电气控制系统-动画演示

电工电子应用技术(电工学II)第4章电动机电气控制系统-动画演示

教学目标三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的电磁转矩和机械特性《电工电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材第4章电动机三相异步电动机的结构基本概念:旋转磁场电磁转矩机械特性三相异步电动机的选择与使用电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材第4章电动机三相交流异步电动机4.1单相交流异步电动机*4.2直流电动机*4.3控制电动机*4.4本章目录电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机

三相异步电动机直流电动机步进电动机伺服电动机测速发电机电气控制系统-动画演示4.1.1基本构造《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页节首页章目录4.1三相交流异步电动机三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。电气控制系统-动画演示(1)定子定子由定子铁心和定子绕组组成。《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机①定子铁心定子铁心由内圆开槽的圆形硅钢片叠压而成。槽内嵌入定子绕组。②定子绕组定子绕组是用外表绝缘的铜线绕制而成。定子绕组为三相对称绕组。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机三相定子绕组的联结方式：三相异步电动机定子绕组的联结方式是指定子绕组首、末端的连接方式。有Y型和Δ型。是在电动机的接线盒内完成的。电气控制系统-动画演示(2)转子转子由转子铁心和转子绕组组成。铁心的外圆开槽，用来安装转子绕组。三相异步电动机的转子有两种型式：笼型和绕线型。

《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机

①笼型转子②绕线型转子电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机4.1.2工作原理磁铁实验结论介于磁场内的铜质笼型绕组跟随磁场而旋转。启示三相异步电动机的转动原理与上述实验结论相似。关键点三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？实验举例铜质笼型绕组电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机1.三相异步电动机的旋转磁场（1）旋转磁场的产生定子电流电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机结论：①三相定子绕组在空间对称时，磁场的磁极为一对。②三相定子电流交变一周，磁场就旋转一周。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机（2）旋转磁场的旋转方向定子电流顺相序定子电流逆相序磁场顺时针旋转磁场逆时针旋转电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机(3)旋转磁场的转速①

一个电流周期，一对磁极的旋转磁场在空间转过360°②

一个电流周期，二对磁极的旋转磁场在空间转过180°结论：旋转磁场的转速为

电源频率磁极对数电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机（4）旋转磁场的磁极对数三相定子绕组空间成对称时，旋转磁场三相定子绕组空间成对称时，旋转磁场电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机2.三相异步电动机的转动原理转子导体切割旋转磁场，转子导体产生感应电流。带电的转子导体与旋转磁场相互作用形成电磁转矩T，电磁转矩使转子跟随旋转磁场旋转。转动原理转子的转向与旋转磁场的转向一致。转子的转向转差率“异步”：电动机运行时电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机4.1.3电磁转矩和机械特性常数每极磁通转子电路功率因数（牛顿米）1.电磁转矩T转子电流三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场与转子导体相互作用产生。T与每极磁通

、转子电流的有功分量成正比。电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页定子电路等效转子电路等效（1）三相异步电动机的电磁关系

（定子绕组相电压）电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页节首页章目录4.1三相交流异步电动机（2）电磁转矩特性将、代入得到下式：电磁转矩与转差率的关系曲线最大电磁转矩起动电磁转矩额定电磁转矩额定转差率临界转差率常数转差率转子每相绕组内阻转子绕组漏感抗n=0时电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机（3）三个特定的电磁转矩①额定电磁转矩额定功率额定转速②起动电磁转矩③最大电磁转矩三相异步电动机的两个使用参数（1.8~2.2)过载系数：起动能力：（0.8~2.0)电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机2.机械特性AB段电动机转速n与电磁转矩T成反比,在这一区域,电动机才能带负载稳定运行,故称AB段为硬特性区。BC段为软特性区,电动机不能带负载稳定运行。负载突降负载突升带负载稳定运行在硬特性区，电动机能自适应负载的变化。（1）特性曲线电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机（2）机械特性与定、转子电路参数的关系结论：转子电路内阻增大时，机械特性AB段变软，但起动转矩增大,即电动机的起动能力增强。定子电压变化转子电阻变化电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机4.1.4三相异步电动机的使用起动起动定义：有载时电动机转子从静止加速至稳定运行的过程。方法：全压起动和降压起动①全压起动的定义：额定电压下起动。②优点：大。缺点：大①降压起动方法：换接降压起动和自耦变压器降压起动。②优点：减小；缺点：减小

换接降压起动：、自耦变压器降压起动：起动转矩为全压起动的起动电流为全压起动的电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机1.笼型电动机两种降压起动（1）换接起动起动时定子绕组星形联结起动时定子绕组三角形联结①起动电流关系星形联结起动三角形联结起动关系②起动电磁转矩关系星形联结起动三角形联结起动关系电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机（2）自耦变压器降压起动①起动转矩关系②起动电流关系全压起动时降压起动时关系（3）两种降压起动方法的实现电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页2.绕线型电动机转子串电阻起动绕线型电动机除了上述降压起动之外还可采用转子绕组外接电阻起动优点①增大转子绕组电阻，可减小起动电流。②因为，所以可增大起动转矩。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页节首页章目录4.1三相交流异步电动机调速三相异步电动机转速公式：①变频调速即改变②变极调速即改变③变转差率调速即改变优点：调速平滑，是无级调速。

改变定子绕组的空间分布来实现。缺点：调速不平滑，是有级调速。改变转子电阻来实现。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机正反转磁场顺时针旋转磁场逆时针旋转改变旋转磁场的转向实现电动机的正反转。改变定子电源的相序电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机制动反接制动能耗制动制动时：改变定子电源的相序即任意对调两根定子电源线，使电机产生反向的电磁转矩即制动转矩，使电机减速，并停转。注意制动瞬间，定子绕组中的电流很大，必须加以限制。当转速为零时，必须迅速切断制动电源。制动时：在切断定子电源的同时，在任意两相定子绕组中加入制动直流电源，产生制动电磁转矩，使电机减速并停转。限制电流电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机例已知三相异步电动机Y225-4的(1)采用换接起动时的起动电流和起动转矩各为多少?(2)若负载转矩时电动机能否起动?(3)满载和半载时能否用换接起动?问?《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1三相交流异步电动机4.1.5三相异步电动机的铭牌数据

例电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电路与电子技术(电工学Ⅰ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页1.型号异步的“异”字的拼音缩写机座中心高度（毫米）机座长度，S为短型、M为中型、L为长型4极电动机，极对数2.额定电压定子绕组按规定接法施加的电源线电压3.额定电流额定条件下定子绕组的线电流4.额定功率额定效率额定条件下电机轴上输出的机械功率

额定输入功率功率关系输入功率输出功率电机功耗电动机功耗包括绕组的铜损、铁心的铁损和机械损耗。电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页5.定子绕组接法在电动机接线盒中用短路铜片将定子绕组接成星形或三角形。铭牌上规定电机的接法是为了满足定子绕组的相电压。本例的接法为，。注意使用时必须按铭牌规定的接法接线，否则会出现以下两种情况：①实际加在每相定子绕组的电压超过，烧毁电机；②实际加在每相定子绕组的电压小于，电机不能额定运行。铜牌电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页6.额定转速转子的最高转速。使用时，根据实际机械负载来选择。7.额定工作频率定子电源的频率。对电机采用变频调速时，应尽量在以下实施。8.其他①工作方式：有连续、短时、断续三种。根据实际情况来选择。②绝缘等级。与电动机的温升有关。③额定功率因数。电机空载、轻载时，较小，额定负载时，为。电气控制系统-动画演示4.1三相交流异步电动机《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.1.6三相异步电动机的选择种类选择①笼型电动机用于调速性能要求不高的场合：水泵、风机、运输机械的传动。②绕线型电动机用于调速性能要求高的场合：电梯、起重机等的传动。功率选择按选择电动机的生产机械功率生产机械效率传动装置效率转速和电压的选择①电动机的额定电压应与现场电网电压一致②电动机转速应尽量接近生产机械的转速，尽量简化传动机构。结构形式的选择应根据现场环境选择电动机的结构形式：开启型、防护型、封闭型、防爆型。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.2单相交流异步电动机*4.2单相交流异步电动机

1.基本结构定子绕组是单相的，称为工作绕组。电动机要运转必须要产生旋转磁场，因此，必须增加起动绕组，电动机才能产生旋转磁场。定子转子电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.2单相交流异步电动机起动绕组的两种形式电容分相式罩极式起动绕组起动绕组短路铜环①电容分相式单相电机的工作绕组与起动绕组在空间成嵌入定子铁心中。②罩极式单相电机的起动绕组为短路铜环，铜环套在磁极上。2.工作原理与三相电动机的工作原理类似工作绕组电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.3直流电动机*4.3直流电动机

4.3.1基本结构定子磁极机座电刷转子电枢绕组电枢铁心换向器转轴等等电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.3直流电动机直流电动机的性能优点（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用场合（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具型式他励式并励式串励式复励式电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.3直流电动机4.3.2工作原理电刷换向片电枢电源

电刷换向器在电枢线圈中形成电枢电流

载流导体和在磁场中受电磁力作用由形成电磁转矩

驱动电枢（转子）旋转

电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.3直流电动机4.3.3机械特性电枢绕组感应电动势，总与方向相反，成为反电势。电枢电流电枢绕组内阻每极磁通常数电机转速或特性曲线

越小，机械特性越硬电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.3直流电动机4.3.4直流电动机的应用①起动②正反转③调速注意起动前必须先加励磁电源，且要满磁。要限制电枢电流。改变电枢电源极性或励磁电源极性。改变改变改变使改变电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机*4.4控制电动机

步进电动机伺服电动机测速发电机

异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，将电能转换为机械能。控制电机主要功能是转换和传递信号。伺服机将电压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移；测速电机将转速转换为电压信号。控制电机的要求是动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机4.4.1伺服电动机分类交流伺服电动机直流伺服电动机作用伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机控制绕组励磁绕组转子1.交流伺服电动机结构、工作原理与电容分相式单相异步电动机相似励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。（1）结构电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机接线方式（2）工作原理相位相差90的电流和使电机产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子就旋转起来，这就是交流伺服电动机的工作原理。控制电源励磁电源电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机（3）电磁转矩特性交流伺服电动机的T=f(s)曲线（Uc=0时）s'T210s"T"T'T021反转正转

当Uc=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T的合成转矩T与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在Uc=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机交流伺服电动机的机械特性曲线(

Uf=const

)nTUC0.8U20.6U20.4U2Tn（4）机械特性

从图中可看出，交流伺服电动机的机械特性较软。当控制电压Uc

大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压Uc

成正比。Uc

的极性改变时，转子的转向改变。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机（5）特点1）UC=0时，转子停止。2）交流伺服电机R2设计得较大，使Sm>1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。3）控制电压U2

大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压U2

成正比。U2

的极性改变时，转子的转向改变。应用

交流伺服电机的输出功率一般为0.1

瓦到几十千瓦，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机2.直流伺服电动机MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压，U2为电枢电压。结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。工作原理：与直流电动机相同。供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT直流伺服电动机的机械特性由机械特性可知：(1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机立即停转。电枢电压的极性改变，电机反转。正反转应用直流伺服电机的特性比交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机4.4.2步进电动机原理步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。特点(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变方向。种类有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机1.反应式步进电动机的结构定子转子定子绕组组成定子转子均由磁性材料构成，定子有六个磁极，六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相，步进电机的“相”是绕组的组数，绕组中输入直流电脉冲，与异步电机的“相”不同。转子有四个磁极。电气控制系统-动画演示《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页上一页章目录节首页4.4控制电动机2.步进电动机的工作方式三相单三拍三相单双六拍三相双