三相電動機調速與制動問題的研究“免費論文}

時間：2024-06-25 02:45:39 其他畢業(yè)論文我要投稿

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關于三相電動機調速與制動問題的研究“免費論文}

三相電動機調速與制動問題的研究

關于三相電動機調速與制動問題的研究“免費論文}

摘要:三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產機械。三相異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。其中變轉差串調速包括繞線轉子異步電動機的轉子串接電阻調速、串級調速和降壓調速。三相異步電動機有三種制動狀態(tài)：能耗制動、反接制動(電源兩相反接和倒拉反轉)和回饋這三種制動狀態(tài)的機械特性曲線、能量轉換關系及用途、特點等均與直流電動機制動狀態(tài)。本文主要針對變頻調速及能耗制動作出了詳細研究.

1.電動機調速

在電力拖動調速系統(tǒng)中，特別是在寬調速和快速可逆拖動系統(tǒng)中，多采用直流電動機拖動，其原因是直流電動機具有良好的調速性能。但是，直流電動機存在價格高、維護困難、需要專門的直流電源等一系列缺點。相比之下，交流電動機具有價格低、遠行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，因此在各個應用領域都希望盡可能采用交流電動機拖動。近年來，由于電力電子技術和計算機技術的發(fā)展，使得+交流調速技術日益成熟，交流調運裝置的容量不斷擴大，性能不斷提高，使得交流調速已顯示出逐步取代直流調速的趨勢。

根據(jù)異步電動機的轉速公式

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-5626.png" width="235" height="42" />

可知，異步電動機有下列三種基本調速方法

(1 )改變定子極對數(shù)多調速；

(2) 改變電源頻率／I調速；

(3) 改變轉差率s調速。

其中改變轉差率s調速，包括繞線轉子電動機的轉子申接電阻調速、變級調速及定子調壓調速。

1.1 變頻調速

改變異步電動機定子繞組供電電源的頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-8802.png" width="18" height="24" />，可以改變同步轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3699.png" width="13" height="16" />，從而改變轉速。如果頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29333.png" width="18" height="24" />連續(xù)可調，則可平滑的調節(jié)轉速，此為變頻調速原理。

三相異步電動機運行時，忽略定子阻抗壓降時，定子每相電壓為

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30881.png" width="174" height="24" />

式中 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3284.png" width="20" height="24" />為氣隙磁通在定子每相中的感應電動勢； 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-25643.png" width="18" height="24" />為定子電源頻率； 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19843.png" width="22" height="24" />為定子每相繞組匝數(shù)； 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-469.png" width="26" height="24" />為基波繞組系數(shù)， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6273.png" width="26" height="24" />為每極氣隙磁通量。

如果改變頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27523.png" width="18" height="24" />，且保持定子電源電壓 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22430.png" width="20" height="24" />不變，則氣隙每極磁通 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9561.png" width="26" height="24" />將增大，會引起電動機鐵芯磁路飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機，這是不允許的。因此，降低電源頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-439.png" width="18" height="24" />時，必須同時降低電源電壓，已達到控制磁通 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26849.png" width="26" height="24" />的目的。對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下的調速和基頻以上調速兩種情況。

（1）基頻以下變頻調速

為了防止磁路的飽和，當降低定子電源頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6086.png" width="18" height="24" />時，保持 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4702.png" width="45" height="24" />為常數(shù)，使氣隙每極磁通 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-5629.png" width="26" height="24" />為常數(shù)，應使電壓和頻率按比例的配合調節(jié)。這時，電動機的電磁轉矩為

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19550.png" width="240" height="189" />

上式對s求導，即 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-21563.png" width="52" height="41" />，有最大轉矩和臨界轉差率為

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-20629.png" width="255" height="124" />

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-8427.png" width="147" height="53" />

由上式可知：當 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-7211.png" width="60" height="24" />常數(shù)時，在 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28755.png" width="18" height="24" />較高時，即接近額定頻率時， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16915.png" width="96" height="24" />，隨著 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16981.png" width="18" height="24" />的降低， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-125.png" width="20" height="24" />減少的不多；當 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27375.png" width="18" height="24" />較低時， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22474.png" width="60" height="24" />較小； 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31699.png" width="13" height="24" />相對變大，則隨著 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16985.png" width="18" height="24" />的降低， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16273.png" width="20" height="24" />就減小了。顯然，當 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-23424.png" width="18" height="24" />降低時，最大轉矩 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31520.png" width="20" height="24" />不等于常數(shù)。保持 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30564.png" width="60" height="24" />常數(shù)，降低頻率調速時的機械特征如圖1-1所示。這相當于他勵直流電機的降壓調速。

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4317.png" width="494" height="196" />

（a）基頻以下調速（ 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31383.png" width="60" height="24" />常數(shù)）（b）基頻以上調速（ 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-14377.png" width="20" height="24" />=常數(shù)）

圖1-1 變頻調速的機械特性

（2）基頻以上變頻調速

在基頻以上變頻調速時，也按比例身高電源電壓時不允許的，只能保持電壓為 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30627.png" width="26" height="24" />不變，頻率 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22352.png" width="18" height="24" />越高，磁通 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-2540.png" width="26" height="24" />越低，是一種降低磁通升速的方法，這相當于它勵電動機弱磁調速。

保持 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-14692.png" width="26" height="24" />=常數(shù),升高頻率時，電動機的電磁轉矩為

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24710.png" width="221" height="96" />

上式求 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-16638.png" width="53" height="41" />，得最大轉矩和臨界轉差率為

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29283.png" width="242" height="64" />

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-18725.png" width="147" height="53" />

由于 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26812.png" width="18" height="24" />較高， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-12371.png" width="17" height="24" />、 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28841.png" width="20" height="24" />和 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3017.png" width="34" height="24" />比 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-432.png" width="13" height="24" />大的多，則上式變?yōu)?/span>

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30487.png" width="181" height="49" />

600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19132.png" width="225" height="47" />

因此，頻率越高時， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-18606.png" width="20" height="24" />越小， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26342.png" width="20" height="24" />也越小。保持 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31751.png" width="26" height="24" />為常數(shù)，升高頻率調速時的機械特性如圖1-1(b)所示

1.2變頻調速的特點和性能

1.變頻調速設備（簡稱變頻器）結構復雜，價格昂貴，容量有限。但隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻器向著簡單可靠、性能優(yōu)異、價格便宜、操作方便等趨勢發(fā)展；

2.變頻器具有機械特性較硬，靜差率小，轉速穩(wěn)定性好，調速范圍廣（可達10：1），平滑性高等特點；可實現(xiàn)無級調速；

3.變頻調速時，轉差率較小，則轉差功率損耗較小，效率較高；

4.可以證明：變頻調速時，基頻下的調速為恒轉矩調速方式；基頻調速以上時，近似為恒功率調速方式；

5.變頻調速器已廣泛用于生產機械等很多領域內。

2 電動機制動

三相異步電動機除了運行于電動狀態(tài)外，還時常運行于制動狀態(tài)。運行于電動狀態(tài)時，Tem與n同方向，Tem是驅動轉矩，電動機從電網(wǎng)吸收電能并轉換成機械能從軸上輸出，其機械特性位于第一或第＝象限。運行于制動狀態(tài)時，Tem與n反方向，Tem是制動轉矩，電動機從軸上吸收機械能并轉換成電能，該電能或消耗在電機內部，或反饋回電網(wǎng)，其機械特性位于異步電動機制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負載，制動運行可獲得穩(wěn)定的下降速度。

2.1 能耗制動

如果三相異步電動機定子繞組斷開三相電源后，則電機內無磁通勢。從而電磁轉矩 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-1404.png" width="16" height="18" />＝0，電動機在負載轉矩作用下，自然停車，這是自然制動過程。

能耗制動的電路原理圖如圖2-1所示，三相異步電動機定子繞組切斷三相交流電源后（1K斷開），同時，在定子繞組任意兩相上接入直流電流 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-1543.png" width="20" height="24" />( 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-1876.png" width="20" height="24" />也稱直流勵磁電流)，即接通開關2K，從而在電機內形成一個不旋轉的空間位置固定的磁通勢600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-11661.png" width="25" height="30" />，最大幅值為 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-25522.png" width="21" height="24" />。在三相交流電源切斷后的瞬間，電動機轉子由于機械慣性其轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4419.png" width="14" height="16" />不能突變，而繼續(xù)維持原逆時針方向旋轉。此時，直流電流 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31040.png" width="14" height="18" />產生的空間固定不轉的磁通勢600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3372.png" width="25" height="30" />相對于旋轉的轉子是一個旋轉磁通勢；旋轉方向為順時針，轉速大小為 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-21484.png" width="14" height="16" />。這種相對運動導致了轉子繞組有感應電動勢600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-1423.png" width="23" height="33" />，并產生電流600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30384.png" width="21" height="33" />和電磁轉矩 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-2591.png" width="16" height="18" />，根據(jù)左手定則可知， 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28809.png" width="16" height="18" />的方向與磁通勢600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-7068.png" width="25" height="30" />相對于轉子的旋轉方向是一樣的，但與轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32291.png" width="14" height="16" />的方向相反，電動機處于制動運行狀態(tài)，電機轉速迅速下降，直到轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28477.png" width="38" height="20" />時，磁通勢600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-17936.png" width="25" height="30" />與轉子相對靜止，600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9890.png" width="23" height="33" />＝0, 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27518.png" width="21" height="33" />＝0, 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26656.png" width="41" height="20" /> , 減速過程結束，電動機將停轉，實現(xiàn)了快速制動停車。如果負載是反抗性負載，則電機轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-21446.png" width="38" height="20" />將停車。如果負載是位能性負載，則電機轉速 600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-25253.png" width="38" height="20" />時必須立即用機械抱閘，將電機軸剎住停車。