異步電動機的啟動與調速分析?

1.起動特性分析

(1)起動電流Ist

在剛起動時,由於旋轉磁場對靜止的轉子有著很大的相對轉速,磁力線切割轉子導體的速度很快,這時轉子繞組中感應出的電動勢和產生的轉子電流均很大,同時,定子電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的5~7倍。

注意:在實際操作時應儘可能不讓電動機頻繁起動。如在切削加工時,一般只是用摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電機軸脫開,而不將電動機停下來。

(2)起動轉矩Tst

電動機起動時,轉子電流I2雖然很大,但轉子的功率因數cosj2很低,由公式可知,電動機的起動轉矩T較小,通常。

起動轉矩小可造成以下問題:(1)會延長起動時間。(2)不能在滿載下起動。因此應設法提高。但起動轉矩如果過大,會使傳動機構受到衝擊而損壞,所以一般機床的主電動機都是空載起動(起動後再切削),對起動轉矩沒有什麼要求。

綜上所述,異步電機的主要缺點是起電流大而起轉矩小。因此,我們必須採取適當的起動方法,以減小起動電流並保證有足夠的起轉矩。

2.鼠籠式異步電動機的起動方法

1).直接起動

直接起動又稱為全壓起動,就是利用閘刀開關或接觸器將電動機的定子繞組直接加到額定電壓下起動。

這種方法只用於小容量的電動機或電動機容量遠小於供電變壓器容量的場合。

2).降壓起動

在起動時降低加在定子繞組上的電壓,以減小起動電流,待轉速上升到接近額定轉速時,再恢復到全壓運行。

此方法適於大中型鼠籠式異步電動機的輕載或空載起動。

①星形--三角形(Y--D)換接起動

起動時,將三相定子繞組接成星形,待轉速上升到接近額定轉速時,再換成三角形。這樣,在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的。

此方法只能用於正常工作時定子繞組為三角形聯接的電動機。

這種換接起動可採用星三角起動器來實現。星三角起動器體積小、成本低、壽命長、動作可靠。

②自耦降壓起動

自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。如圖8-9所示,起動時,先把開關Q2扳到“起動”位置,當轉速接近額定值時,將Q2扳向“工作”位置,切除自耦變壓器。

採用自耦降壓起動,也同時能使起動電流和起動轉矩減小。

正常運行作星形聯接或容量較大的鼠籠式異步電動機,常用自耦降壓起動。

3.三相異步電動機的調速

調速就是在同一負載下能得到不同的轉速,以滿足生產過程的要求。

調速的方法

可見,可通過三個途徑進行調速:改變電源頻率f,改變磁極對數p,改變轉差率S。前兩者是鼠籠式電動機的調速方法,後者是繞線式電動機的調速方法。

(1)變頻調速

此方法可獲得平滑且範圍較大的調速效果,且具有硬的機械特性;但須有專門的變頻裝置——由可控硅整流器和可控硅逆變器組成,設備複雜,成本較高,應用範圍不廣。

(2)變極調速

此方法不能實現無極調速,但它簡單方便,常用於金屬切割機床或其他生產機械上。

(3)轉子電路串電阻調速

在繞線式異步電動機的轉子電路中,串入一個三相調速變阻器進行調速。

此方法能平滑地調節繞線式電動機的轉速,且設備簡單、投資少;但變阻器增加了損耗,故常用於短時調速或調速範圍不太大的場合。

以上可知,異步電動機的各種調速方法都不太理想,所以異步電動機常用於要求轉速比較穩定或調速性能要求不高的場合。

4.三相異步電動機的制動

制動是給電動機一個與轉動方向相反的轉矩,促使它在斷開電源後很快地減速或停轉。

對電動機制動,也就是要求它的轉矩與轉子的轉動方向相反,這時的轉矩稱為制動轉矩。

常見的電氣制動方法有:

(1)反接制動

當電動機快速轉動而需停轉時,改變電源相序,使轉子受一個與原轉動方向相反的轉矩而迅速停轉。

注意,當轉子轉速接近零時,應及時切斷電源,以免電機反轉。

為了限制電流,對功率較大的電動機進行制動時必須在定子電路(鼠籠式)或轉子電路(繞線式)中接入電阻。

這種方法比較簡單,制動力強,效果較好,但制動過程中的衝擊也強烈,易損壞傳動器件,且能量消耗較大,頻繁反接制動會使電機過熱。對有些中型車床和銑床的主軸的制動採用這種方法。

(2)能耗制動

電動機脫離三相電源的同時,給定子繞組接入一直流電源,使直流電流通入定子繞組。於是在電動機中便產生一方向恆定的磁場,使轉子受一與轉子轉動方向相反的F力的作用,於是產生制動轉矩,實現制動。

直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.5—1倍。

由於這種方法是用消耗轉子的動能(轉換為電能)來進行制動的,所以稱為能耗制動。

這種制動能量消耗小,制動準確而平穩,無衝擊,但需要直流電流。在有些機床中採用這種制動方法。

(3)發電反饋制動

當轉子的轉速n超過旋轉磁場的轉速n0時,這時的轉矩也是制動的。

如:當起重機快速下放重物時,重物拖動轉子,使其轉速n>n0,重物受到制動而等速下降。

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