工学电工技术第7章讲ppt课件.pptVIP

第7章交流电动机 电工技术 本章要求 1 了解旋转磁场的产生与作用 2 了解交流电动机的转动原理 3 了解异步电动机的电路分析 4 掌握异步电动机的转矩与机械特性 5 掌握三相异步电动机的起动 调速 制动及铭牌数据的意义 1 电动机 电动机的分类 电工技术 2 7 1三相异步电动机的构造 电工技术 三相异步电动机由定子和转子构成 定子和转子都有铁心和绕组 定子的三相绕组为AX BY CZ 转子分为鼠笼式和绕线式两种结构 鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式 绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同 3个绕组的末端连接在一起构成星形连接 3个始端连接在3个铜集电环上 起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接 3 三相异步电动机的组成 鼠笼式电动机的各部件 电工技术 4 三相异步电动机的结构 定子 定子绕组 三相 机座 U V W分别代表三个线圈 角标1表示线圈的首端 角标2表示线圈的末端 电工技术 5 定子由定子铁心 定子绕组 机座三部分组成 定子铁心 一般采用0 5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成 形状为环行 沿内圆表面均匀轴向开槽 作用 一是导磁 二是安放绕组 1 定子 定子绕组 由漆包线绕制而成 连接方式有三角形或星形两种 作用 形成旋转磁场 机座 中小型电机采用铸铁机座 大型电机采用钢板焊接机座 作用 支撑定子铁心 电工技术 6 定子硅钢片 装有三相绕组的定子 电工技术 7 机座外有一接线盒 选择不同的接线方式可以使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形 接线盒 电工技术 8 注 定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形连接 电工技术 9 2 转子 转子主要由转子铁心和转子绕组组成 转子铁心 它用0 5mm厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成 作用 一是导磁 二是安放绕组 转子绕组 电工技术 10 7 2三相异步电动机的转动原理 电工技术 11 磁极旋转 导线切割磁力线产生感应电动势 导线长 切割速度 右手定则 左手定则 注意 受力方向与磁场旋转方向一致 电工技术 12 异步 2 线圈比磁场转得慢 电工技术 13 电工技术 把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源 定子绕组中便有对称三相电流流过 异步电动机中 旋转磁场代替了旋转磁极 7 2 1旋转磁场 14 电工技术 15 旋转方向 取决于三相电流的相序 注意 只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接其中两相 旋转磁场的方向改变 电机的旋转方向也改变 旋转磁场的旋转方向 电工技术 C B A 16 磁极对数 P 的概念 A B X Y C Z A B C 电工技术 17 磁极对数 P 的改变 将每相绕组分成两段 按右下图放入定子槽内 则形成两对磁极的磁场 P 2 A A C Z X X B Y Y B C Z A B C 电工技术 18 三相异步电动机的同步转速 旋转磁场的转速决定于磁场的极数 0 电工技术 19 结论 电工技术 1 在对称的三相绕组中通入三相电流 可以产生在空间旋转的合成磁场 2 磁场旋转方向与电流相序一致 电流相序为A B C时磁场顺时针方向旋转 电流相序为A C B时磁场逆时针方向旋转 3 磁场转速 同步转速 与电流频率有关 改变电流频率可以改变磁场转速 对两极 一对磁极 磁场 电流变化一周 则磁场旋转一周 同步转速no与磁场磁极对数p的关系为 20 7 2 2三相异步电动机的转动原理 电工技术 静止的转子与旋转磁场之间有相对运动 在转子导体中产生感应电动势 并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流 其方向用右手定则判定 转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用 F的方向用左手定则判定 电磁力在转轴上形成电磁转矩 电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致 21 电工技术 电动机在正常运转时 其转速n总是稍低于同步转速no 因而称为异步电动机 又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的 所以也称为感应电动机 当旋转磁场反转时 电动机也跟着反转 22 7 2 3转差率异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率 用s表示 即 转差率是异步电动机的一个重要参数 异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为1 9 电工技术 23 7 3三相异步电动机的电路分析 电工技术 7 3 1定子电路 忽略R1和X1上的压降 则 24 7 3 2 转子电路 电工技术 25 电工技术 26 7 4三相异步电动机的转矩与机械特性 电工技术 7 4 1转矩公式 27 7 4 2机械特性曲线 电工技术 1 额定转矩TN 电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩 忽略空载损耗转矩 则额定转矩等于机械负载转矩 st st 28 电工技术 式中PN是电动机的额定功率 单位为千瓦 kW nN是电动机的额定转速 单位是转 分 r min 单位 牛顿 米 29 2 最大转矩Tmax 电工技术 30 3 起动转矩Tst 电工技术 电动机刚起动 n 0 s 1 时的转矩称为起动转矩 st 当电动机的启动转矩TST大于负载阻转矩TL时 电动机转动起来 否则将起动不了 电动机的启动能力 约为1 4 2 2 31 电磁转矩与电源电压的关系 结论 电动机的电磁转矩对电压很敏感 电磁转矩T与电动机定子绕组所加电压U的平方成正比 T U2 电工技术 32 7 5三相异步电动机的起动 电工技术 7 5 1起动性能 1 起动电流Ist的影响 2 起动转矩的影响 异步电动机起动时的主要缺点 起动电流较大 起动电流较大 当频繁起动时 使电动机过热 如果起动转矩过小 电动机不能满载起动 如果起动转矩过大 会使传动机构受到冲击而损坏 33 7 5 2起动方法 电工技术 1 直接起动 十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动 3 转子串电阻起动 34 电工技术 1 直接起动 直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式 又叫全压起动 优点 起动简单 缺点 起动电流较大 将使线路电压下降 影响负载正常工作 适用范围 电动机容量在10kW以下 并且小于供电变压器容量的20 35 2 降压起动 电工技术 Y 换接起动 在起动时将定子绕组连接成星形 通电后电动机运转 当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形 适用范围 正常运行时定子绕组是三角形连接 且每相绕组都有两个引出端子的电动机 优点 起动电流为全压起动时的1 3 缺点 起动转矩均为全压起动时的1 3 36 设 电机每相阻抗为Z Il 电工技术 37 自耦变压器上备有40 60 80 等抽头 以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压 自耦变压器降压启动 优点 不受电动机绕组接线方法的限制 常用于起动容量较大的电动机 缺点 是设备费用高 不宜频繁起动 电工技术 38 电工技术 绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后 既可以降低起动电流 又可以增大起动转矩 3 转子串电阻起动 起动时将适当的R串入转子绕组中 起动后将R短路 电动机启动时 达到限制启动电流的目的 39 已知某三相异步电动机UN 380V cos N 0 82效率 84 额定功率PN 4KW 额定转速nN 1440r min 试求 额定电流 额定转矩TN 启动转矩Tst 最大转矩Tm 过载能力为2 2 启动能力为1 8 试问在电压降低30 即电压为额定值的70 负载阻转矩为额定值的80 的重载情况下 能否启动 为什么 满载时能否启动 为什么 解 因为 所以求得 IN 8 8A 电工技术 例 40 当电压降低30 时 根据T U2 对应的启动转矩 额定转矩 电工技术 41 当负载满载时 不可以启动 42 7 6三相异步电动机的调速 电工技术 三相异步电动机的转速 7 6 1变频调速 通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源 然后供给三相异步电动机 从而使电动机的速度得到调节 变频调速属于无级调速 具有机械特性曲线较硬的特点 无级调速 43 电工技术 主要有以下2种变频调速方式 1 当f1 f1N 即低于额定转速调速时 采用恒转矩调速 即保持磁通 和转矩T近似不变 2 当f1 f1N 即高于额定转速调速时 采用恒功率调速 8 6 2变极调速 通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p来调速 因磁极对数只能是按1 2 3 的规律变化 所以用这种方法调速 电动机的转速不能连续 平滑地进行调节 有级调速 44 电工技术 8 6 3变转差率调速 通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的 又称为变阻调速 调速电阻的接法与起动电阻相同 这种方法只适用于绕线式异步电动机 无级调速 45 7 7三相异步电动机的制动 电工技术 7 7 1 能耗制动 电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电源 感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用 产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反 起到制动作用 特点 是制动准确 平稳 但需要额外的直流电源 46 7 7 2 反接制动 电工技术 电动机停车时将三相电源中的任意两相对调 使电动机产生的旋转磁场改变方向 电磁转矩方向也随之改变 成为制动转矩 注意 当电动机转速接近为零时 要及时断开电源防止电动机反转 特点 简单 制动效果好 但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快 因而电流较大 对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路 鼠笼式 或转子电路 绕线式 中接入电阻 用以限制电流 47 电工技术 48 7 7 3发电反馈制动 电工技术 电动机转速超过旋转磁场的转速时 电磁转矩的方向与转子的运动方向相反 从而限制转子的转速 起到了制动作用 因为当转子转速大于旋转磁场的转速时 有电能从电动机的定子返回给电源 实际上这时电动机已经转入发电机运行 所以这种制动称为发电反馈制动 49 7 8三相异步电动机的铭牌数据 电工技术 型号 50 电工技术 功率 电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率 称为额定功率或容量 电压 电动机的额定线电压 电流 电动机在额定状态下运行时的线电流 频率 电动机所接交流电源的频率 转速 额定转速 接线方法 51 防护等级IP44 防护等级由字母IP和两个数字组成 IP是 International国际 与 Protection防护 的首写字母 IP后面的第一个数字代表第一种防护型式 防尘 的等级 第二个数字代表第二种防护型式 防水 的等级 数字越大 防护能力越强 效率 N电动机额定输出的功率P2