[交通运输]异步电机拖动——制动和四象限运行 反接、能耗、回馈制动和四象限运行.ppt
三相异步电动机的制动,n,T,s=0,电动,n0,T,L,s=0,s1,反向电动,电动状态下电磁转矩为拖动性转矩，即Tem与n同向正向电动运行 I象限反向电动运行III象限制动状态下电磁转矩为阻力矩，即Tem与n反向有无正、反向制动运行呢？,1、反接制动2、回馈制动3、能耗制动,三相异步电动机的制动的方法,1、反接制动 1)条件：转子实际旋转方向与定子磁场旋转方向相反：n与n0方向相反。转差率：,制动前的电路,制动时的电路,2)功率平衡关系：电动机输入功率为：反接制动时，电动机既从轴上吸入机械功率，也从电网输入电功率，并全部消耗在转子绕组电阻中。因此转子回路必须串入大电阻，减小I2。,3）机械特性 电源反接制动,n,T,s=0,反接制动,电动,n0,T,L,n0,快速停车,s=0,s1,倒拉反转（转向反向反接制动）绕线转子回路接入电阻（位能转矩）,反接制动的产生两个条件：电源反接适用于反抗性负载快速停机倒拉反转（转向反接或绕线转子回路接入电阻）适用于位能负载的匀低速下放,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变，n0 变向。,b,即：s 1(第II象限)。同时：E2s、I2 反向，,Tem 反向。,a,c,制动结束。,d,4）电源反接制动过程快速停车,制动过程,若到 c 点时，若未切断电源：,（a）若为反抗性负载,b,a,c,d,若|Tc|TL|，则反向起动进入III象限，稳定运行在d点，此时为反向电动状态,若到 c 点时，若未切断电源：,（b）若为位能性负载,TL,2,n0,b,a,c,d,进入III象限，Tem和TL均为拖动转矩，使电机反向起动，直到进入IV象限，稳定运行在e点，此时Tem0，ne|-n0|,电机发电运行状态，为回馈制动状态,e,取决于 Rb 的大小。,制动效果,制动时的功率,0,PCu2=3(R2Rb)I22=PemPM=Pe|PM|,0,PM=(1s)Pem,三相电能,电磁功率Pem,转子,机械功率PM,定子,转子电阻消耗掉,b,c,a,d,制动过程 定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。,d 点(nd0，Td=TL),制动运 行状态,制动效果 改变 Rb 的大小，改变特性 2 的斜率，,改变 nd。,低速提 升重物,5）倒拉反转过程,L,制动时的功率,第IV象限：,1(n0),0,PCu2=3(R2Rb)I22=PemPM=Pem|PM|,0,PM=(1s)Pem,定子输入电功率,轴上输入机械功率（位能负载的位能）,电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。,倒拉反转运行与反接制动运行的异同功率关系相同n与n0反向，s1倒拉反转 n00，n1电源反接 n00，s1倒拉反转运行时的负载向电动机送入机械功率是靠负载贮存的位能的减小；而反接制动是靠电机惯性。,2、回馈制动 1）条件：,2）功率平衡关系：（电动机发电运行）,Pem,P,1,P,M,P0,P2,转差功率,输入有功功率,电磁功率,机械功率,轴上输出功率,=风摩损耗杂散损耗（含各谐波损耗）,回馈,Is,Im,3）机械特性：,1.调速过程中的回馈制动（转向不变）,a,b,c,d,a,b,c,d,4）回馈制动的产生,2.位能性负载拖动电机高于同步转速回馈制动（转向不变）如：电车下坡,3.下放位能负载时的回馈制动（转向改变）,b,a,c,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,e,制动效果,Rb 下放速度。为了避免危险的高速，一般不串联 Rb。,0(n-n0)0 发出电功率，向电源回馈电能。0 轴上输入机械功率(位能负载的位能)。PCu2=PemPM|Pem|=|PM|PCu2 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。,5）反馈制动时的功率,第IV象限：,PM=(1s)Pem,第II象限：,0(n n0),制动前 S1 合上，S2 断开，电机为电动状态。,n,3、能耗制动 1)条件：将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。,制动前 S1 合上，S2 断开，电机为电动状态。制动时 S1 断开，S2 合上。定子:U IZ 转子:n E2 I2 电机为制动状态。,n,T,3、能耗制动 1)条件：将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。,T与n反向,2)能耗制动过程 迅速停车,制动过程 制动前：特性 1。制动时：特性 2。,原点 O(n=0，T=0)，,a,b,(T0，制动开始),制动过程结束,制动效果 Rb,IZ T,制动快。,制动时的功率 定子输入：P1=0，,轴上输出：P2=T0。,动能 P2,转子电路的电能,PCu2消耗掉,3)定子等效电流,电磁转矩Tem的产生，仅与定子磁动势的大小以及它与转子之间的相对运动有关。可以用三相交流电流产生的旋转磁动势F等效代替直流磁动势FZ。等效原则：a）保持磁动势幅值不变b）保持磁动势与转子之间相对转速不变，为0-n=-n。,能耗制动转差率,Y接，输入直流电流IZ，则A相和B相绕组分别产生,合成磁动势,三相绕组中通过三相交流电流，合成磁动势F,由F=FZ得,即定子Y接方式，IZ产生的磁动势可以由定子绕组通入大小为 的三相交流电流产生的磁动势等效。,从相量图中，由余弦定理得,忽略铁损,4)电磁转矩及机械特性,由前式得到,电磁转矩,由上式可知，异步电动机能耗制动时的转矩决定于等效电流I1，并且还是转子相对转速与转子回路电阻R2的函数。,令,可求得能耗制动时的最大转矩Tm及对应的临界相对转速m,机械特性图：,n,T,s,0,1,能耗制动,电动,n0,T,L,0,Tmax,机械特性图：,能耗制动时的机械特性特点：,因T 与 n 方向相反，nT 曲线在第二、四象限。因 n=0 时，T=0，nT 曲线过原点。制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。,I1,I1,采用能耗制动停车，既要有较大的制动转矩，又不要使定、转子回路电流过大而使绕组过热，根据经验：对鼠笼式异步电动机：对绕线式异步电动机：,5)能耗制动运行 下放重物,a,(T0，制动开始),b,c,c 点(T=TL),制动运行状态,以速度 nc 稳定下放重物。,a）若为反抗性负载,电动机停车,b）若为位能性负载,三相异步电动机四象限运行,n,T,s=0,反接制动,电动,n0,T,L,快速停车,s=0,s1,能耗制动,回馈制动,反向电动,反接制动|倒拉反转,能耗制动,例：某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，电动机额定数据为：PN=40kW，nN=1464r/min，T=2.2，R2=0.06。电动机的负载转矩TL的情况是，提升重物TL1=261Nm，下放重物TL2=208Nm。（1）提升重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速nA为工作在固有特性上的转速，低速时转速为nB=0.25nA，工作与转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子回路应串入的电阻值。（2）下放重物，要求有低速、高速两档，且高速时转速nC为工作在负序电源的固有机械特性上的转速，低速时转速nD=-nB，仍然工作于转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子应串入的电阻值。说明电动机运行在哪种状态。,解：首先根据题意画出该电动机运行时的机械特性,A、B为提升重物时的两个工作点C、D为下放重物时的两个工作点,其次计算固有机械特性相关数据,额定转差率,固有特性临界转差率,额定转矩,（1）提升重物时负载转矩,即高速点A点为额定工作点,低速点B点,B点转差率,过B点机械特性临界转差率,低速时每相串入电阻RsB,（2）下放重物时负载转矩,负载转矩为0.8TN，在固有机械特性上运行的转差率s，,得,相应转速降落为,负向序电源高速下放重物时，电动机处于反向回馈制动状态：,低速下放重物时，电动机处于倒拉反转制动状态，转速为,相应的转差率,过D点机械特性临界转差率,低速时每相串入电阻RsD,谢 谢！,
