电机电气(精品).ppt

1,第六讲：三相交流电动机基本知识,本讲主要内容：,一、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的基本结构三、三相异步电动机的铭牌数据,返回,交流电动机感性认识,4,异步电动机原理模型,e,i,磁铁,闭合线圈,人为转动,感应电流受力而旋转,感生电流,5,一、三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的简图，外部是定子铁心，内部是转子铁心，二者之间是均匀的气隙。定子铁心中嵌放三相定子绕组，每相绕组均只有一个线圈，分别是AX、BY、CZ，三相绕组对称放置，空间互差120。定子绕组外接三相电源，流经绕组的电流三相对称，相序为ABC，,1、旋转磁场的产生,为了研究磁场的变化情况，选取t=0、t=90、t=210、t=330四个时刻，如图所示。三相电流产生了一个两极磁场（一对磁极），随着电流的交变，磁场在空间发生旋转，产生一个旋转磁场。,产生旋转磁场的条件一是空间对称的三相定子绕组;二是通入三相对称电流。,6,由图可以看出，当某一相绕组中的电流达到最大值时，旋转磁场的轴线方向与该相绕组的轴线重合。三相电流是按相序先后达到正向最大值的，所以，旋转磁场的旋转方向取决于绕组中三相电流的相序。,2、旋转磁场的转向,图中，三相电流相序为ABC，三相绕组AX、BY、CZ按顺时针方向排列，绕组中的电流按顺时针方向先后达到最大值，故旋转磁场的转向为顺时针。如果将定子绕组的三相电源线中的任意两相交换，则绕组中三相电流的相序即由顺时针变为逆时针，旋转磁场也相应地逆时针反向旋转。,7,图中的每相绕组由两个线圈串联组成，如A相绕组由线圈AX与AX串联成AXAX，首端为A，末端为X.。各相绕组首端之间相差60空间角度，末端之间相差60空间角度，均匀分布在定子铁心中。,3、旋转磁场的转速,选取t=0、t=120、t=240、t=360四个时刻，可以看出，图2中的旋转磁场有两对磁极，即p=2。同样，若每相绕组由三个线圈串联组成，并在定子铁心中均匀排列，则可产生3对磁极的旋转磁场。,结论旋转磁场的转速n1取决于电流频率f和磁极对数p。,8,4、工作原理,三相交流电源接通三相定子绕组,定子绕组产生三相对称电流,三相对称电流在电机内部建立旋转磁场,旋转磁场与转子绕组产生相对运动(切割),转子绕组中产生感应电流,感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用,在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n。,三相对称电流,旋转磁场,感应电流,由此可知，异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应电动机。,9,5、转差率,旋转磁场的转速与转子（电动机）的转速之差称为转差，转差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用s表示，即,转差率s是异步电动机运行时的一个基本变量，负载变化时，s也随之改变，空载时，s0.005，满载时，s0.06。,A,Y,C,B,Z,X,n1,n,旋转磁场转速,电动机转速,10,【例题】,异步电动机满载时，s0.06故异步电动机的额定转速略小于磁场同步转速，由此可知同步转速n1=750r/min,p=4，2p=8。,空载转速n0=(1s0)n1=(10.267%)750=748r/min,r/min,额定转差率,某三相异步电动机，电源频率为50Hz，空载转差率s0=0.00267，额定转速nN=730r/min。试求：电机的极数2p、同步转速n1、空载转速n0、额定转差率sN。【解】旋转磁场的同步转速为,11,二、三相异步电动机基本结构与分类,(1)定子定子铁心：嵌放绕组，提供磁路。(2)转子：定子绕组：产生旋转磁场。转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。转子绕组：感应出电势、电流。（笼型和绕线型）(3)机壳气隙等(4)材料：铁心均由硅钢片叠压而成；,1、三相异步电动机的结构,12,2、电动机的分类,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、异励、串励、复励,控制电机：步进电机，伺服电机，自整角机,按构造和原理分类,13,三、三相异步电动机的铭牌数据,1、额定容量（功率）PN（单位：KW）指转轴上输出的机械功率。2、额定电压UN（单位：V）：加在定子绕组上的线电压。3、额定电流IN（单位：A）：输入定子绕组的线电流。,4、额定转速nN（单位：r/min）。5、额定频率fN（单位：HZ）：我国工频为50HZ。6、绝缘等级。,7、接线方法：定子绕组有Y和两种接法。8工作方式：连续、短时、断续周期。,返回,独立完成,课后任务：已知电动机的名牌数据（nN,PN,IN,cos），计算其额定转差率，额定转矩与额定效率。,15,第十一讲单相交流异步电动机及其应用,一、单相电流只能产生脉振磁场,二、单相分相式异步电动机,四、三相异步电动机的单相运行,三、单相罩极式异步电动机,主要内容,返回,单相电动机感性认识,17,【引入】,单相异步电动机使用单相交流电源，驳接电源方便，结构简单，成本低廉，运行可靠，广泛用于家用电器、电动工具、医疗设备等各方面。与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机体积大、性能差，故单相异步电动机多为小容量，其功率一般不超过750W。单相异步电动机的结构也分为定子和转子两部分，定子绕组接单相交流电源，转子多为笼型。,18,一、单相电流只能产生脉振磁场,根据电机学的理论，在时间上有相位差的多相交变电流流经在空间上有相位差的多相绕组时，才能产生旋转磁场。,单相异步电动机的单相定子绕组中流过单相交变电流时，产生的不是旋转磁场，而是磁场轴线位置在空间静止不动的脉振磁场，如图所示。,19,脉振磁场分解为两个旋转磁场,一个固定不动的脉振磁场可分解成两个转速相同、转向相反的旋转磁场，或者说，两个转速相同、转向相反的旋转磁场可以合成为一个位置不动的脉振磁场。为了便于分析，将单相异步电动机的脉振磁场，同三相异步电动机一样，单相异步电动机的转子会在旋转磁场作用下产生电磁转矩，并且是两个方向相反、大小相等的转矩，二者作用相互抵消，转子静止不动。,正序旋转磁场,负序旋转磁场,F正,F反,20,单相异步电动机的机械特性,它具有如下几个特点：,1）当转速n=0时，无起动转矩，不能起动，即“不推不转”；2）当n0，T0，机械特性在第象限，即“正推正转”；3）当n0，T0，机械特性在第象限，即“反推反转”。,上述分析说明，单相异步电动机的单相定子绕组通电后不会建立旋转磁场，没有起动转矩。为解决起动问题，必须设法使电动机起动时产生一个真正的旋转磁场，常用的方法有分相起动和罩极起动，据此可将单相异步电动机分成两种类型。,21,二、单相分相式异步电动机,分相起动方式是在定子铁心上安放两相绕组，一个是主绕组（工作绕组），另一个是副绕组（起动绕组），两相绕组的空间位置相差90电角度。在两相绕组中分别通入相位差为90或接近90的两相电流，建立起旋转磁场，转子在旋转磁场作用下产生起动转矩，转子起动旋转。当转速上升至（7080）%nN时，利用离心开关或继电器触点将副绕组切除，正常运行时，只有主绕组接在电源上。,22,1、电阻分相,如图3所示，与主绕组A相比，副绕组B电阻较大，两相绕组中流过相位不同的两相电流，可以建立旋转磁场，电动机便可起动，此种方法称为电阻分相起动。由于两相电流的相位差达不到90，大小也不相等，属于不对称电流，建立的是椭圆形旋转磁场，电动机的起动转矩较小，只能用于轻载起动的场合。,图3电阻分相起动单相异步电动机原理,转子,A,B,K,.IA,.IB,.U,.IB,.IA,.U,23,2、电容分相,如图4所示，在副绕组B的回路中串接电容器C，正确选择电容值，可使大小相等，相位差90，形成两相对称电流，建立圆形旋转磁场，产生较大的起动转矩，可用于满载起动的场合，此种方法称为电容分相起动。,单相分相式异步电动机的转向取决于旋转磁场的方向，只要将主绕组或副绕组的两个出线端对调，使旋转磁场反向旋转，电动机即可反转。,24,三、单相罩极式异步电动机,如图5所示，罩极式电动机的定子多做成凸极铁心，铁心上套装集中绕组(短路环)。每个磁极对应的一侧开有一个小槽，槽中套装短路铜环，罩住小部分铁心，称为罩极。,单相罩极式异步电动机结构简单、制造方便，但起动转矩较小，多用在小型电风扇、录音机等设备中。罩极电动机的转向总是从磁极的未罩部分指向罩极部分，转向不能改变。,25,罩极式电动机的旋转磁场,当定子绕组中通入单相交变电流后，将产生交变磁通，磁通B的变化滞后于磁通A的变化。这就使得有不同空间位置的A和B在时间上也有了相位差，好象磁场从没有短路环的一侧向有短路环的一侧移动，形成一个移动磁场，可将其看成一个椭圆度很大的，使转子产生电磁转矩并旋转，如图6所示。,26,四、三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在起动前有一相断路,在运行过程中有一相断路成单相运行,有时遇到有三相电动机，而只有单相电源,独立完成,返回,课后作业：单相异步电动机起动转距是怎样产生的？单相电动机一般有几个接线端？,0,28,0,第十七讲三相异步电动机的典型控制,下页,返回,29,转矩T,转速n,n1,-n1,电动运行,发电制动,转速反接制动,能耗制动,电源反接制动,起动、调速、反向、制动在特性曲线上的描述,下页,如何实现这些特性？由本章控制回路来完成！,2,回顾前几讲学习过的主要内容,30,按距离分：就地控制与远方控制系统；,按控制量分：时间控制、电流控制、速度控制、位置控制、压力控制、温度控制。,按工作程序分：顺序控制和逆序控制,按触点分：有触点控制系统与无触点控制系统；,下页,这些是实现控制的核心部件,1,控制系统的分类与核心器件,31,组成：仅由一只闸刀开关(QS)或自动断路器(QF)组成。是一种最简单的控制电路，主电路和控制电路为同一电路。,特点：结构简单，仅能实现简单的手动起停。它不能实现远距离控制和自动控制，也不能实现零压、欠压和过载保护。,适用范围：开关控制的电路仅适用于不频繁起动的、技术要求较低的小容量电动机或其他用电设备。,下页,3,最简单的控制,32,皮带输送机系统（如图），带风冷的机电设备，带润滑系统的大型机电设备，这些系统均由两台以上的电动机组成，为保证系统正常工作，一般要采用顺序控制，按先后次序起停电动机。,先M1，后M2，切断货源，防止压带,堵转,3、顺序控制的类型：主电路直接实现方式和控制电路实现方式,1、含义：根据生产工艺的要求，按先后顺序启动或停止电动机。,2、作用：保证生产系统（设备）按工艺要求安全可靠的工作。,开机顺序：,先M2，后M1，防止压带,堵转,停机顺序：,一、顺序控制的含义及其作用,下页,5,33,1、电路组成特点后起电动机（M2）的主电路接在先起电动机（M1）接触器（KM1）的主触头的下面（后面）。保证了只有KM1主触头闭合（电动机M1起动后），M2才有可能起动。,二、主电路直接实现的顺序控制,下页,先起电动机,后起电动机,3,34,2、控制电路的组成与过程分析（1）、电路组成（两套控制线路）,主电路实现的顺序的控制电路,下页,2,35,（2）控制过程分析启动、停车,启动：,停车：,合QS,控制回路得电,按起动按钮SB1,接通线圈KM,主触点KM闭合,常开触点KM闭合,M1启动,短接SB1,自锁,合手动开关X,M2启动,按停车按钮SB2,线圈KM断电,M1、M2停车,自锁触点复位,下页,4,36,过载或短路保护：,失压和欠压保护：,（3）控制过程分析保护与演示,返回,9,37,1、线路a结构特点与工作原理,三、由控制电路实现的顺序控制讨论a、b、c三种不同的结构方式,KM2的控制线路与KM1线圈并联,线路a结构特点,下页,控制系统工作过程分析（下页）,保证了KM1得电后，KM2才可能接通，从而实现了M1起动后，M2才能起动的顺序要求。,在主电路实现的基础上，将电动机M2的控制电路与接触器KM1的线圈并接。,4,38,控制电路a的工作原理,1.准备,3.停车和保护过程（略）,将这一组线下移，可实现双重的顺序控制,合QS,控制回路得电,2.起动,按SB1,接通线圈KM1,主触点闭合,常开触点闭合,M1启动,短接SB1,自锁,按SB2,主触点闭合,接通KM2,M2启动,常开触点闭合,短接SB2,自锁,下页,5,39,在电动机M2的控制电路中，串接了接触器KM1的常开辅助触头。显然，只要KM1常开触点不闭合（M1不起动），KM2线圈就不能得电，M2电动机就不能起动。另外，由于增加了一只停止SB22,可以单独停止M2而不影响M1。,单独停止,顺序控制,下页,4,2、线路b的特点,40,在电动机M1的停止按钮两端并接了接触器KM2的常开辅助触头。不但可以顺序起动M1M2，而且实现了M2停止后，M1才能停止的控制要求，即顺序起动、逆序停止。,3、线路c的特点,顺序控制实例见下页,只要我断开后，旁边的停车按钮才起作用！,下页,返回,4,41,四、带延时的顺序控制皮带运输机控制系统,停止按钮,启动按钮,紧停按钮,线路中的这些数字干什么用的？,哎！常开按钮也可以做停止按钮哇,返回,8,42,6.1.2多地控制（远方控制）,1、含义能在两地（就地和远方）或多地控制（起停）同一台电动机的控制方式称为电动机的多地控制。2、构成特点（见右图）就地和远方的起动按钮并联在一起，停止按钮串联在一起。这样就可以分别在甲、乙两地起、停同一台电动机，达到操作方便的目的。3、应用场所危险作业场合或无人值守场所的机电设备,这是公共连接点,下页,5,43,4、远方按钮构成与连接,鼠笼式电动机两地控制接线图,可使操作人员远离危险场所,返回,下页,5,返回,课后作业：P1822345思考题：预习163-168课本内容,独立完成,0,45,第十八讲异步电动机的起动控制,一、直接起动控制线路,二、降压起动控制线路,返回,0,46,一、直接起动控制线路,点动控制电路,连续控制电路,点动、连续控制电路,正反转控制线路,控制线路的接线,返回,0,47,动作原理,控制电路,主电路,一、直接起动控制线路点动控制,结构特点控制回路仅由一只继电器和一个按钮组成。这是一种最基本的电动控制线路多用于机床的辅助控制,起动：,停车：,下页,返回,9,48,连续控制,组成特点：在点动控制电路中增加一个自锁触头KM和停止按钮SB1。,因为该电路有自锁触头，所以具有失压保护和防止自启动的功能。,返回,9,49,点动、连续控制,主电路,组成特点1、在连续控制电路的基础上，增加了有两个触头的点动按钮SB3，在接通电路的同时也将自锁回路断开，因此可实现点动控制。2、SB2：连续运行3、该电路还增加了过载保护环节（FR）,控制特点：在同一电路中既可以实现点动控制，又可以进行连续控制。,返回,9,50,正反转控制电路之一正停反控制电路,正停反控制电路,增加了一组反转控制电路。,组成特点：1、增加了一组反转控制电路；2、反转时，主回路任意两相交换。,AC两相交换,返回,9,51,正停反控制电路操作过程分析与演示,该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。若正转时按下反转按钮，或同按下SB2和SB3会造成短路！,正转,反转,停止,9,52,正反转控制电路之二带电气互锁的正反转控制电路,互锁电路避免了两只接触器同时得电，从而防止了由于误操作造成的主回路两相短路事故的发生。,结构特点：分别在接触器回路中增加了互锁触头。,将对方的常闭触头串联在自己线圈回路中，同一时间只能由一支接触器得电的控制方式称为互锁或连锁。,互锁含义：,互锁作用：,下页,返回,4,53,正反转控制电路之三带有双重互锁的正反转控制,含有双重互锁的正反转控制,结构特点：在上一套电路的基础上，改换一对具有两组触头的起动按钮，并将常闭触头串接在对方的回路中,形成机械互锁。即使电气闭锁失灵，KM1和KM2也不会同时得电，增加了互锁的可靠性。,三种电路的比较与（正停反）控制线路相比较，后两组电路可以直接进行正反转的变换控制，提高了劳动效率及安全性。,返回,5,54,、自动往复循环控制电路由机械控制的正反转,工作台,控制要求：,按下启动按钮启动后，工作台作直线运动时撞击位置开关，使电机反转，工作台返回，周而复始。,核心部件：限位开关SQ1、SQ2,限位开关SQ的两个触点图形符号,常开触点,常闭触点,限位开关控制关系,撞块触碰时，常开触点闭合，常闭触点断开。撞块离开，触点状态相反。,下页,7,55,自动往复循环控制电路过程分析,SB2,KM1得电,正转左移,KM1断电KM2得电,QS,SQ1常闭断开常开接通,KM1断电、左移停止KM2得电、电机反转,反转右移,右移停止电机正转,返回,2,56,自耦变压器降压起动控制电路,二、降压起动控制线路,定子回路串电阻降压起动控制电路,Y-降压起动控制电路,返回,0,57,定子回路串电阻降压启动控制电路,缺点：电动机起动结束后，KM1和KT一直得电，这是不必要的，这样做会缩短元件的使用寿命。应当想办法解决。,控制电结构特点：,增加了时间继电器KT，由KT控制KM2将起动电阻R切除。,工作原理（a套线路）,合QS，按SB2,KM1得电,串阻R起动自锁,并接通KT,KM2得电,短接电阻R,电动机正常运转,下页,7,58,接触器KM2得电后，用其常闭触点将KM1及KT的线圈电路切断,使它们退出工作，同时KM2自锁。这样，在电动机起动后，只有KM2保持带电状态，且保证了电路正常运行。,对（a）图稍加补充就使得完成工作后的继电器及时退出工作，如（b）图所示。增加KM2常闭触点，切除启动结束后的KM2和KT。增加KM2常开触点，实现自锁。,电路控制原理：,电路完善（a）（b）,返回,7,59,Y-降压起动控制电路之一,KM1接通电源、KM2将电机绕组接成三角形,KM1接通电源、KM3将电机绕组接成星形,KM2与KM3不能同时接通，否则将发生三相短路。,起动(Y)：,工作(