机电传动控制第四章 PPT课件

第四章交流电动机的工作原理及特性 4 1三相异步电动机的结构和工作原理4 2三相异步电动机的定子和转子电路4 3三相异步电动机的转矩与机械特性4 4三相异步电动机的启动4 5三相异步电动机的调速4 6三相异步电动机的制动4 7单相异步电动机4 8同步电动机的工作原理 特点及应用 1 2 特点 结构简单 容易制造 价格低廉 运行可靠 坚固耐用 运行效率较高和具有适用的工作特性 缺点 功率因数 1 对那些单机容量较大 转速又恒定的生产机械一般采用同步电动机拖动 因为同步电动机的功率因数是可调的 可使cos 1或领先 异步电动机 感应电机 运行时 定子绕组接到交流电源上 转子绕组自身短路 由于电磁感应的关系 在转子绕组中产生电动势 电流 从而产生电磁转矩 3 第四章交流电动机的工原理及特性4 1三相异步电动机的结构和工作原理 4 1 1三相异步电动机的基本结构 定子和励磁线圈一 转子和转子线圈 4 第四章交流电动机的工原理及特性4 1三相异步电动机的结构和工作原理 4 1 1三相异步电动机的基本结构 三相对称绕组AX BY CZ 定子和转子硅钢冲片 5 第四章交流电动机的工原理及特性4 1三相异步电动机的结构和工作原理 4 1 1三相异步电动机的基本结构 鼠笼转子结构 6 鼠笼式 小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇铸而成 不可接入外加电阻 7 线绕式 一般是连接成星形的三相绕组 可接入外加电阻 8 第四章交流电动机的工原理及特性4 1三相异步电动机的结构和工作原理 4 1 1三相异步电动机的基本结构 A B C 外接变阻器 启动和速度调节 滑环和电刷 绕线转子结构 9 第四章交流电动机的工原理及特性4 1三相异步电动机的结构和工作原理 三相交流电 定子三相绕组 N S主磁场以n0顺时针旋转 顺时针 TM产生条件是n0和n相对运动 转差率 n0 同步转速n 转子转速 10 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 1 旋转磁场的产生 11 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 1 旋转磁场的产生 主磁场N S顺时针旋转180度 旋转磁场n0在一对极p 1时 12 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 2 旋转磁场的旋转方向 三相交流电流最大值到达的顺序 相序 决定电动机转向 A B C电流A B C定子绕组 顺时旋转 A C B定子绕组 逆时旋转 13 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 1 旋转磁场的产生 14 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 3 旋转磁场的极对数与旋转速度 15 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 3 四极旋转磁场与旋转速度 旋转磁场转速 同步速 磁场转了90度 n0 r minf HZp 极对数 p 1 2 3 16 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 3三相异步电动机的旋转磁场 3 四极旋转磁场与旋转速度 旋转磁场转速 同步速 n0 r minf HZp 极对数 p 1 2 3 17 第四章交流电动机的工原理及特性4 1 4定子绕组线端连接方式 出线端排列 短路片 U线 U相 铭牌 Y 接线方式380 220 不同接线应加的线电压 18 例4 1电源线电压为380V 现有两台电动机 其铭牌数据如下 试选择定子绕组的连接方式 1 Y90S 4 功率1 1kW 电压220 380V 连接方法 Y 电流4 67 2 7A 转速1400r min 功率因数0 79 2 Y114M 4 功率4 0kW 电压380 660V 连接方法 Y 电流8 8 4 1A 转速1440r min 功率因数0 82解 Y90S 4电动机应接成星形Y114M 4电动机应接成三星形 4 17电动机定子绕组的连接法 19 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 1定子电路分析 定子每相绕组的感应电势为 20 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 1定子电路分析 漏磁电势 忽略漏磁 R1 X1 电阻和漏磁感抗 21 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 2转子电路分析 4 12 代入 4 11 22 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 2转子电路分析 启动时 n 0 S 1 23 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 2转子电路分析 转子感应电流有效值为 讨论 1 2 S 0 n0 n 0 I2 03 S很小 R2 SX204 S 1 SX20 R2 24 第四章交流电动机的工原理及特性4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 4 2 2转子电路分析 转子电路功率因素为 I2迟后E2一个 2角 25 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 3三相异步电动机的额定值 电动机铭牌上的额定数据1 型号2 额定功率PN 输出的机械功率 3 额定电压UN 220 380V Y 4 额定频率f 50HZ 5 额定电流IN 10 35 5 9A Y 6 额定转速nN 额定转差率SN 7 工作方式 定额 8 温升 或绝缘等级 9 电动机重量 JO2 S1 4 三相异步电动机 封闭式 设计序列号 序列号 铁心长度顺序号 磁极数 26 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 3三相异步电动机的额定值 电动机铭牌上不标的额定数据额定功率因数cos N额定效率 N 额定转矩TN绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转子额定电流通常手册上给出的数据就是额定值 27 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 3三相异步电动机的额定值 例5 1有一台三相四极的异步电动机 Y连接 其额定技术数据为PN 90kW UN 380V IN 22 9A 电源频率f 50Hz 额定转差率SN 2 85 定子每相绕组匝N1 320 转子每相绕线匝数N2 20 旋转磁场的每极磁通 0 023Wb 试求 l 定子每相绕组感应电动势E1 2 转子每相绕组开路电压E20 3 额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N 解 1 E1 4 44f1N1 4 44 50 320 0 023 1634V 2 转子绕组开路时 转子电路电流I2 0 转子转速n 0 转子绕组电动势频率f2 f1 50Hz 故转子每相绕组的感应电动势 即开路电压 E20 4 44f2N2 4 44f1N2 4 44 50 20 0 023 102V 3 求E2Nf2 SNf1 0 0285 50Hz 1 43HzE2N 4 44f2N2 4 44 1 43 20 0 023 2 9V 28 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 3三相异步电动机的额定值 例5 2有一台三相四极的异步电动机 其额定技术数据为nN 1440r min R2 0 02 X20 0 08 电源频率f1 50Hz E20 20V 试求 l 电动机的同步转速n0 2 电动机启动时的转子电流I2st 3 电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N 4 电动机在额定转速时的转子电流I2N解 1 n0 60f1 P 60 50 2 1500r min 2 3 SN n0 nN n0 1500 1440 1500 0 04f2N SNf1 0 04 50Hz 2Hz 4 29 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 4三相异步电动机的能流图 输入定子的电功率 定子电路中的铜损 转子电路中的铜损Pcu2 sPcu 输入转子的电磁功率 铁损 磁滞和涡流损耗 机械损失功率 输出的机械功率 30 第四章交流电动机的工原理及特性4 2 4三相异步电动机的能流图 电动机的效率 电动机的输出功率 T 电动机的电磁转矩T2 电动机的输出转矩 31 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 1三相异步电动机的转距特性 32 第四章交流电动机的工原理及特性4 3三相异步电动机的转距与机械特性 4 3 1三相异步电动机的转距直流电动机的转矩 三相异步电动机的转距 33 第四章交流电动机的工原理及特性4 3三相异步电动机的转距与机械特性 4 3 1三相异步电动机的转距 三相异步电动机的转距 34 第四章交流电动机的工原理及特性4 3三相异步电动机的转距与机械特性 4 3 1三相异步电动机的转距 三相异步电动机的转距 35 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 1三相异步电动机的转距 U U1 定子绕组相电压 电源电压 R2 转子每相绕组的电阻 X20 n 0时转子每相绕组的感抗 K 三相异步电动机的转矩常数 36 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 T f S T S曲线 n n0 n 0 T n f T 机械特性曲线 n 1 S n0 37 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 1 固有机械特性1 理想工作点T 0 n n0 S 02 额定工作点T TN n nNTN 9 55PN nNSN n0 nN n0 0 06 0 015 nN 0 94 0 985 n0 38 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 1 固有机械特性3 启动工作点T Tst n 0 s 1 讨论 U Tst R2适当 Tst X20 Tst st Tst TN st 1 0 1 2 39 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 1 固有机械特性4 临界工作点T Tmax S Sm n nM dT ds 0 40 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 U Tmax TL停转Tmax与R2无关 Sm R2绕线式串电阻 Tmax C Sm 过载能力系数 m Tmax TN 41 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 转矩 转差率实用公式T Tmax代入sm R2 X20化简得 42 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 2 人为机械特性降低电源电压的人为特性 电压降低后特性变化的特点 n0 Sm不变 Tmax大大减小 对U敏感 Tst大大减小TL不变下 S I2 温度升高 0 25Tmax 0 64Tmax 43 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 2 人为机械特性降低电源电压的人为特性 例 电动机运行在额定负载TN下 即使 m 2 若电网电压下降到70 UN 电动机能否正常运行 0 25Tmax 0 64Tmax 令电压下降后的转矩最大值为 44 习题P88 4 5三相异步电动机带动一定负载运行时 若电源电压突然降低 此时电动机的转矩 电流及转速有无变化 为什么 解 已知 U下降 TL C1 n0不变 2 减少 45 习题P88 3 n下降 4 cos 2减少 5 I2增加 46 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 2 人为机械特性定子电路串入电阻或电抗类似降压时的人为特性 特性变化的特点 n0 Sm不变 Tmax比较大的减小 同降压引起Tmax下降相比 机械特性变软 47 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 2 人为机械特性改变电源频率时的特性 特点 n0 Sm改变 机械特性基本不变 f f1 f2 48 第四章交流电动机的工原理及特性4 3 2三相异步电动机的机械特性 2 人为机械特性转子电路串入电阻 绕线式电动机 特性变化的特点 Sm增大 机械特性变软 49 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 三相异步电动机的启动要求启动转矩要足够大 满足启动转矩要求下 启动电流要小 要求启动平滑即要求启动时平滑加速 以减小对生产机械的冲击启动设备安全可靠 力求结构简单 操作方便 启动过程中的功率损耗越小越好 50 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 三相异步电动机的启动要求 51 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法1 直接启动 全压启动 独立变压器供电启动频繁 电动机功率 变压器容量的20 不经常启动 电动机功率 变压器容量的30 没有独立的变压器供电 52 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法1 直接启动 全压启动 例4 2有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机 其PN 20kW Ist IN 6 5 如果供电变压器 电源 容量为560kVA 且有照明负载 问可否直接启动 同样的Ist IN比值 功率为多大的电动机则不允许直接启动 解 1 可直接启动2 功率大于24KW的不允许直接启动 53 直接启动因无需附加启动设备 且操作和控制简单 可靠中 小型鼠笼式异步电动机都采用直接启动 工厂中变压器容量都大 54 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法2 串电阻 电抗降压启动 缺点 机械特性变软适用于空载或轻载启动的场合不适合经常启动的电动机 55 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法3 Y 降压启动 优点 简单 经济 Ist小 缺点 Tst较小 用于空载轻载场合 只能应用正常工作方式为三角形接线电机 4KW以上 额定电压380v 接线 56 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法4 自耦变压器降压启动 优点 电压可调 电流小 缺点 变压器体积大 价格高 不能应用于经平繁启动电机 57 特点 变压器的体积大 重量重 价格高 维修麻烦 启动时自耦变压器处于过电流 超过额定电流 状态下运行 因此 不适于启动频繁的电动机 通常把自耦变压器的输出端做成固定抽头 一般有K 80 65 和50 Ist一定时 启动补偿器 Y 降压启动时的K 1 为定值 此时K可调 58 例4 3有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机 PN 40kW nN 1465r min 启动电流Ist 4 5IN 启动转矩Tst 1 6TN 运行条件要求启动转矩必须大于 0 9 1 0 TN 电网允许电动机的启动电流不得超过3 5IN 试问应选用何种启动方法 59 解 按要求 启动转矩的相对值应保证为 启动电流的相对值应保证为 由表4 2可知 只有当自耦变压器降压比为0 8时 才可满足KT 0 56和KI 0 64的条件 故选用自耦变压器降压启动方法 变压器的降压比为0 8 60 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 鼠笼式异步电动机的启动方法5 延边三角形启动 优点 降压启动 电流 启动转矩大 同Y 相比 缺点 特殊要求的电机 61 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 绕线式异步电动机的启动方法1 逐级切除启动电阻法 优点 电流小 启动转矩大 缺点 电阻上的损耗大 62 第四章交流电动机的工原理及特性4 4三相异步电动机的启动特性 绕线式异步电动机的启动方法2 频敏变阻器启动法 优点 电流小 结构简单 无需维修 启动转矩较大 适用于 对调速沒有要求 经常正反转 启动转矩要求不大冶金 化工设备上 缺点 功率因数低 0 3 0 8 因而启动转矩的增大受到限制 且不能用作调速电阻 n 0 S 1f2 Sf1 PFe R X Ist I有功 cos 2 T n f2 PFe R X 0相当于转子短路 启动完毕 63 第四章交流电动机的工原理及特性4 4 3特殊鼠笼式电动机 1 双鼠笼电动机启动时 正常工作 黄铜 启动 紫铜 工作 64 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 只要改变Tmax Sm f P就可改变速度 65 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 1调压调速 离心风机 不同负载下可不同的调速范围 66 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 2转子串电阻调速 特点 简单可靠有级调速转速降低 特性变软 转子电路电阻损耗与转差率成正比 低速时损耗大重复短期运转的生产机械中 起重机 67 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 3改变极对数调速 有级调速 单绕组双速电机 68 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 3改变极对数调速 改变接线必须同时改变定子绕组的相序 以保证转向不变 启动时宜低速启动 Y YY pY 2pYYnYY 2nYTY TYYPY PYY 2 恒转矩调速 69 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 3改变极对数调速 改变接线必须同时改变定子绕组的相序 以保证转向不变 启动时宜低速启动 p 2pYYnYY 2n T 2TYYP PYY 4 40 YY 恒功率调速 70 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 4 4 3改变极对数调速 特点 有级调速结构简单 效率高 特性好调速时所需附加设备少用于机电联合调速的场合 特别是中 小型机床上用得极多 71 第四章交流电动机的工原理及特性4 5三相异步电动机的调速特性 5 4 4变频调速 适用于鼠笼式电动机 采用一个频率可以变化的电源向异步电动机定子绕组供电 变频电源多为晶闸管变频装置 Ux E Cf C为常数 E f Ux f 72 n与T方向相反 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 1反馈制动 73 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 1反馈制动 74 n与T方向相反 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 1反馈制动 变极或变频调速时反馈制动 p 或f n0 60f p n0 S 且S 0 T 0a b 过渡状态 Td 0 n b n02 反馈状态 75 n与T方向相反 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 2反接制动1 电源反接 n0方向改变T TL同向a b c断电因为反接电流很大 实际串电阻后应a d e特点 制动强烈 控制复杂 不准确 能耗大 需反转场合 76 n与T方向相反 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 2反接制动2 倒拉制动 提升工作在a点下放时串电阻改变机械特性a乛b乛c乛d点 特点 能耗大 电阻大小要适当 起吊机械 77 第四章交流电动机的工原理及特性4 6三相异步电动机的制动特性 4 6 3能耗制动 特点 制动效果不如反接制动强度大 制动平稳 准确停车 需直流设备 应用于准确停车和下放重物设备上 78 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 1单相异步电动的磁场 79 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 1单相异步电动的磁场 80 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 1单相异步电动的磁场 脉动磁场的T S曲线 合成T S曲线 2 在外力矩作用下能加速到稳定运行状态 转向不固定 81 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 2单相异步电动的启动方法 1 电容分相式异步电动机 移相电容 离心开关 iB电流超前iA电流90度 82 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 2单相异步电动的启动方法 1 电容分相式异步电动机 圆形旋转磁场的条件 两相相差90度等幅值的交流电通入两相在空间相差90度的对称绕组 iA iB 83 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 电容分相式异步电动机的转向 转向取决于电流最大值到达的顺序 或对调两绕组的任一绕组的接线 84 第四章交流电动机的工原理及特性4 7单相异步电动机 4 7 2单相异步电动的启动方法 2 罩极式异步电动机 罩极铜环 罩极铜环 注