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异步电动机的制动与调速

2016-11-15 10:27:58来源:论文网浏览:评论:0

  在电力拖动系统中,制动手段有两种,即机械制动(机械闸)和电气制动。在需要制动的生产机械上,除了必须装设机械制动装置外,往往还设有电气制动装置。电气制动较机械制动有以下优点;制动力较均匀,制动力的大小易于调整;由于没有摩擦部分,不产生噪音,检修维护工作简单。

  异步电动机的电气制动方式有三种:发电反馈制动、反接制动及能耗制动。

  1.异步电动机的制动

  1.1发电反馈制动

  电动机在某种外界负载作用下,转速超过同步转速时,电磁转矩方向与旋转方向相反,电动机将外界加给它的机械能转变为电能,反送到电网中去。这种运行状态称为发电反馈制动。

  例如矿井提升机下放重物时,若电动机的拖动转矩与重物位能转矩方向相同,则电动机在电磁转矩M与负载转矩Mfz。的共同作用下很快加速,随着转速的升高,电磁转矩M将逐渐减小,当n=n0时,电磁转矩M=0。但由于位能负载转矩的作用,电动机将继续加速,于是n>n0,此时转子切割磁场的方向与电动运行时相反,所以转子电势E2、电流I2的方向也与电动运行时相反,用右手定则可确定转子电势E2及转子电流I2的方向。转矩M的方向则由左手定则判定,可知M与n方向相反。电动机进入发电反馈制动运行状态,随着电动机转速的继续升高,制动转矩增大,当制动转矩与负载位能转矩相等时,重物就以高于同步转速的某一转速匀速下放。

  发电反馈制动时,电动机的接线方式、电源、电动机参数均没变,故机械特性方程与电动运行时相同。但因n>n0,则S=<0、I2<0、M<0,机械特性曲线位于第二象限。机械特性曲线上Q′,点为电动机匀速下放重物的稳定工作点。

  由于转子电流I2与电动运行时相反,则定子电流的方向也要改变(磁势平衡),因而电动机的输入电功率为:

  P1=3U1I1cos?<0 (6-18)

  式中U1、I1——分别为电动机定子绕组相电压、相电流。

  这说明电动机不但不吸取电网电能,而且是从负载吸取机械能,通过电机转化为电能向电网馈送,所以叫发电反馈制动。

  发电反馈制动的优点是不需要改变电动机的正常接线方式,同时还能把下放重物的位能转换成电能反馈给电网,经济效果比较好。但其使用条件是转速必须大于同步转速,因此,在要求低速下放的场合不能使用,也不能用于减速停车。

  1.2反接制动

  若使异步电动机的旋转方向与旋转磁场的方向相反,则电磁转矩起制动作用。这种制动状态称为反接制动。反接制动分两种情况,一种是电源反接制动,另一种是倒拉反接制动。

  1.2.1电源反接制动

  正在运行的电动机,突然反接电源,即改变电源的相序,则旋转磁场与原来相反,转矩方向也相反,即n0<0,M<0。但是电动机具有惯性,继续按原来方向转动,结果使n(此时仍为正)与M(此时已变负)方向相反,进入反接制动。

  由于电源反接制动时n>0,n0<0,M<0,故机械特性曲线在第二象限,是反转电动运行机械特性曲线的延长线。电动机接线由a变换为b,此时电动机由原先在固有机械特性上的a点运行,转换到转子电阻为r2+Rf的人为机械特性的b点运行电磁转矩与旋转方向相反,在电磁转矩与负载转矩的共同作用下,使电动机沿人为机械特性b-c段制动减速,当电动机转速为零时,反接制动结束。此时如果不能及时断电,电动机将进入反转电动状态。所以这种制动方式多用速度继电器来自动控制及时切断电源。

  反接制动时,旋转磁场以接近两倍的同步转速切割转子导体,转子感应电流很大,定子电流也很大,为了限制制动电流,必须在定子或转子回路中串入限流电阻。

  这种制动方法的优点是制动迅速,但很不经济,能耗大,有时可能会出现反转。多用于经常正反转的生产机械。

  1.2.2倒拉反接制动

  在提升机提升重物时,如果转子电路中突然串入很大的电阻,使机械特性软化,则电磁转矩M小于负载转矩Mfz。这时电动机工作点即由固有机械特性上的a点转到人为机械特性上的b点运行,电动机将沿着人为机械特性减速,当n=0时,电动机的电磁转矩M仍小于负载转矩Mfz,于是在位能负载转矩Mfz的作用下电动机反转,n<0,进入制动运行状态。人为机械特性在第四象限中的一段,就是倒拉反接制动运行阶段。

  1.2.3能耗制动(动力制动)

  正在运行的电动机,切断交流电源后,迅速给两相定子绕组通人直流电流,在定子中产生一个静止磁场,这时仍在转动的转子导体因切割静止磁场而产生转子感生电流。感生电流的方向根据右手定则判定,则转子导体在静止磁场作用下必然要受到电磁力F,其方向用左手定则判定,作用力F在电动机转轴上所形成的转矩与转子惯性旋转方向相反,是一个制动转矩,迫使转子减速,当转子转速n=0时,因转子导体对磁场的切割速度为零,故转子导体中感生电流为零,作用力消失,电动机停转,制动结束。

  这种制动方法是利用消耗转子惯性运动的动能来进行制动的,所以称为能耗制动,这些惯性转动动能在制动过程中,先转化为电能,再将电能以发热的形式在转子电路中消耗掉。

  因电动机转速下降为零时,其制动力矩亦降为零,所以用这种方法制动能使生产机械准确停车。

  2.异步电动机的调速

  为了使生产机械以最合理的速度工作,要求在不同的情况下,以不同的速度进行工作。采用一定的方法来改变生产机械的运行速度,这种方法通常称为调速。

  从电机原理可知,异步电动机的转速n与电源电压的频率f1,定子磁极对数户及转差率S有关,即:

  n=n0(1-S)=<(1-S) (6-19)

  由此可见,异步电动机有下列三种调速方法:

  (1)改变供电电源的频率f1。

  (2)改变定子绕组的极对数P。

  (3)改变异步电动机的转差率S。

  2.1变频调速

  从式(6-19)可知,改变电源频率f1:时,即可改变同步转速n0,从而改变电动机的转速。变频调速需要一个可连续调频的电源向异步电动机供电,并且频率应与电压作适当的配合。这是因为在调节电源频率f1时,应保持磁通?不变。而磁通?根据公式:

  U1≈E1=4.44f1W1KW1

  可近似地认为正比于电源电压U1

  所以,在改变频率f1时,必须保持比值 不变。图6-15为调节f1并保持 为常数值时的机械特性曲线。

  这种方法主要用于鼠笼式异步电动机。随着半导体器件制造技术的发展,变频设备体积小,可靠性高、性能好,是一种很有发展前途的调速方法。

  2.2变极调速

  由式)可以看出,改变电动机的磁极对数p,同样可以改变电动机的同步转速。这种方法是一种不连续的调速方法,为实现这种调速方法,需要采用磁极对数可以改变的多速电机。

  这是一台4/2极双速电动机的A相绕组,在制造时分成两部分,每一部分为一相绕组的一半,图中每相绕组用一个绕组元件代表。如果把两个半相绕组串联起来,电流流向为Al→X1→A2→X2,应用右手定则,绕组电流产生的磁场为四极。

  如果把两个半相绕组并联起来,电流由A1、X2流进,X1、A2。流出。根据右手定则,可以确定,此时电流所产生的磁场为两极。

  此种调速方法主要用于鼠笼式电动机。

  2.3改变转差率调速

  改变异步电动机转差率调速的方法有许多种,这里仅对绕线式异步电动机转子串电阻调速加以分析。

  为转子电路串接电阻调速的机械特性曲线。转子电路未串人电阻前,电动机稳定运行在固有机械特性曲线上的a点,转子串入电阻后,机械特性变软,串接的电阻越大,特性曲线斜度越大。由于惯性,电动机的转速不能突变,但机械特性已改变,电动机过渡到r2+Rf的人为机械特性曲线上的b点运行,这时电动机的转矩M小于负载转矩Mfz,电动机开始减速。到达点时M=Mfz,电动机又开始稳定运行,达到新的稳定状态,显然c点转速低于a点转速,串接不同的电阻;可以得到多种转速。

  这种调速方法,只能用于绕线式异步电动机,且很不经济,但调速线路很简单,常用于断续工作的机械上。

 

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