机电传动控制资料(3).ppt

机电学院机电工程系,1,第五章异步电动机的电气制动,一、概述,1、电力拖动系统的制动方式,机械制动用于停车制动；电气制动用于减速制动、限速制动；,2、交流异步电机的电气制动方式,发电反馈制动；反接制动；动力制动；,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,2,第五章异步电动机的电气制动,二、发电反馈制动,1、基本原理,1）基本原理,当nn0时，Sn0时，产生制动限速制动；,（2）采用调频电源（f↓→n0↓），使nn060f/p时，产生制动力（称低频制动）减速制动；,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,3,5-1异步电动机电气制动的种类,二、发电反馈制动,第五章异步电动机的电气制动,基本原理分析,如图5-1重物下放拖动系统,机电学院机电工程系,4,第五章异步电动机的电气制动,二、发电反馈制动,2、工作特性,特性方程,主要特点,制动时，nn0，Sn0。,3、实际应用,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,6,第五章异步电动机的电气制动,二、发电反馈制动,3、实际应用,2）采用变频电源，通过调频实现制动；,主要特点,采用变频电源；制动力矩可调，制动效果好；但不能向电网反馈电能，只能消耗在电阻中。,使用条件用于减速或限速制动，nn0,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,7,第五章异步电动机的电气制动,三、反接制动,1.制动方式,1）两相反接制动;改变φn0方向，M0;,2）反转反接制动改变n方向，n0;,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,8,第五章异步电动机的电气制动,基本原理,①改变定子三相电源任意两相相序使n01,M1，能量损耗较大；,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,12,第五章异步电动机的电气制动,四、动力制动,动力制动也称为能耗制动；主要应用减速制动和低速限速制动。,基本原理,制动时，定子接直流电源，使f10，n00；,当n00时，Δnn0-n0，I20，M0，产生制动；,5-1异步电动机电气制动的种类,机电学院机电工程系,13,第五章异步电动机的电气制动,基本原理将定子的三相交流激磁改成直流激磁，使定子的旋转磁场变成静止磁场，转子在负载力矩作用下进行发电制动。,动力制动--需要解决的问题,1）三相交流激磁与直流激磁的等效关系及其接线方式；,2）直流励磁方式对动力制动机械特性的影响；,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,14,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,等效关系--需要解决的主要问题,①如何将三相定子绕组与直流电源进行连接,②在定子绕组中应通入多大的直流激磁电流,基本要求,保证三相交流激磁与直流激磁的磁势平衡关系；,主要因素取决于电动机三相定子的连接方式（Y或△连接）；,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,15,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,设任意时刻t，定子线圈三相绕组的相电流为,1）三相交流励磁的变化规律,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,16,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,（1）当t0瞬时，定子的三相交流电为,0,-1.23I1,1.23I1,交-直流的等效关系,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,17,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,1、三相绕组星形（Y）接法的等效关系,（2）当ωtπ/2时，定子的三相交流电为,1.41I1,-0.707I1,-0.707I1,交-直流的等效关系,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,18,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（Δ）接法的等效关系,设三相绕组的相电流为,电源线电流与绕组相电流的关系,1）三相交流励磁的变化规律,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,19,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（Δ）接法的等效关系,（1）当ωtπ/2时，电源三相线电流,交-直流励磁的等效关系,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,20,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,2、三相绕组三角形（Δ）接法的等效关系,（2）当ωtπ/3时，电源三相线电流,交-直流励磁的等效关系,2）三相交流励磁的瞬时等效关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,21,第五章异步电动机的电气制动,一、交-直流励磁电流的等效关系,各种接线方式与等效电流的关系如表5-1,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,22,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路将转子回路的电源参数（I2、E2）和电路参数（R2、X2）按一定的等效折算原则，折算到定子一侧的电路。,基本定义,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,23,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路的实际意义可利用电路原理及其计算方法，对异步电机的定子与转子工作参数进行定量计算和分析，并得出电机在动力制动状态下的机械特性方程和特性。,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,24,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,等值电路的等效折算关系,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,2、转子回路的电势平衡关系,5-2动力制动的工作原理,3、定子回路的电势平衡关系,机电学院机电工程系,25,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,26,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,1）电动机状态下,当U1一定，φ恒定；I1随I/2变化；,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,27,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,1、定子磁势与转子磁势的平衡关系,2）动力制动状态下,定子磁势W1I1恒定（直流励磁）合成气隙磁通φ，随I2变化。,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,28,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,（5-21）,5-2动力制动的工作原理,其中,,,机电学院机电工程系,29,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2动力制动的工作原理,,（5-21）,,（5-21）,机电学院机电工程系,30,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2动力制动的工作原理,,（5-21）,,（5-21）,机电学院机电工程系,31,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,2、转子回路的电势平衡关系,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,32,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,3、定子回路的电势平衡关系,根据φ→W1→产生E1电磁作用关系，φkI0因此，E1可以用励磁电流I0表示,式中xm电动机的磁励电抗。,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,33,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,得定子电路的等效过程,5-2动力制动的工作原理,3、定子回路的电势平衡关系,机电学院机电工程系,34,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,4、电机的等值电路,根据定子电动势E1和转子开路等效电动势E20的基本关系，可得,定子回路a、b两点与转子回路c、d两点的电位相同。,5-2动力制动的工作原理,,,机电学院机电工程系,35,第五章异步电动机的电气制动,二、交流异步电机的等效电路,4、电机的等值电路,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,36,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,分析方法,电磁力矩为,同步电磁功率,求出转子电流I/2，可求,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,37,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,1）求出转子电流,（5-24）,5-2动力制动的工作原理,,,,（5-22）,机电学院机电工程系,38,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,2）动力制动特性方程,5-2动力制动的工作原理,（5-25）,机电学院机电工程系,39,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,（5-26）,2）动力制动特性方程,特性方程,式中,若不考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为常数，上式可简化成为,5-2动力制动的工作原理,机电学院机电工程系,40,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,3）动力制动特性曲线,特性方程,5-2动力制动的工作原理,定子励磁电流I1一定，Mm一定；转子电阻R2一定，Sm一定；,机电学院机电工程系,41,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点,动力制动状态,电动机状态,3）动力制动特性曲线,5-2动力制动的工作原理,①最大力矩Mmax,机电学院机电工程系,42,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点,动力制动状态,电动机状态,其中,故，动力制动时，Sm非常小，需要串电阻R2增大Sm,3）动力制动特性曲线,5-2动力制动的工作原理,,②临界转差率Sm,机电学院机电工程系,43,第五章异步电动机的电气制动,三、动力制动状态下的机械特性,与电动机特性的不同点,动力制动状态,电动机状态,3）动力制动特性曲线,5-2动力制动的工作原理,③转差率S的意义与表示,转差率的意义相同，表示方式不同。,机电学院机电工程系,44,第五章异步电动机的电气制动,一.计算方法及步骤,1.计算方法,1）先计算I/2；,2）然后计算电磁功率Ps；,3）计算制动转矩M，得出机械特性,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,45,第五章异步电动机的电气制动,1）计算I/2,（5-24）,考虑铁心的磁饱和，励磁电抗xm为I0的函数；,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院机电工程系,46,第五章异步电动机的电气制动,将5-24式两边平方得,由式5-225-23得,（5-29）,化简后得,或,（5-30）,,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,1）计算I/2,机电学院机电工程系,47,第五章异步电动机的电气制动,根据,（5-30）,在I1给定的条件下，设定一个I0值，在磁化曲线上找到相对应的xm或E/20值，然后利用式（5-30）计算出I/2。,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,1）计算I/2,机电学院机电工程系,48,第五章异步电动机的电气制动,2）计算转差率S,在I/2、R/2、x/2已知的条件下，由式（5-29）得,（5-31）,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院机电工程系,49,第五章异步电动机的电气制动,3）计算电磁功率Ps,得出I/2、R/2、S的条件下,4）制动转矩M计算,5）制动特性的绘制,设定一个I0，可算出一点S和M，作特性上的一个点;再改变I0值，可得另一点S和M，通过逐点计算，得出特性曲线。,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院机电工程系,50,第五章异步电动机的电气制动,2.计算步骤,已知条件,1）异步电动机磁化曲线,或,2）定子绕组与转子绕组的变比,3）转子绕组电阻r2和漏电抗x2，及转子附加电阻R2；,4）定子给定的励磁电流Id或I1。（见表5-1）,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,机电学院机电工程系,51,第五章异步电动机的电气制动,1）根据定子绕组的连接方式，按表5-l由，励磁电流Id得出I1,2）设定一个I0，在磁化曲线上查到对应的E/20xmI0。,3）根据式5-30计算I/2；,4）根据式5-31计算S；,5）根据式5-32计算M；,6）逐点计算出若干组（S，M），将数据绘出机械特性曲线。,（5-30）,（5-31）,（5-32）,5-3动力制动机械特性的计算,一.计算方法及步骤,2.计算步骤,机电学院机电工程系,52,第五章异步电动机的电气制动,二.实用计算方法,1、简化计算式,忽略,1）定子侧的简化计算,令x/20，式（5-30）（5-31）和（5-32）可简化为,（5-34）,（5-35）,（5-36）,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,53,第五章异步电动机的电气制动,2）转子侧的简化计算,用变比系数KT，将I/2、E/20、R/2还原成转子原电路参数，得,（5-37）,（5-38）,（5-39）,5-3动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,1、简化计算式,忽略,机电学院机电工程系,54,第五章异步电动机的电气制动,2、万用磁化曲线,特定系列电动机的通用磁化曲线。,横座标相对励磁电流,纵座标转子相对电势,5-3动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,机电学院机电工程系,55,第五章异步电动机的电气制动,5-3动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,机电学院机电工程系,56,第五章异步电动机的电气制动,3、磁化曲线应用,1）已知定子额定励磁电流I0N,2）设定I0，得,3）由I*0和万用磁化曲线，得E*20,4）已知转子额定电压E2N，由E*20E20/E2N，可得；E20,5）利用式（3-34）（3-35）（3-36）求S、M，作曲线；,5-3动力制动机械特性的计算,二.实用计算方法,,,机电学院机电工程系,57,第五章异步电动机的电气制动,三.计算举例,〔例5-1〕计算某异步电动机的动力制动特性,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,58,第五章异步电动机的电气制动,〔例5-1〕计算某异步电动机的动力制动特性,计算结果分析,1）在转子回路无附加电阻时，Sm0.026;,2）当R2R210.30911r2时，Sm0.33；,3）当R2R221.71961r2时，Sm1.64；,4）当Sm0.33时，电动机状态下附加电阻R21.5r2；动力制动状态附加电阻R2111r2；,5）考虑x/2时，最大力矩较简化计算下降约小5。,三.计算举例,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,59,第五章异步电动机的电气制动,四.直流励磁电流的估算,工程问题,已知制动力矩M；求Id、Ud；电源容量,计算依据,直流励磁电流Id与最大制动转矩Mmax的关系曲线，图5-14示,计算方法见〔例5-2〕,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,60,第五章异步电动机的电气制动,例5-2,计算步骤1由PN，nN求额定转矩MN;2由制动力矩M，求Mmax;一般取M75Mmax3由MN，Mmax，图5-14求Id;4求激磁直流电源的电压Ud,,四.直流励磁电流的估算,5-3动力制动机械特性的计算,机电学院机电工程系,61,第五章异步电动机的电气制动,1、励磁电源及容量的确定；,2、减速制动、限速制动的控制方式；,3、减速控制中的失速问题失速原因、解决方法。,4、动力制动的补偿控制方法电流补偿、速度补偿；,主要问题,5-4动力制动的应用,机电学院机电工程系,62,第五章异步电动机的电气制动,1.励磁电源及容量的确定；,电源类型可调电压直流电源电源容量不超过拖动电动机容量的5一般为3,主要问题,5-4动力制动的应用,机电学院机电工程系,63,第五章异步电动机的电气制动,2.减速制动与限速制动的控制方式；,,选用电阻固定，调节激磁电流大小，控制制动力矩；随转速变化，改变电阻，提高平均制动力矩；调节激磁电流，控制制动力大小,主要问题,5-4动力制动的应用,机电学院机电工程系,64,第五章异步电动机的电气制动,3.减速控制中的失速问题失速原因、解决方法。,①失速的原因在减少转子回路电阻后，电动机的工作点落在制动特性的不稳定段。,②解决方法电流补偿；转速补偿。,主要问题,5-4动力制动的应用,机电学院机电工程系,65,第五章异步电动机的电气制动,4.动力制动的补偿控制电流补偿、速度补偿；,1）转子电流补偿的控制原理如图5-18a,2）速度补偿的控制系统，如图5-l8b,主要问题,5-4动力制动的应用,