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三相异步电动机的启动和制动仿真

发布时间:2019-08-04 23:40:00 点击:    

 
 

异步电动机的起动

无锡宏达起重电机专业生产厂家2019年8月4日讯  异步电动机起动性能的衡量主要依靠两个标准:起动电流倍数和起动转矩倍数。而起动电流和起动转矩这两个性能参数又往往相互矛盾。为减小电动机所承受的冲击电流,避免绕组过热甚至损坏,以及减小电网在电动机上产生的电压降落,避免引起电网电压大幅度下降,从而影响其他电气设备的正常运行,就要求起动电流尽可能的小。

但太小的起动电流所产生的起动转矩又不足以起动负载,为使电机能迅速转动起来,并很快达到额定转速,进入正常工作状态,就要求电机有足够大的起动转矩。起动过程虽较为短暂,但如果缺乏完善的预防措施,可能会导致严重的后果。为此,我们希望能够在起动电流较小的情况下,能够获得较大的起动转矩。本次以异步电机常用的直接启动和串电阻降压启动为例进行仿真说明。

直接起动

直接起动,也称全压起动,是三相异步电动机最简单的一种起动方法。起动时通过接触器将电机直接接入电网,设备简单,起动速度快且起动转矩大。但直接起动适用于小容量电机带轻载的情况,对于大容量电机而言,这种起动方式具有十分显著的缺点,及起动电流较大,可达额定电流的4-7倍,易对电机和电网造成不利影响。因此,当额定功率比较小时,可以采用直接起动。直接起动的优缺点主要在于起动方式简单且起动时间短,但起动电流较大,易对电机和电网造成冲击,导致电机的损坏及电网电压的降低。

起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

异步电机直接启动整体模型

起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机


转子电流(A相)、定子电流(A相)、转速、电磁转矩


串电阻降压启动

当电动机全压起动将引起配电系统的压降过大,或条件不允许采用全压起动时,可以采取降压起动,串电阻起动就是降压起动中的一种。串电阻起动时,在电机的定子电路中接入电阻,使电阻在起动过程中起到分压的作用,从而减小机端电压,以达到减小起动电流的目的。待电机起动过程结束后,再将电阻短接,从电路中切除,电动机仍在正常电压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制,设备简单,常应用于中小型机床中。但其缺 点也十分明显,由于串入了电阻,电机起动时电阻上通过的起动电流会产生热损耗,从而带来不必要的电能损失,造成能源浪费,降低了经济效益。且起动时间较长,在不能满足需要 频繁起动的系统的要求。

起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

异步电机串电阻启动整体模型


起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

转子电流(A相)、定子电流(A相)、转速、电磁转矩

异步电动机的制动
在切断电源后,利用电气原理或机械装置使电动机迅速停转的方法称为三相异步电动机的制动。因此,制动的方法大致分为两类:电气制动和机械制动。电气制动是使电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩,使电动机的转速迅速下 降。一般包括反接制动、能粍制动和回馈制动。机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转的制动方法,常用的方法有电磁抱闸和电磁 离合器制动。此处仅讨论电气制动中的反接制动和能耗制动。
反接制动 

反接制动是在需要使电动机停转时,将定子电源任意两相反接,依靠其产生的制动力矩,迫使电动机迅速停转。反接制动的优点在于制动力强、制动迅速;但其缺点在于制动准确性差,制动过程中冲击强烈,易损坏传动零件,不宜经常使用。反接制动时一般使用速度继电器与之相配合,当检测到电动机转速下降到接近于零时,切断电源,使电动机停止转动。由于Matlab中没有速度继电器,因此采用三相断路器模拟。方法为观察反接时的波形,找到转速过零的点,在该时刻设置三相断路器断开,切断电源,从而使电动机停转。在反接制动时,定子和转子电流迅速反向增大会给点击造成冲击,且在反接时,转矩突然增大,易损坏传动零件,但是该方法制动迅速。

起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

异步电机反接制动整体模型


起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

转子电流(A相)、定子电流(A相)、转速、电磁转矩

能耗制动

在异步电机处于运行状态时,断开三相交流电源,同时将一直流电源接入定子任意两相,此时电机进入能耗制动状态。制动时,先断开电源开关,切断电机交流电源,此时转子仍沿原方向惯性运转,随后向电机两相定子绕组通入直流电,使定子中产生恒定的静止磁场,这样作惯性运行的转子因切割磁感线而使转子绕组中产生感应电流,又因静止磁场的作用产生电磁转矩,与电机转向相反,使电机制动停止。由于该方法实在定子中通入直流电消耗转子惯性运转动能来进行制动,一次称为能耗制动。能耗制动制动准确平稳,能量消耗较小,但需要增肌额外的直流电源,因此费用相对较高,因此一般用于要求制动准确、平稳的场合。


起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

异步电机能耗制动整体模型


起重电机,YZR起重电机,YZB起重电机

转子电流(A相)、定子电流(A相)、转速、电磁转矩

总结

通过上述对比,异步电动机的各种起动和制动方法的特点总结如下:

直接起动和串电阻起动直接起动:设备简单.起动时间短且起动转矩大;但起动电流较大,易对电机造成较大冲击且使电网电压下降。一般用于小容量电机带轻载的情况。串电阻起动:起动电流较小,可减小对电机的冲击和对电网电压的影响,设备简单;但其起动转矩也相应减小.起动时间较长,且串入的电阻会产生热损耗,从而带来额外的 电能损失。一般用于不允许采用全压起动,且不需频繁起动的场合。 

反接制动和能耗制动反接制动:制动力强制动迅速;但制动准确性差,制动过程中冲击强烈,易损坏传动零件,不宜经常使用。能耗制动:制动准确平稳,能量消耗较小;但需增加直流电源装置,设备费用较高,且制动力较弱。一般用于要求制动准确、平稳的场合。

 
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