院机电工程系,29,第四章交流异步电机的起动,2、电抗器降压与降压比系数,1）基本原理,在定子回路串入电抗L进行分压，使定子电压降低，减小起动电流。,2）接线方式,如图4-11a所示合开K1串电抗L；开合K2短电抗L；,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,机电学院机电工程系,30,第四章交流异步电机的起动,3）降压比α与起动力矩MST的关系,同理,降压比系数,（4-17）,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,2、电抗器降压与降压系数,机电学院机电工程系,31,第四章交流异步电机的起动,4）电阻降压与电抗器降压的比较,1）原理相同，能耗不同；电阻能耗大；电抗器能耗小；,2）降压比系数相同,缺点起动转矩低,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,2、电抗器降压与降压系数,机电学院机电工程系,32,第四章交流异步电机的起动,3、自耦变压器降压与降压比系数,1）采用自耦变压器降压，如图4-12,工作原理如图,变压器原边U1，I1U1UST1；I1IST1；,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,变压器副边U2，I2U2UST；I1IST；,机电学院机电工程系,33,第四章交流异步电机的起动,降压比系数,2）α与MST关系,（4-18）,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、自耦变压器降压与降压比系数,机电学院机电工程系,34,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,3、自耦变压器降压与降压比系数,机电学院机电工程系,35,,,机电学院机电工程系,36,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,1、计算条件,1）起动时电网电压降落不得超过允许值,2）起动转矩必须满足生产机械起动的要求,2、降压起动方式的选择,假设电机容量PN；供电变压器容量SN；,2）当PNSN/3采用电抗器、变压器降压起动方式；,1）当PNSN/3采用全压直接起动方式；,机电学院机电工程系,37,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,1）采用自耦变压器降压，如图4-12,自耦变压器为固定变压比，不需要计算。,输出电压40、60、80；或55、64、73；,机电学院机电工程系,38,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,2）采用电抗器降压，如图4-13,基本原理,电网电源的负载包括,变压器二次侧电抗XT、电抗器XL、电机XST；,电网电压UTN,电网电流,机电学院机电工程系,39,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,2）采用电抗器降压，如图4-13,基本原理,电网电流,当UTN一定，XL增大，IT减小，限流;,XL最大值受电机起动力矩限制；,XL最小值受电网起动压降限制；,机电学院机电工程系,40,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,2）采用电抗器降压，如图4-13,计算内容XL最小值与最大值计算,计算步骤,（1）电机的起动电抗XST；,（2）变压器的起动电抗XT；,（3）XL最小值与最大值计算；,机电学院机电工程系,41,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,（1）电机的起动电抗XST；,（2）变压器的起动电抗XT；,机电学院机电工程系,42,第四章交流异步电机的起动,4-4笼形转子异步电动机的降压起动,二、降压起动设备的选择计算,3、计算方法,（3）XL最小值与最大值计算；,已知最低许用电压UTmin,已知降压系数,