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三相异步电动机的反接制动

时间:2024-11-03 百科知识 版权反馈
【摘要】:当异步电动机转子的旋转方向与定子磁场的旋转方向相反时,电动机便处于反接制动状态。图10.4.1为三相异步电动机转子反转的反接制动原理图。采用转子反转的反接制动的目的是限制重物的下放速度。否则电动机拖动系统的机械特性曲线将进入第Ⅲ象限。这种情况下,电动机转速高于降同步转速,电磁转矩与转向相反,进入回馈制动状态。定子两相反接的反接制动是一个位于第Ⅱ象限的过程。

当异步电动机转子的旋转方向与定子磁场的旋转方向相反时,电动机便处于反接制动状态。反接制动状态有两种情况,一是保持定子磁场的转向不变,而转子在位能性负载作用下进入倒拉反转,这种情况下的制动称为转子反转的反接制动;二是在电动状态下突然将电源两相反接,使定子旋转磁场的方向由原来的顺转子转向改为逆转子转向,这种情况下的制动称为定子两相反接的反接制动。

1.转子反转的反接制动

(1)制动原理与机械特性

图10.4.1为三相异步电动机转子反转的反接制动原理图。若电动机拖动系统原来运行于固有机械特性1上的A点,并以转速nA提升重物G,在第I象限,如图10.4.1所示。若转子中串入制动电阻RBr,这时拖动系统将过渡到具有较大电阻的机械特性2上运行。制动电阻RBr接入转子电路的瞬间,转速不能突变,拖动系统将由A点过渡到B点,再沿机械特性2下降到转速为零的C点。此时,若C点对应的电磁转矩仍然小于负载转矩,即TC<TL,重物将迫使电动机的转子反向旋转,直到D点,这时TD=TL,拖动系统将以转速nD稳定运行,重物G匀速下降。在这种情况下,电动机的电磁转矩方向与电动机的实际转向相反,负载转矩为拖动转矩,拉着电动机反转,而电磁转矩起制动作用,因此这种制动又叫倒拉反接制动。这时电磁转矩方向与电动状态时的一样,即转矩为正,而转速反了,为负值,机械特性曲线在第Ⅳ象限。

图10.4.1 三相异步电动机转子反转的反接制动

可见,要实现转子反转的反接制动状态,必须同时具备两个条件:绕线转子异步电动机转子电路串入足够大的电阻和电动机在位能性负载下反拖。采用转子反转的反接制动的目的是限制重物的下放速度。

(2)能量关系

转子反转的反接制动时,转差率,这时从轴上输出的机械功率,由于s>1,显然Pm<0,说明此时轴上输出机械功率是负的,即输入机械功率。不难理解,这个功率是由位能性负载提供的。

此时的电磁功率,即电磁功率仍由定子侧经气隙传递到转子,这时的转子铜耗为:

式(10-52)表明:转子反转的反接制动状态,由位能性负载提供的机械功率Pm和由电源输入的电磁功率PM全部消耗在电动机的转子电路的电阻上。其中一部分消耗在转子绕组本身的电阻r′2上,另一部分则消耗于转子外接的制动电阻RBr上。

例10-8 一台三相绕线转子异步电动机的技术数据为:PN=5kW,nN=960r/min,E2N=164V,I2N=20.6A,λm=2.3,定、转子均为Y联结,该电动机拖动起重机的提升机构。下放重物时,电动机的负载转矩TL=0.75TN,电动机的转速n=-300r/min,求转子每相应串入的电阻值。

解:根据题意可知,这是通过转子串电阻实现转子反转的反接制动,以300r/min的匀速下放位能负载。

①额定转差率:

②固有机械特性的临界转差率:

④参照图10.4.1,在固有机械特性上TL=0.75TN,即A点时的转差率为:

⑥按比例推移关系,转子回路每相串入的制动电阻值为:

2.定子两相反接的反接制动

(1)制动原理与机械特性

设拖动系统原来运行于正向电动状态。如图10.4.2中固有机械特性1的A点,现在把定子两相绕组出线端对调。由于定子电压的相序反了,旋转磁场反向,其对应的同步转速为-n1,电磁转矩变为负值,起制动作用,其机械特性为图10.4.2中的曲线2。在改变定子电压相序的瞬间,工作点由A过渡到B,这时系统在电磁转矩和负载转矩共同作用下,迫使转子的转速迅速下降,直到C点,转速为零,制动结束。对于绕线转子异步电动机,为了限制两相反接瞬间电流和增大电磁制动转矩,通常在定子两相反接的同时,在转子中串入制动电阻RBr,这时对应的机械特性如图10.4.2中的曲线3所示。同样,在电磁转矩和负载转矩共同作用下,转速迅速下降到C′点,制动结束。定子两相反接的反接制动过程,就是指从反接开始至转速为零的这一制动,即图10.4.2中曲线2的BC段或曲线3的B′C′段。

如果制动的目的只是想快速停车,则必须采取措施,在转速接近零时,立即切断电源。否则电动机拖动系统的机械特性曲线将进入第Ⅲ象限。如果电动机拖动的是反抗性负载,而且在C(C′)点的电磁转矩大于负载转矩,则将反向起动到D(D′)点,稳定运行,这是反向电动状态。如果拖动的是位能性负载,则电动机在位能负载拖动下,将一直反向加速到E(E′)点,直到电磁转矩等于负载转矩,才能稳定运行。这种情况下,电动机转速高于降同步转速,电磁转矩与转向相反,进入回馈制动状态。

图10.4.2 三相异步电动机定子两相反接的反接制动

(2)能量关系

定子两相反接的反接制动是一个位于第Ⅱ象限的过程。这时转子的旋转方向与定子旋转磁场方向相反,即n与n1反向,对应的转差率s=(-n1-n)/(-n1)>1,因此能量关系和转子反转的反接制动时的相同,拖动系统所贮存的动能被电动机吸收,变为轴上输入的机械功率,与由定子传递给转子的电磁功率一起全部消耗在转子电路的电阻上。

例10-9 绕线转子异步电动机的数据同例10-8。原先在固有特性上拖动反抗性恒转矩负载运行,TL=0.75TN,为使电动机快速反转,现采用定子两相反接的反接制动。

(1)要求电动机的起始制动转矩T=1.8TN,求转子每相应串入的电阻值。

(2)电动机反转后的稳定速度是多少?

解:(1)制动电阻RBr计算

①已知sN=0.04、sm=0.175、r2=0.184Ω、sA=0.029。

②参照图10.4.2,在固有机械特性上TL=0.75TN,即A点时的转速为:

③反接制动起始点B′的转差率为:

④反接制动机械特性的临界转差率为:

⑤ 按比例推移关系,转子回路每相串入的制动电阻值为:

(3)反转后稳定转速的计算

①参照图10.4.2,反转后稳定运行,即D′点时的转差率为:

② 反转后稳定运行转速为:

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