电工课程教案

电工技术 教 案 任课教师 吴笑峰 信息与电气工程学院 湖南科技大学课程教案 首页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术课程编号 授课学期2011 2012 第一学期考核方式 考试学分1 5 授课年级专业班级学生人数 总学时数 24 学时理论学时 24 学时实践学时另开课 学时 课堂讲授 24 学时小组讨论 学时现场讲解 学时 教学 目标 及基 本要 求 学生通过本课程的学习 获得电工技术的基本理论 基本知识和基本技能 了解电 工技术的应用和发展 为学习后续课程和从事科学研究工作打下一定基础 教学 重点 磁路和变压器 交流电动机 继电接触器控制系统 教学 难点 变压器的磁动势平衡关系 电动机定子电路和转子电路方程式 名称 电工学 上册 电工技术 第七版 作 者秦曾煌教 材出版社高等教育出版社出版时间2011 年 2 月 作 者付植桐 电工技术 出版社及出版时间清华大学出版社生 2002 年 作 者叶水音 电机学 出版社及出版时间水利电力出版社 2005 年 作 者马宏春 指 定 参 考 书电气控制技术 出版社及出版时间大连理工大学出版社 2005 年 湖南科技大学课程教案 章节 专题首页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 章节 专 题 第六章 磁路和铁心线圈电路 教学 目标 及基 本要 求 熟悉磁路的基本物理量和磁路基本定律 了解磁性材料的磁性能 理解铁心线圈电路中的电磁关系 电压电流关系 以及功率与能量问题 掌握电 磁关系式 U 4 44fN M 了解变压器的基本构造 掌握其工作原理和电压 电流 阻抗的变换 熟悉变压 器外特性 绕组的同极性判别方法等 了解特殊变压器的工作原理及使用方法 熟悉电磁铁的吸力计算 以及交流电磁铁与直流电磁铁的异同 教学 重点 磁路的基本概念和磁路的基本定律 电磁关系式 U 4 44fN M 变压器变换电压 电流 阻抗的功能及计算 教学 难点 变压器的磁动势平衡关系 教学 内容 与时 间分 配 6 1 磁路及其分析方法 6 2 交流铁心线圈电路 上 2 课时 6 2 交流铁心线圈电路 下 6 3 变压器 上 2 课时 6 3 变压器 下 6 4 电磁铁 2 课时 习题P197 6 1 1 6 1 2 6 2 1 6 2 2 P198 6 3 1 6 3 4 P199 6 4 1 湖南科技大学课程教案 分页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 授课内容 6 1 磁场的基本物理量 磁通 单位 b 韦伯 x 麦克斯韦 b 108 x 磁感应强度 单位 特斯拉 s 高斯 104 s 磁场强度 单位 A m 安 米 e 奥斯特 A m 4 10 e 对于环形线圈 磁压降为 为线圈长 磁动势 为电流 为匝数 磁导率 单位 m 亨利 米 真空磁导率 0 10 7 m 磁阻 m 磁路欧姆定律 磁通势 m 证明 m 所以 m 说明 因为 非常数量 所以 m 非定值 故不能用 m 计算 由于有剩磁 当 时 6 1 磁性材料的磁性能 一 高导磁性 相对磁导率 r 可达 104 以上 磁饱和性 磁滞性 磁化曲线 磁滞回线 二 磁性材料 软磁材料 永磁材料 矩 磁材料 6 1 3 磁路的分析方法 一 磁路 1 要得到相同的磁通 若铁心截面积 S 相同 则要有相等的磁感应强度 B 采用磁导率 高的铁心材料 可使线圈的用铜量大为降低 2 如果线圈中通过相等的励磁电流 I 要得到相等磁通 采用磁导率 高的 材料 可使铁心的用铁量大为降低 3 磁路中的空气隙磁阻 Rm 很大 若线圈匝数不变 必须增大励磁电流 I 才可以得到相同的磁感应强度 B 二 例题 1 有一铁心线圈 铁心截面积 5Cm2 平均磁路长 40Cm2 线圈匝数 2000 匝 要求得到 40000MX磁通 分别采用铸铁和硅钢片时 线圈的励磁电流 I 分别为多少 解 B 0 8 T S 4 8 105 1040000 查表 P235 图 7 2 5 得 H硅 220 A m H铸 6000 A m I硅 H硅L N 220 0 4 2000 0 044 A I铸 H铸L N 6000 0 4 2000 1 2 A I铸 I硅 1 2 0 044 27 3 倍 若在硅铁心线圈中也通入 1 2 倍电流 要得到 40000MX磁通 则铁心截面积 S 可减少 多少倍 解 对应 H 6000A M 查表 B硅 1 7 T B铸 0 8 T S硅 B硅 40000 10 8 1 7 0 0002353 2 353 2 S铸 B铸 40000 10 8 0 8 5 2 S铸 S硅 5 2 353 2 1 倍 即铁心截 面积 S 可减少 2 1 倍 例 2直流继电器线圈 铸钢铁心 磁路总 长 时 其中空气隙 设线圈中通 电流 如要得到 的磁感应强度 求线圈匝数 解 查铸钢磁化曲线 当 B 0 9 T 时 500 A m 则 L 500 39 2 2 10 2 195 A 空气隙磁场强度 0 0 0 B 7 104 9 0 7 2 105 A m 则 0 7 2 105 0 2 10 2 1440 A F NI 195 1440 1635 A 故 N F I 1635 匝 由以上计算知 当磁路含有空气隙时 空气隙中的磁阻较大 磁通势基本都降落在空气隙 上面 6 2 交流铁心线圈电路 电磁关系 u i iN e 主磁电势 e 漏磁电势 由基尔霍夫电压定律 R 电压和磁通的关系 设 m Sin t 则 e N N mCos t mSin t 90 dt d dt tSind m 式中 m m 即 4 44fN m 2 Em 2 2 m fN U 4 44fN m 交流磁路重要公式 铁心线圈电路的有功功率 UICOS I2R PFe 其中 PFe Ph Pe 减少铁心线圈损耗的方法 减少铜损 采用良导体 加大导线直径 减少磁滞损耗 采用软磁材料 如硅钢片 减少涡流损耗 采用铁心顺磁场方向选片 铁心线圈参数变化对磁感应强度 线圈电流 I 和铜损 I2 R 的影响 直流励磁 铁心 加倍 电源电压 线圈 不变 I U R I 不变 I2 R 不变 又 B H IN L B 不变 而 BS S 加倍 加倍 直流励磁 线圈 加倍 其它不变 I U R I 不变 I R 不变 B IN L 且 N 加倍 B 加倍 又 BS B 加倍 也加倍 交流励磁 铁心 加倍 其它不变 m 而 f 不变 不变 fN U 44 4 且 加倍 减为原来一半 L 且 减半 减半 I R 也减为原来一半 N L 交流励磁 线圈 加倍 其它不变 m 且 加倍 减为原来一半 fN U 44 4 且 减半 减为原来一半 且 减半 而 加倍 减为原来的 I2 R 原来的 1 16 N BL 交流励磁 频率 加倍 其它不变 m 而 加倍数 减为原来一半 fN U 44 4 而 减半 也减半 而 减半 减半 I2 R 也减为原来 1 4 N L 交流励磁 频率 减半 也减半 其它不变 m 不变 也不变 fN U 44 4 不变 I2 R 也不变 N L 6 3 变压器 一 变压器的工作原理 1 e 1 e1 u1 i1 i1N1 e2 i2 i2N2 2 e 2 二 电压 电流和阻抗变换 1 电压变换 E1 4 44fN1 m E2 4 44fN2 m 变压器空载时 2 20 2 2为变压器副边负载电压 20为变压器副边空载电压值 20 称为变压比 电流变换 不考虑损耗时 有载磁动势 空载磁动势 故 变压器额定容量 2N 2N 1N 1N 副边额定电压 N是指原边加额定电压 N 时 副边的空载电压值 20 阻抗变换 1 2 1 Z 22 11 IU IU 2 1 U U 1 2 I I 2 2 1 N N 三 变压器的极性 正向绕法 反向绕法 图 变压器绕组的极性 1 3 5 7 2 4 6 8 7 1 3 5 2 4 6 8 四 变压器的外特性 输出电压变化率 20 N 100 一般不大于 5 图4 变压器的外特性 U cos 1 cos 0 8 五 变压器的损耗和效率 铁损 e 与铁心内磁感应强度最大值 有关 与负载大小无关 铜损 与电流的平方成正比 效率 2 1 值通常在 95 以上 CuFe PPP P 2 2 六 变压器构造 心式 壳式 七 变压器计算实例 例 有一照明变压器 容量 50 VA U 380V U 36V 要重绕已知 铁心截面 22 41 2 铁心材料用 0 35 厚硅钢片 计算原 副绕组匝数及导线线 径 解 铁心有效截面积 2 2 4 1 0 9 8 1 2 迭片系数通常取 0 9 对于 0 35 硅钢片 取 1 1 T 原绕组匝数 1 1920 SfB U m 44 4 1 4 101 81 15044 4 380 副绕组匝数 2 190 设 20 1 05 2 1 20 1 U U N 1 2 1 05 1 U U N 副绕组电流 2 2 1 39 A 原绕组电流 1 1 0 13 A 取电流密度 2 5 A 2 J 值大小与发热情况有关 d 4 2 d J I 4 1 0 256 5 214 3 13 0 4 选取导线直径系列值 0 23 0 25 0 27 0 25 2 0 84 5 214 3 39 1 4 选取导线直径系列值 0 83 0 86 0 90 2 0 90 考虑到副边过载需要 向上取 号 例 小型变压器设计 输出总容量 P2 若二次侧为多绕组 电压分别为 n V 负载电流为 I2 I3 In A 则输出总容量为 P2 I2U2 I3U3 InUn VA 输入总容量 P1 P1 P2 VA 式中 为变压器的效率 若 P1 10VA 为 0 6 0 7 P1为 10 50VA 时 为 0 7 0 8 P1为 50 100VA 时 为 0 8 0 85 P1为 100 300VA 时 为 0 85 0 9 P1为 300 500VA 时 为 0 9 P1为 500 1000VA 时 为 0 95 P1为 1000VA 以上时 为 0 97 左右 铁心截面积 Fe 铁心净截面积 Fe 0 1P 式中 0 经验系数 如用变压器硅钢片 0取 1 25 如用电动机硅钢 片 0取 1 25 如用普通硅钢片 0取 1 6 铁心毛截面积 Fe Fe Fe 式中 Fe 硅钢片的叠片系数 热轧硅钢片 Fe取 0 92 0 93 冷轧硅钢 片 Fe取 0 95 0 96 铁心的选用 常用铁心有 形卷铁心及 形冲片两种 铁心型号选定后 计算铁心片厚 使 b Fe 且使 2 为绕线铁心舌宽 每伏匝数 50Hz 匝 FemSB 45 式中 m 磁通密度最大值 变压器硅钢片 m 可取 1 0 1 2 线圈匝数 一次侧线圈匝数 二次侧线圈匝数 1 05 2 1 05 线圈导线的线径 因线圈导线的电流密度 一般取 2 5 4 2 d I 最大不超过 以 2 5 计算时 线圈导线的直径为 0 715 1 I 2 0 715 2 I 这里 2 1 1 1 1 校核铁心窗口宽度 用以防止铁心窗口容纳不下所有绕组和绝缘纸 线圈每层可绕匝数 0 9 h 2 Kpd 式中 h 铁心窗口高度 铁心选定后 可查表得到 包括绝缘厚的导线外径 排绕系数 与线径粗细有关 一般取 1 05 1 15 线圈每层匝数 0 9 线组骨架两端各约空出 的空间不绕线 绕组需绕层数 一次侧线圈厚度 1 式中 层间绝缘厚度 对于 0 2 以下的导线 可用 0 02 0 04 厚的 聚酯薄膜作层间绝缘 对于 0 2 以上较粗的导线 可用 0 05 0 08 的电缆 纸或电话纸作层间绝缘 更粗的导线 可用电缆纸作层间绝缘 线圈最外层绝缘纸厚 如果电压在 500 以下 可用三层 0 12 厚 的青壳纸 另外应在一 二次线圈间加一层不闭合的铜箔或铝箔作屏蔽层 屏蔽层 应妥善接地 二次侧线圈厚度 2 2 一次侧 二次侧线圈的总厚度 0 1 2 1 1 1 2 mm 式中 0 骨架厚度 mm 1 1 1 2 尺寸裕量 校核铁心窗口宽度 要求 若遇所选铁心窗口的宽度不够时 应改变硅钢片尺寸或适当加厚铁心 再校核直至符合为 止 八 自耦变压器 九 电流互感器 钳形电流表 测流钳 要点 副绕组不允许断开 防止出现高压 为了使用安全 铁心和副绕组一端应接地 十 三相变压器 工作原理 三相变压器的联接方法 接法 图 Y y接法中Y y0联接组别 B A Z C y x X Y a b c EA EB EC Ea Eb Ec EAB Eab z A a B C b c EAB X Y Z Eab x y z a 接线图 b 相量图 接法 X A EAB x a Y B Z C z c y b Eab EA Eb EB Ea EC Ec A a B C b c EAB Eab X Y Z 30 a 接线图 b 相量图 图4 8 Y 接法中 d11联接组别 高压侧 形可降低每相绝缘要求 低压侧 形 可减小导线截面 因为在相同的传输功率下 电压提高 可减少电流 因此可以减小相线圈截面 电磁铁 一 电磁铁结构 线圈 铁心 衔铁 型式 吸合式 拍合式 螺管式 二 电磁铁的吸力 107 8 B02S0 N 0气隙磁感应强度 0气隙截面积 交流电磁铁的吸力 设 B0 Bmsin t 则吸力 f Bm2S0sin2 t 8 107 Bm2S0 8 107 2 2cos1t 1 2 Fm 1 2 Fmcos2 t 式中 m Bm2S0是吸力的最大值 8 107 吸力的平均值 F Bm2S0 N T fdt T 0 1 m F 2 1 16 107 四 交流电磁铁简易计算 设计一个交流电磁铁 一般已知工作行程 mm 电磁吸力 N 电源电压 V 频率 Hz 以及允许温升 线圈的感应电势 4 44fNS0B0 10 8 考虑到 变化时 线圈中电流 也发生变化 当 最大时 也最大 线圈电阻压降 达到最大 这时线圈感应电势近似为 U 98 0 96 0 22 IRU 当 最小时 也最小 此时 IR 很小 可忽略不计 线圈感应电势 吸力 根据麦克斯韦电磁吸力公式 t B02S0 2 0 可推得平均电磁吸力为 2Bm2S0 10 7 牛顿 N 式中 Bm为气隙最大磁感应强度 单位高斯 Gs S0为铁心极面截面积 单位为厘米 线圈匝数的计算 0 88 222 1096 0 44 4 10 SB U f E m 式中铁心磁通 漏磁系数 3 感应电势 96 决定导线直径的经验公式为 图 电磁铁的基本结构形式 衔铁 铁心 线圈 0 12 F 线圈匝数 对于直动式和拍合式电磁铁 线圈匝数可用下式简化计算 29U S 匝 线圈宽度 和高度 的计算 b 2 dN 式中 为绝缘导线最大外径单位 为线圈高度和宽度的比值 对于拍合式 和直动式电磁铁 一般取 交流电磁铁防噪声方法 在磁极端面上套一个分磁环 或称短路环 湖南科技大学课程教案 章节 专题首页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 章节 专 题 第七章 交流电动机 教学 目标 及基 本要 求 通过本章学习 在掌握三相异步电动机结构基础上 理解其工作原理 熟悉其特性 了解其使用 了解三相异步电动机的结构 工作原理及作用 掌握三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 掌握三相异步电动机的起动 调速 制动方法 了解单相异步电动机的转动原理和起动方法 教学 重点 三相异步电动机的转动原理 电磁转矩和机械特性 三相异步电动机的起动 反转 调速和制动 教学 难点 电动机定子电路和转子电路分析 电动机制动运行分析 教学 内容 与时 间分 配 8 1 三相异步电动机的构造 8 2 三相异步电动机的转动原理 8 3 三相异步电动机的电路分析 2 课时 8 4 三相异步电动机的转矩与机械特性 2 课时 8 5 三相异步电动机的起动 8 6 三相异步电动机的调速 8 7 三相异步电动机的制动 2 课时 8 8 三相异步电动机的铭牌数据 8 9 三相异步电动机的选择 8 11 单相异步电动机 2 课时 习题P238 7 3 1 7 3 2 7 4 1 7 4 4 P239 7 4 6 7 5 1 7 5 2 湖南科技大学课程教案 分页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 授课内容 7 1 三相异步电动机的构造 7 2 三相异步电动机的转动原理 7 3 三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机每相等效电路 旋转变压器 U1 i1R1 e1 e 1 e1 U2 i2R2 e2 e 2 e2 定子电路 R 1 R 1 式中 R1和 X1分别为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗 U1 E1 4 44f1N1 其中 f1 60 0 pn 转子电路 dt d N 2 E2 4 44f2N2 式中 f2 60 0 nnp 60 0 0 0 pn n nn 其中 为旋转磁场和转子相对转速 是转差率 0 0 n nn 即频率与转差率的关系 f2 E2 4 44f2N2 4 44sf1N2 当转子不转时 n 则转子电势有最大值 4 44f1N2 所以在考虑不同的转差率S时 有 2 S 转子漏磁通 2产生漏磁电势 2 2 dt di2 漏感抗 X2 2 f2L 2 sf1L 2 令最大漏抗 X20 2 f1L 2 则有 X2 sX20 转子电流 2 2 2 2 2 XR E 2 20 2 2 20 sXR sE 功率因数 COS 2 2 2 2 2 2 XR R 2 20 2 2 2 sXR R I2和 cos 2与转差率 s 的关系 电动机输出功率 COS 3 7 三相异步电动机的转矩与机械特性 一 电磁转矩 T T 角速度 电磁功率 0 P 60 2 cos3 0 2220 n IE p f INf 1 2221 2 cos23 22 2 cos 2 3 I pN I2cos 2 其中 T 是与电动机结构有关的常数 2 3 2p N 把 cos 2 2 20 2 2 2 sXR R 2 2 2 2 2 XR E 2 20 2 2 20 sXR sE 2 20 2 2 21 2 sXR Nfs 代入 1 式 得到电磁转矩公式 11 1 2Nf U 2 20 2 2 2 12 sXR UsR 其中 T K Nf N 2 11 2 2 二 机械特性曲线 转矩与转差率关系曲线 f s 转速与转矩关系曲线 根据 T I2cos 2和转子电流 I 功率因数 cos 与转差率 的关系可求得该 机械特性曲线 三 转矩计算 额定转矩 TN 9550 P2用千瓦为单位 60 2 2 n P n P2 最大转矩 max T 对转差率 求导 即令 得 2 20 2 2 2 12 sXR UsR ds dT 20 式中 称为临界转差率 max 2 20 2 2 2 12 sXR URsm 20 2 1 2X KU 结论 最大转矩 max与电源电压 成正比 与转子电阻 无关 对应最大转矩的临界转差率 与 成正比 与 20成反比 过载系数 max 通常 1 8 2 2 起动转矩 TST 即 时 TST 2 20 2 2 2 12 XR UR 结论 只有 st 电动机才能起动 通常 TN 2 2 四 电源电压和转子电阻变化对三相异步电动机机械特性的影响 不同电源电压 U1的 n f T 曲线 不同转子电阻 R2的 n f T 曲线 R2 const U1 const 例 1 一型号为 112 4 型异步电动机 接法 额定功率 P2 KW 额定电压 U1 380 频率 50Hz 额定转速 nN 1440r min cos 0 8 84 5 2 2 Tst TN 2 0 Ist IN 7 求 SN IN TN Ist TMAAX Q 解 p 2 n0 1500r min SN n0 n n 0 04 IN 8 99A cos3 10 1 3 2 U P TN 9550P2 n 62 53N m Tst 2 0TN 53 06N m TMAX 2 2TN 58 36N m Ist 7IN 62 93A QN 3 55kVar sin3 1N IU 例题 三相异步电动机 额定频率 50Hz 额定转速 1425r min 转子电阻 R2 0 02 感 抗 X20 0 08 E1 E20 10 当 E1 200V 时 求 1 电动机起动瞬间转子每相电路的电 动势 E20 I20 COS 20 2 额定转速时的 E2 I2 COS 2 3 比较在上述两种情况下 转子电路的各个物理量 电动势 频率 感抗 电流及功率因数 的大小 解 n 0 s 1 E20 E1 10 200 10 20V I20 242 5A 2 20 2 2 20 XR E cos 0 24 2 20 2 2 2 XR R n nN 1425r min S n0 n n0 1500 1425 1500 0 05 V I2 49A 2 20 2 2 20 sXR sE cos 0 98 2 20 2 2 2 sXR R f2 sf1 2 5Hz f1 E20 E1 I2 I20 cos cos 7 5 三相异步电动机的起动 一 电动机的起动电流 根据转子电流 I2 的计算公式 在电动机起动瞬间 转速 n 0 转差率 2 20 2 2 20 sXR sE s 1 转子电流 I2达到最大值 该值为转子额定电流值的 5 10 倍 又根据旋 2 20 2 2 20 XR E 转变压器初次级电流变换比的关系可知 初级电流即定子电流也要达到额定电流值 I1的 5 10 倍 从而使电动机的起动电流 st远大于额定电流 IN 过大的起动电流引起线路压 降很大 会影响其它电器正常工作 因此必须控制起动电流 电源采用单独变压器时 一 般 20KW 以下电动机允许采用直接起动 超过 20KW 的电动机应采用降压起动方式 例如 采用与照明共用的变压器时 变压器容量一般为 560kVA 可用下式计算是否应采用降压 起动方式 Ist IN 3 4 4 kW kVA 电动机功率 变压器容量 设 Ist IN 7 变压器容量 560KVA 电动机功率 22KW 3 4 7 14 7 应采用降压起动方式 4 kW kVA 电动机功率 变压器容量 二 起动方法 1 直接起动 将电动机直接接到具有额定电压的电源上 这种起动方法简单 但由于起动 电流较大 将使线路电压下降 影响负载正常工作 2 降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压 以减小起动电流 鼠笼式电动 机的降压起动常用下面几种方法 起动 自耦降压起动 3 减流起动 绕线式电动机串电阻或电抗起动 三 起动分析 如果电动机在工作时其定子绕组是联接成三角形的 那么在起动时可把它联成星形 等到 转速接近额定值时再换接成三角形 这样 在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常 工作电压的 3 1 起动转矩 1 3 st st T T 2 2 p p U U 2 3 1 起动电流 形起动 IlY pY 3 1 3 p l p l Z U Z U 形起动 Il 33 p l p Z U I 3 3 1 p l p l l lY Z U Z U I I Y 换接起动可采用星三角起动器来实现 星三角起动器的体积小 成本低 寿命长 动作可靠 四 自耦降压起动分析 自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低 当转速接近额 定值时 切除自耦变压器 五 绕线式电动机串电阻起动 在绕线式电动机转子电路中串入大小适当的起动电阻 Rst 可以达到减小起动电流的目的 7 6 三相异步电动机的调速 电动机转速公式 n 1 s n0 1 s 60f p 可得三种 调速方法 1 变极调速 有级调速 硬机械特性 一般用于双极电动机 如机床 电梯等 2 变转差率调速 无级调速 软机械特性 在转子电路中串入调速电阻 在相同的 TN下 RSt 转子电阻 不同时有不同的转差率 即 s 不同时 其结果转速 n 不同 从而实现调速 优点 设备简单 投资少 缺点 能量损耗大 一般用于起重设备中 重载起动 3 变频调速 无级调速 硬机械特性 变频调速方式 1 时 采用恒磁通调速 U1 f1 常数 根据 U1 4 44f1N1 可知 磁通不变 由 I2cos 2可知 转矩近似不变 而转速与频率成正比变化 根据 U1 4 44f1N1 U1不变 f1减少 将增大 使磁通进入饱和区 为防止磁通 过饱和 引起励磁电流和铁损激增 所以取 U1 f1 常数 即采用恒磁通调速方式 2 时 采用恒功率调速 常数 这时不存在磁通过饱和问题 而应保持电源电压不变 使转矩减少 转速增加 使功 率近似不变 故称为恒功率调速 转子电流 减少 对应定子电 2 20 2 2 21 44 4 sXR Nsf 流可减少 从而防止电流过大 频率调节范围 0 5 320Hz 现在已扩大到 0 1Hz 400Hz 7 7 三相异步电动机的制动 能耗制动 断电后 在定子绕组中通入直流电 大小为额定电流的 0 5 1 倍 定子旋转磁场变为 恒定磁场 产生阻止转子转动的堵转矩 制动转矩大小与直流电电流大小有关 优点 耗能小 制动平稳 缺点 需要直流电源 通常用于一般机床中 反接制动 反接时旋转磁场方向与转子转动方向相反 相对速度为 0 0 故 也大 解决 大的办法可在定子电路或转子电路中串接电阻 特点 电路简单 快速制动 但反接时间不能太长 否则发生反转 一般采用转速为 零时自动切断电源 缺点 能量消耗大 用于中型车床和铣床中 发电反馈制动 当转子实际转速 超过同步转速 0时 电动机转入发电机运行 用于 快速放下重物时 由此把重物位能转为电能 多速电动机由高速转低速时 极对数 P 加倍 旋转磁场转速减半 0 0 2 而转 子转速未变这时 0 7 8 三相异步电动机的铭牌数据 一 型号 Y 132 M 4 Y 三相异步电动机 132 机座中心高 mm M 机座长度代号 S 短机座 M 中机座 L 长机座 4 磁极数 有些电动机最后补充特殊环境代号 各种产品型号代号 Y 异步电动机 T 同步电动机 Z 直流电动机 Q 潜水电泵 YD 多速异步电动机 YZD 电梯用异步电动机 YZT 钻探用异步电动机 YLB 立式深井泵用异步电动机 YBZ 起重用隔爆型异步电动机 YLS 立式异步电动机 YDT 通风机用异步电动机 特殊环境代号 G 高原用 H 船 海 用 W 户外用 F 化工防腐用 T 热带用 TH 湿热带用 TA 干热带用 二 电动机端子连接方法 三 判断电动机三相绕组头尾方法 四 三相异步电动机工作特性曲线 电流 IN 空载时 I 几乎全为建立旋转磁场的励磁电流 满载时转子电流 I2和定子电流 I 随之相应增大 功率因数 cos 因为电动机为电感性负载 所以 cos 较低 一般空载时 cos 只有 0 2 0 3 满载时 0 7 0 9 效率 一般额定运行时为 72 93 在额定功率的 75 左右时效率最高 7 9 三相异步电动机的选择 7 9 1 功率的选择 7 9 2 种类和型式的选择 7 9 3 电压和转速的选择 一 按负载功率大小选择电动机功率 二 按用途选择电动机种类 从交流和直流 机械特性 调整速度与起动性能 维护及价格考虑 例如 起重机 卷扬机选绕线式 起动转矩大 调速性好 水泵 通风 运输机 传送带选取鼠笼式 特性较硬 无特殊调速要求 三 按环境条件选择结构型式 1 开启式 用于干燥无灰尘的场所 2 防护式 普通环境 有通风罩 防杂物掉入 3 封闭式 在灰尘多 潮湿或含有酸性气体的场所 4 防爆式 用于有爆炸性气体场所 安装结构型式 机座带底脚 法兰盘式 两种同时有 四 按电网电压选择电压等级 电压波动不超过 5 过高铁损增加 U I 铁心 t PFe 2 过低 n I 要求转矩不变时 Pcu 线圈发热 五 按工作要求选择转速 功率一定时 电动机转速愈低 尺寸愈大 价格愈高 例子见书 略 7 11 单相异步电动机 一 电容分相式异步电动机工作原理 例 三相异步电动机断了一根电源线后 为什么不能起动 而在运行时断了一线 为什么 仍能继续转动 这两种情况对电动机有何影响 解 三相异步电动机断了一根电源线后 变成单相电动机运行 单相电动机磁场为脉动磁 场 可以分解成大小相等 转速相同 转向相反的两个旋转磁场 起动时 由于电动机是静止的 两个旋转磁场在转子中感应出电动势和电流大小相等 方 向相反 两者抵消 起动转矩为零不能起动 电动机在运行中断相 正反两个旋转磁场相对于转子的转速不再相等 与电动机转向相同 的正向旋转磁场同转子作用产生的转矩 T 大于反向旋转磁场同转子作用产生的转矩 T 合成转矩 T T T 从而使电动机能继续转动下去 但合成转矩 仍小于三相旋转磁场作用产生的转矩 如仍 带动额定负载 定子电流就超过额定电流 时间一长电动机将被烧坏 湖南科技大学课程教案 章节 专题首页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 章节 专 题 第十章 继电接触器控制系统 教学 目标 及基 本要 求 通过本章学习 熟悉常用电器的结构 原理与使用 掌握三相异步电动机典型的继 电接触器控制系统 了解常用低压电器的名称 基本结构 工作原理及功能特性 并了解其图形符号 及选用的基本知识 掌握三相异步电动机的控制线路的基本环节 学会正确阅读 设计 连接简单的继电接触器控制系统线路的能力 教学 重点 常用低压控制电器的功能 特性和选用常识 具有自锁 互锁和保护等基本环节的三相异步电动机的正反转控制电路 教学 难点 电气原理图中电器元件与实际电路的联系 时间继电器断电延时的概念 教学 内容 与时 间分 配 10 1 常用控制电器 2 课时 10 2 鼠笼式电动机直接起动的控制电路 10 3 鼠笼式电动机正反转的控制电路 2 课时 10 4 行程控制 10 5 时间控制 2 课时 习题 P286 10 2 1 10 2 4 10 3 1 P287 10 4 1 10 4 3 10 6 1 湖南科技大学课程教案 分页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 授课内容 10 1 常用控制电器 10 1 1 组合开关 10 1 2 按钮 10 1 3 交流接触器 10 1 4 中间继电器 10 1 5 热继电器 10 1 6 熔断器 10 1 7 自动空气断路器 10 2 三相交流电动机控制电路 一 对电动机控制的基本要求 1 能按工作需要随时起动和停止电动机 2 能保证电动机在非安全状态下及时停止工作 3 电动机起动时对电源冲击最小 4 操作方便 快捷 安全 可靠 二 直接起动控制电路 按下起动按钮 SB2 KM 线圈通电 KM 主触头闭合 电动机工作 同时 KM 辅助触头闭 合 KM 线圈自锁 保持通电状态 松开 SB2 电动机仍旧工作 按下停止按钮 SB1 KM 线圈断电 KM 主触头及辅助触头均断开 电动机停止工作 同时解除自 锁 为下次起动作准备 三 正反转控制电路 图 a 按下 SBF KMF线圈通电 KMF主触头闭合 电动机 M 正转工作 同时 KMF辅助 常开触头闭合 KMF线圈自锁 另外 KMF辅助常闭触头断开 保证 KMR线圈无通电可能 即 KMR主触头不会闭合 防止电源短路的可能性 按下 SB1 KMF线圈断电 KMF主触头 断开 电动机 M 停止工作 同时 KMF常闭触头闭合 为电动机反转作好准备 按下 SBR KMR线圈通电 KMR主触头闭合 电动机 M 反转工作 同时 KMR辅助常开触头闭 合 KMR线圈自锁 另外 KMR辅助常闭触头断开 保证 KMF线圈无通电可能 即 KMF主 触头不会闭合 防止电源短路的可能性 KMF和 KMR的辅助常闭触头称为电气联锁触头 图 b 又增加了按钮互锁 称之为机械联锁 这是实际应用的控制电路 四 星 三角起动控制电路 例题 1 下面的控制电路画法是否合理 为什么 本控制电路从原理分析是电动机直接起动控制电路 原理不错 但存在以下问题 接线工艺性不好 从按钮盒里至少需引出 4 根线 可靠性不好 接触器线圈两端同时引入按钮盒 容易发生意外短路而使接触器停 止工作 安全性不好 电源线两端同时引入按钮盒 容易发生意外短路 例题 2 题 11 2 6 P355 在图 11 01 中有几处错误 请改正 该图有四处错误 正确如直接起动控制电路 例题 3 电动机能耗制动控制电路 能耗制动要求 在电动机停电时立即通入直流电 当电动机停止时断开直流电源 因 此 需要用两个接触器 KM1和 KM2分别控制交 直流两个电源 用一个时间继电器 KT 作 通入直流电时间的定时控制 考虑到在电动机停电时要立即通入直流电 利用 KM1常闭触 头控制 KM2接通 由于是在电动机停电时通入直流电 所以采用断电延时型时间继电器 用常开触头延时断开来控制 KM2 由此可得如下控制电路 继电接触器控制系统设计步骤 根据工作要求 分析控制过程 画出动作图 根据控制要求 确定具体控制方法 根据控制方案 画出基本控制系统图 根据工作联锁 安全及可靠性要求 增加相应的电气联锁和机械联锁 包括自锁 互锁和其它联锁 必要时增加辅助中间继电器 分析电路控制过程 判断是否符合控制要求 然后修改控制系统图 在满足功能 安全 可靠性要求的前提下 尽可能简化电路 实际连接全部控制电路 并通电试运行 根据运行结果 最后修改或确定控制系统 完成设计 湖南科技大学课程教案 章节 专题首页 授课教师 吴笑峰 职称 副教授 单位 信息与电气工程学院 课程名称电工技术 章节 专 题 第十二章 工业企业供电与安全用电 教学 目标 及基 本要 求 通过本章学习 了解发电 输