绕线式异步电机四象限运行
电机四象限运行
电机四象限运行电机四象限运行1、什么是单象限和4象限？以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。
每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。
如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。
如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。
单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。
2、关于控制器的象限和电机的象限：单象限：能量只能单向流动。
四象限：能量可以双向流动。
电机和变频器都有自己的象限，不要搞混了。
*电机的单象限运行，指电机电动运行。
四象限指发电运行。
*变频器的单象限运行，指能量从电网进入变频器。
四象限指能量还可以回馈电网。
可能有这种情况：a.单象限运行的变频器带四象限运行的电机。
电机发电的能量提升了母线电压，或在制动单元消耗掉。
b.单象限的直流调速换向麻烦，需要改变励磁或电枢的正负来实现反转。
四象限的直流调速有两组整流桥，输出方向相反，正转时其中一组工作，反转时另一组工作。
需要注意的主要是换向的时间问题：对于单象限的调速器，当电机需要反转时，要加时间继电器。
无论是改变励磁方向还是改变电枢方向，都必须等待一段时间，就是说不允许工作中突然换向。
因为励磁线圈和电枢线圈通的都是直流电，需要时间来释放能量，如果换向太快将会把整流桥反向击穿。
而四象限的调速器不存在此问题，因为两组整流桥方向相反，当一组停止输出时，另一组正好可以给电机释放能量。
3、关于变频器和直流调速器的互换：从理论上讲，磁场矢量控制的交流电机变频装置，完全可替代直流调速系统，当然要实现4象限运行，IGBT和整流二极管都要反并联，以实现电流的反向。
电机也要求有速度反馈，如测速发电机或者码盘等，另外还要根据负载的特性，选择电动机的恒扭矩和恒功率的调速范围。
电机的四象限运行
电机的四象限运行
对电机工作象限的分析有助于日常的调试工作或者问题的解决。
我们先来看下电机的四象限运行时，转矩和转速的关系：
从上图可以看出，电机是有四个象限的，电机什么时候工作在哪个象限呢？在第一象限时，电机的转速和转矩都是正的，此时工作在正转电动状态；
在第二象限时，电机的转速是正的，转矩都是负的，此时工作在正转发电状态；在第三象限时，电机的转速和转矩都是负的，此时工作在反转电动状态；
在第四象限时，电机的转速是负的，转矩都是正的，此时工作在反转发电状态。
那么，了解电机四象限运行的状态有什么作用呢？
对于电机工作于第几象限的分析，有助于我们更好的进行电气控制设计，提前解决可能面临的问题。
在非常多的场合，由于电机在制动过程中，电机处于发电状态，此时电机相当于一个发电机，电能反馈到变频器，到达直流母线两端，根据变频器的基本原理，此时直流电线上的电容开始充电，但一旦电容消耗不了，反馈电压高于母线阀值，此时变频器就会报警。
直流母线电压过高，如何解决呢？
此时我们可以通过增加制动电阻，通过其做功来消耗，这就是为什么有些场合需要增加制动电阻的目的。
关于电机工作象限的分析，深入进去能够找到很多问题的解决办法，如行吊，起重，卷扬机等这类设备如果不进行分析，会导致重大安全问题等。
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
PM= (1－s ) Pem＜0 —— 轴上输入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pem－PM
|Pem | = |PM|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
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。
3~
制动前 S1 合上，S2 断开， S1 电机为电动状态。
能耗制动转差率 n
n0
①Y接，输入直流电流IZ，则A相和B相绕组分别产生 FA , FB
FA FB N1IZ
合成磁动势 FZ 3FA 3N1IZ
②三相绕组中通过三相交流电流，合成磁动势F~
F~
3 2
2I1N1
I1 定子相电流的有效值
N1 定子每相绕组匝数
③由F~=FZ得
三相异步电动机的制动
n n0 s=0 电动
s>1
TL
T
反向电动 s=0
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？
三相异步电动机的制动的方法
1、反接制动 2、回馈制动 3、能耗制动
制动时：定子相序改变， 2
s = －－n0n－n0 0n变=向n0。n＋0 n
b
即：s ＞1 (第II象限)。
n0
a
－TL
c
O TL
1
T
同时：E2s、I2 反向，Tem 反向。 a 点 惯性 b 点(T＜0，制动开始)
d
n↓ c 点(n = 0，T ≠ 0)，
电动机四象限运行
电机四象限运行1、什么是单象限和4象限？以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。
每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。
如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。
如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。
单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。
2、关于控制器的象限和电机的象限：单象限：能量只能单向流动。
四象限：能量可以双向流动。
电机和变频器都有自己的象限，不要搞混了。
*电机的单象限运行，指电机电动运行。
四象限指发电运行。
*变频器的单象限运行，指能量从电网进入变频器。
四象限指能量还可以回馈电网。
可能有这种情况：a.单象限运行的变频器带四象限运行的电机。
电机发电的能量提升了母线电压，或在制动单元消耗掉。
b.单象限的直流调速换向麻烦，需要改变励磁或电枢的正负来实现反转。
四象限的直流调速有两组整流桥，输出方向相反，正转时其中一组工作，反转时另一组工作。
需要注意的主要是换向的时间问题：对于单象限的调速器，当电机需要反转时，要加时间继电器。
无论是改变励磁方向还是改变电枢方向，都必须等待一段时间，就是说不允许工作中突然换向。
因为励磁线圈和电枢线圈通的都是直流电，需要时间来释放能量，如果换向太快将会把整流桥反向击穿。
而四象限的调速器不存在此问题，因为两组整流桥方向相反，当一组停止输出时，另一组正好可以给电机释放能量。
3、关于变频器和直流调速器的互换：从理论上讲，磁场矢量控制的交流电机变频装置，完全可替代直流调速系统，当然要实现4象限运行，IGBT和整流二极管都要反并联，以实现电流的反向。
电机也要求有速度反馈，如测速发电机或者码盘等，另外还要根据负载的特性，选择电动机的恒扭矩和恒功率的调速范围。
异步电机四象限驱动系统的线性自抗扰与滑模控制
青岛大学学报(工程技术版) JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T)
文章编号：1006 - 9798(2019)02 - 0001 - 07； DOI： 10.13306/j.1006 - 9798.2019.02.001
Vol. 34 No. 2 May 2 0 19
(1)
OuAJ
%
=
ii i 2/3 — qSq6i,，dSd)
F
式中id和是网侧电流在d轴和q轴上的值；s#和Sq为d轴和q轴占空比函数；u#和("是图1中u”、u»和u,
在d轴和q轴坐标中的变换值;e#和eq是网侧三相电压在d轴和q轴轴上的值，且*# eq+ =［槡3727 0］4# 为网侧角频率;u>「为母线直流电压为母线电流，通过传感器测得；网侧电流和网侧三相电压通过传感器测得。 2.2网侧子系统控制器设计 2.2.1线性自抗扰控制器设计
2网侧子系统的数学模型与控制
网侧子系统采用线性自抗扰和滑模相结合的控制策略。控制目标是保证网侧单位功率因数运行，即2" =0, 直流母线电压可控，能量实现双向流动。
2.1网侧子系统的数学模型与控制
在dq坐标系下,网侧变流器数学模型［1?］为
Ldi#/ % = e# —Rigd6!$i"—(d
Ldigq/% = e — — q Rigq oiLigd — uDq
网侧子系统电压环采用线性自抗扰控制器。线性自抗扰由扩张状态观测器、线性误差反馈控制器和微分跟 踪器3部分组成］12+。采用一阶线性自抗扰控制方法，状态观测器环节中没有微分输出，因此不需要微分跟踪环 节的微分输出，所以在一阶系统中可以忽略微分跟踪器。假设网侧整流桥的桥路没有损耗，依据能量守恒，系统 交流侧的功率等于直流侧的功率。按照等量坐标进行变换，则
电机四象限运行
电机四象限运行1、什么是单象限和4象限？以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。
每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。
如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。
如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。
单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。
2、关于控制器的象限和电机的象限：单象限：能量只能单向流动。
四象限：能量可以双向流动。
电机和变频器都有自己的象限，不要搞混了。
*电机的单象限运行，指电机电动运行。
四象限指发电运行。
*变频器的单象限运行，指能量从电网进入变频器。
四象限指能量还可以回馈电网。
可能有这种情况：a.单象限运行的变频器带四象限运行的电机。
电机发电的能量提升了母线电压，或在制动单元消耗掉。
b.单象限的直流调速换向麻烦，需要改变励磁或电枢的正负来实现反转。
四象限的直流调速有两组整流桥，输出方向相反，正转时其中一组工作，反转时另一组工作。
需要注意的主要是换向的时间问题：对于单象限的调速器，当电机需要反转时，要加时间继电器。
无论是改变励磁方向还是改变电枢方向，都必须等待一段时间，就是说不允许工作中突然换向。
因为励磁线圈和电枢线圈通的都是直流电，需要时间来释放能量，如果换向太快将会把整流桥反向击穿。
而四象限的调速器不存在此问题，因为两组整流桥方向相反，当一组停止输出时，另一组正好可以给电机释放能量。
3、关于变频器和直流调速器的互换：从理论上讲，磁场矢量控制的交流电机变频装置，完全可替代直流调速系统，当然要实现4象限运行，IGBT和整流二极管都要反并联，以实现电流的反向。
电机也要求有速度反馈，如测速发电机或者码盘等，另外还要根据负载的特性，选择电动机的恒扭矩和恒功率的调速范围。
电动机四象限运行
电机四象限运行1、什么是单象限和4象限？以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。
每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。
如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。
如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。
单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。
左半部是众所周知的可逆变频器原理图，各位同行一看便知。
而右半部分电机分别处于四象限运行的转矩方向和转速方向（也是旋转方向）图。
现简单分析如下：当电机通常是处于处于第一象限运行，我们称其为正转（顺时针反向）电动状态，电动机通过变频器以不同的转速从电网吸收电能，并将其转换为机械能。
电动机的电动转矩和旋转反向一致，也是顺时针方向。
负载机械转矩和电动机电动转矩相反，当电动转矩大于负载转矩时，电动机升速，当电动转矩等于负载转矩时，电机匀速运转。
当我们电机处于某一转速运行在第一象限运行时，当变频器的给定频率突然变小，不管变频器的减速参数如何设定，只要是频率下降减速度大于电动机带负载的惯性减速速率，那么电机由电动状态变为发电状态，它将机械动能通过逆变模块的续流二极管并由制动单元控制向制动电阻放电，将机械能通过制动电阻发热耗掉，这时电机运转方向仍为正转（顺时针），而电机的电动转矩方向和第一象限相反，也就是和转动方向相反（逆时针），电动机对机械负载起制动作用，使得电机运转减速度加快。
我们称其为发电能耗制动状态，如果具有回馈制动单元的话，它可以将机械能通过回馈制动单元向电网回馈。
第三象限和第一象限过程相同，只不过电动转矩和旋转方向分别相反。
而第四象限和第二象限过程相同，也只不过是电动转矩和旋转方向分别相反。
2、关于控制器的象限和电机的象限：单象限：能量只能单向流动。
绕线转子异步电动机双馈调速系统
此时功率变换单元CU得组成如图7-3a所示,其中 CU1就是整流器,CU2就是有源逆变器。对于工况4 和5,电动机转子要从电网吸收功率,必须用一台变 频器与转子相连,其结构如图7-3b,CU2工作在可控 整流状态,CU1工作在逆变状态。
Er sEr0
(7-1)
式中s ——异步电动机得转差率;
Er0 ——绕线型异步电动机转子开路相电动势, 也就就是转子开路额定相电压值。
7、1、1 绕线转子异步电动机 转子附加电动势得作用
图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势得原理图
转子相电流
在转子短路情况பைடு நூலகம்,转子相电流得表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年 代就已被提出,到了60~70年代,当可控电力电子器 件出现以后,才得到更好得应用。
7、1 绕线转子异步电动机双馈 调速工作原理
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时,她 从电网输入(馈入)电功率,而在其轴上输出机械 功率给负载,以拖动负载运行。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
11
7、1、2 绕线转子异步电动 机双馈调速得五种工况
在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控得附加 电动势并改变其幅值,就可以实现对电动机转速 得调节。
可控附加电动势得引入必然在转子侧形成功率得 传送,既可以把转子侧得转差功率传输到与之相 连得交流电源或外电路中去,也可以就是从外面 吸收功率到转子中来。
7、2、1串级调速系统得工作原 理
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三相异步电动机电力拖动系统的特性分析
2010年11月27日 15:44 本站整理作者：佚名用户评论（0）
关键字：电动机(177)
教学目标
掌握分析三相异步电动机的机械特性;
掌握三相异步电动机的各种起动方法；
掌握三相异步电动机的回馈、反接、能耗制动运行状态。
3.1 Speed /Torque Curves
Vocabulary
1. power distribution
2. electromagnetical torque
3. breakdown torque=stalling torque
4. asymptotic
5. abscissae
6. skew
7. full-pitch coil
Example
A three-phase,230V,60Hz,12kW,4 pole wound induction motor has the following parameters expressed in Ω /phase.
R1=0.095 x1=0.68
x2=0.672 xm=18.7
Using MATLAB, plot the electromechanical torque Tmech as a function of rotor speed in r/min for rotor resistances of r2=0.1,0.2,0.5,1.0 and 1.5 Ω.
3.2 Starting of Induction Motors
Vocabulary
ball mill, crusher, compressor
terminal, a deep-bar cage
installation, maintenance
aperiodic component
resultant flux , stationary
inrush current , residual magnetisation
qualitative , inertia , parabola , kinetic
direct connection to the line
autotransformer
starting by star-delta switching
m.m.f = magnetomotive force 磁动势
rotating field 旋转磁场
ampere-turns 安匝
stator, rotor, primary (secondary) winding 定、转子初（次）级绕组
slip 转差，滑差
lamination 冲片，叠片；薄片
periphery 圆周
counterclockwise 反时针方向的
phase-sequence 相序
It is interesting to note that this expression could have been written down directly by applying the general theorem for maximum power transfer in such a series circuit; i.e. the load resistance must be equal to the impedance modulus of the remaining circuit components.
The starting torque can be increased up to the maximum figure merely by inserting an external resistance to bring r 2 up to (substitute s=1 in eqn. (2.7)), this value is much higher than the natural rotor resistance
In a number of industries motors must satisfy very strict speed characteristic requirements, both in respect to range and smoothness of control and also in respect to economical operation. From the point of view of speed-control characteristics, induction motors are inferior to d.c. motors, the shortcoming being the greater the wider the range of control.
1. State in which quadrants a machine operates
a. As a brake
b. As a motor
c. As a generator
2. Under what circumstances is reduced voltage starting required ?
3. Name four types of circuit diagrams and describe the purpose of each. o 转子串电阻分级起动
作图法计算起动电阻：
先画固有机械特性；
确定最大起动转矩 T 1 及切换转矩 T 2 ；
作第一级起动机械特性；
作第二级起动机械特性；
作第三级起动机械特性；
完成作图。
解析法计算起动电阻
3.3 三相异步电动机的制动
能耗制动
基本原理
制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中，与他励直流电动机的能耗制动过程相似。
因此，上述过程亦称之为能耗制动。
o 定子等效电流
三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩 T 的产生，是由于转子与定子磁通势之间有相对运动；相对运动速度的大小与方向不同，则转矩 T 的大小与方向也随之不同。
分析能耗制动状态下运行的三相异步电动机，可以用三相交流电流产生的旋转磁通势等效替代直流磁通势，在等效替代后，就可以使用电动运行状态时的分析方法与所得结论。
等效替代的条件是：
(1) 用等效，需保持磁通势幅值不变，
(2) 用等效，需保持磁通势与转子之间相对转述 ( 即转差 ) 不变，为 0-n=-n 。
o 转差率及等值电路
机械特性
特点：
v 异步电动机能耗制动的机械特性与定子接三相交流电源运行时的机械特性相似。
v 当直流励磁一定，而转子电阻增加时，产生最大制动转矩时的转速随之增加，但是产生的最大转矩值不变。
v 转子电路电阻不变，而增大直流励磁电流时，产生的最大制动转矩增大，但产生最大转矩时的转速不变。
反接制动
倒拉反转运行
拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机，若在转子回路内串人一定值的电阻，电动机转速可以降低。
如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，运行于第Ⅳ象限，称之为倒拉反转运行状态。
倒拉反转运行时负载向电动机送入机械功率是靠负载储存的位能的减小，是位能性负载倒过来拉着电动机反转。
回馈制动运行
电动机运行于第Ⅳ象限， T>0 ， n<0 ，称为反向回馈制动。
起重机高速放下重物时，经常采用反向回馈制动运行方式。
反向回馈制动运行时，电动机的功率关系与正向回馈制动过程是一样的，电动机是一台发电机，它把负载位能减少而输入的机械功率变为电功率，然后回送给电网。
从节能的观点看问题，反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好。
运行在正向电动状态的三相异步电动机，当拖动的负载是位能恒转矩负载时，如果进行反接制动停车，当转速降到 n=0 时若不采取听出措施，那么电动机将会反接起动，并最后运行于反向回馈制动状态。
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