电工学第六章(少学时)ppt课件

.,第六章：电动机,.,第6章电动机,6.1电机概述,6.2三相异步电动机的工作原理,6.5三相异步电动机的机械特性,6.4三相异步电动机的铭牌数据,6.6三相异步电动机的起动,6.7三相异步电动机的调速,*6.8单相异步电动机,6.3三相异步电动机的基本结构,*6.9交流伺服电动机,*6.10步进电动机,*6.11三相同步电动机,*6.12直流电动机,*6.13电动机的选择,.,电动机的分类：,6.1电机概述,电动机是将电能转换成机械能的装置。广泛应用于现代各种机械中作为驱动。,由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。,.,异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。,异步电动机的分类：,1.按电机定子相数分：三相异步电动机、单相异步电动机。,2.按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.,.,6.3三相异步电动机的基本构造,.,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。,.,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。,定子,转子,轴承,端盖,机座,.,1.定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。,这是机座定子铁心和定子绕组示意图,定子绕组,机座,铁心,.,1.定子,.,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成,这是定子硅钢片,.,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。,定子绕组星接,定子绕组角接,端子,.,A,Z,B,X,C,Y,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组,定子绕组,.,转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2)绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,.,转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。,这是转子硅钢片,.,笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。,这是笼型转子,.,这是绕线型转子铁心与绕组,笼型转子的电机称笼型电动机绕线型转子的电机称绕线型电动机,外接电阻,电刷,滑环,转子铁心,转子绕组,.,定子绕组与转子绕组,定子绕组,转子绕组,.,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,.,6.1.(1)有一台三相异步电动机，怎样根据结构上的特点判断出它是鼠笼型还是绕线型？【答】,鼠笼式和绕线式异步电动机只是在转子的构造不同，前者转子为鼠笼状，后者转子为三相绕组，且每相绕组的首端与转轴上的三个滑环对应相联结。通常从外观结构上看，具有三个滑环的必为绕线型。,.,演示实验,6.2三相异步电动机的工作原理,.,实验现象:1.转子跟着磁极转两者转动方向一致,2.转子比磁极转得慢,.,N,S,实验现象:1.转子跟着磁极转两者转动方向一致,2.转子比磁极转得慢,异步,.,一、旋转磁场,1.旋转磁场的产生,定子对称三相绕组中通入对称三相电流(星形联接),.,一、旋转磁场,1.旋转磁场的产生,定子对称三相绕组中通入对称三相电流(星形联接),.,规定,()电流出,()电流入,.,iA,旋转磁场的产生,t=0,t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA=0iB为负值iC为正值,iB,iC,.,t,t=60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC=0iB为负值iA为正值,iA,iB,iC,0,.,t=90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA为正值iB为负值iC为负值,t,i,iA,iB,iC,0,.,t=180,A,Z,B,X,C,Y,iA=0iB为正值iC为负值,180,t,i,iA,iB,iC,0,.,t=60,A,Z,B,X,C,Y,N,S,60,t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S,t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90,t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,.,空间相差120角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360)。,综上分析可以得出：,.,t,i,iA,iB,iC,0,90,60,0,相序A-C-B-A,2.旋转磁场的旋转方向,.,改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的转向;改变了旋转磁场的转向,也就改变了三相异步电动机的旋转方向。,综上分析可以得出：,.,3.旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,.,若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,.,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Y,Z,60,0,t=0,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,0,S,N,t=60,N,S,30,S,N,0,t,i,iA,iB,iC,0,.,t,i,iA,iB,iC,0,90,180,t=90,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,45,S,N,t=180,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,90,S,N,90,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Y,Z,iA,iB,iC,.,当定子每相中有两个绕组串联,且每相绕组在空间相差60时,通入对称三相交流电后,也产生一个旋转磁场,但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周,旋转磁场在空间只转了半周(180空间角),旋转速度较两极磁场慢了一半。,综上分析可以得出：,.,4.旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,.,p=2时,.,旋转磁场转速n0与极对数p的关系,.,二、电动机的转动原理,1.转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势E20,电磁力F,.,三、转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,.,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即,p=3,额定转差率为,1,.,三相异步电动机的电路分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2,E1、E2频率相同，都等于电源频率。,.,一、定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机：旋转磁场切割导体e，U1E1=4.44f1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以,2.定子感应电势的频率f1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f1=电源频率f,.,二、转子电路,1.转子感应电势频率f2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化,定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2,转子感应电势频率f2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,.,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机正转,电动机反转,2.电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致,.,3.电磁转矩的大小,T，I2cos2T=CTmI2cos2,常数，与电机结构有关,旋转磁场每极磁通,转子电流,转子电路的功率因数,.,由公式可知,电磁转矩公式,1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T,2.当电源电压U1一定时，T是s的函数。,3.R2的大小对T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。,.,三、转矩平衡,空载转矩：T0,输出转矩：T2=TT0T,负载转矩：TL,当T2=TL稳定运行当T2TL加速运行当T2TN，则电流和功率都会超过额定值，电机处于过载状态。长期过载运行，电动机的温度会超过允许值，降低电机寿命，甚至烧坏电机。,.,2.最大转矩Tmax,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,.,当U1一定时，Tmax为定值,注意：三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。,.,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使TLTL电动机能起动，否则将起动不了。起动转矩倍数:,Y系列：KS=1.62.2KC=5.57.0,起动电流:,.,4.电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。,此过程中，n、sE2,I2I1电源提供的功率自动增加。,TL,s,TLT2,TL=T2,n,T,达到新的平衡,.,例6.5.1某三相异步电动机，额定功率PN=45kW，额定转速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200Nm，试问能否带此负载：(1)长期运行;(2)短期运行;(3)直接起动。,解(1)电动机的额定转矩,由于TNTL，故可以带此负载短时运行。,(3)电动机的起动转矩,由于TSTL，故可以带此负载直接运行。,TS=KSTN=2.0145Nm=290Nm,.,二.人为特性,(1)U1变化对机械特性的影响,T2,.,(2)R2变化对机械特性的影响,R2,Tst,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。,.,(2)R2变化对机械特性的影响,不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。,.,6.3.(2)电动机在短时过载运行时，过载越多，允许的过载时间越短，为什么？,【答】因为过载越多，电动机的温度升高的越快，因此允许的过载时间就越短。,.,分析：负载、电压、频率的变化对三相异步电动机转速和电流的影响,1、负载增加,当电动机额定电压一定，负载转矩T1增加到T2时，工作点由b移至d，转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流增大。,转速降低、电流增大,.,分析：负载、电压、频率的变化对三相异步电动机转速和电流的影响,2、电压降低,当负载转矩T1一定，电压由UN降低到U1，工作点由b移至c，转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流增大。,转速降低、电流增大,.,分析：负载、电压、频率的变化对三相异步电动机转速和电流的影响,3、电压升高,当负载转矩T1一定，电压由UN升高到U2，工作点由b移至a，转速上升，转差率减小，转子、定子电流减小。,如果电压U1过高，由表达式可知，磁通增大进入饱和区，使得励磁电流大大增加，大于额定电流，使绕组过热。同时，铁损也增大，引起铁心过热。,.,分析：负载、电压、频率的变化对三相异步电动机转速和电流的影响,4、频率降低,转速降低、电流增大,.,例1：三相异步电动机在正常运行时，如转子突然被卡住而不能转动，试问这时电动机的电流有何改变？对电动机有何影响？,解：转子被突然卡住，增加，定子电流增大。若不及时排除，会烧坏电机。,.,例2：有Y112M-2型和Y160M1-8型异步电动机各一台，额度功率都是4kW，但前者额定转速为2890r/min，后者为720r/min。试比较它们的额定转矩，并由此说明电动机的极数、转速及转矩三者之间的大小关系。,解：Y112M-2型电动机的额定转矩，,Y160M1-8型电动机的额定转矩,电动机的磁极数愈多，则转速愈低，在同样额定功率下额定转矩愈大。,.,例3：已知Y100L1-4型异步电动机的某些额定技术数据如下：2.2kW380VY接法1420r/min%,试计算（1）相电流和线电流的额定值及额定负载时的转矩；（2）额定转差率及额定负载时的转子电流频率。设电源频率为50Hz。,相电流额定值：,.,额定转矩：,（2）由电动机的型号，可知磁极对数P=2，故，,于是，额定转差率为：,转子电流频率,.,例4：Y112M-4型三相异步电动机的技术数据如下：4kW380V联结1440r/min50Hz,试求：（1）额定转差率SN（2）额定电流IN（3）引起电流Ist（4）额定转矩TN（5）起动转矩Tst（6）最大转矩Tmax（7）额定输入功率P1,解：（1）由Y112M-4型可知该电动机磁极对数P=2，所以旋转磁场转速,.,（2）额定电流,（3）起动电流,则转差率,（4）额定转矩TN,.,（5）起动转矩Tst,（6）最大转矩Tmax,（7）额定输入功率P1,.,6.6三相异步电动机的起动,一、起动性能,起动问题：起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的57倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起动：n=0，s=1,接通电源。,.,（适用于鼠笼式电动机）,(3)转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,(1)直接起动(全压起动),.,二、笼型异步电动机的起动,1.直接起动(全压起动)(a)小容量的电动机；(b)电源容量足够大时。,规定：7.5kW以下直接起动7.5kW以上，且电源容量能满足起动电流倍数,.,2.降压起动,(1)Y换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,设：电机每相阻抗为,.,Y起动器接线简图,静触点,.,Y起动器接线简图,Y起动,.,Y起动器接线简图,工作,.,(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y-换接起动应注意的问题,.,定子线电压,定子相电压,起动相电流,起动线电流,起动转矩,.,例1:,1),解:,一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、和起动转矩Tst。,.,2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）,3）,.,解：,在上例中(1)如果负载转矩为510.2Nm,试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否起动？,(1)在U=UN时Tst=551.8Nm510.2N.m,不能起动,(2)Ist=7IN=784.2=589.4A,在U=0.9UN时,能起动,例2:,.,在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以起动,(3),.,(2)自耦降压起动,Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。,Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。,合刀闸开关Q,Q2,.,自耦变压器上备有抽头，以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压，每个抽头的降压比为KA=U/UN。如QJ3型的抽头比KA为0.4、0.6、0.8。自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起动容量较大的电动机。其缺点是设备体积大、费用高，不宜频繁起动。,.,定子线电压,定子相电压,电动机起动相电流,电动机起动线电流,起动转矩,自耦变压器起动与直接起动相比，下标代表自耦变压器起动，下标代表直接起动。,电源供给线电流,.,例3:,对例1中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起动转矩Tst。,解：,设电动机的起动电压为U，电动机的起动电流为Ist,依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流Ist。,.,.,采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的电压与额定电压之比为KA，则线路起动电流Ist为,电动机的起动转距Tst为,结论：,.,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。,起动电阻,三、绕线转子异步电动机的起动,1、转子电路串电阻起动,.,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2Tst,转子电路串电阻起动的特点,.,6.5.(3)鼠笼式和绕线式两种转子中，哪一种起动性能好？,【答】绕线式起动性能好,.,6.5.(1)星形-三角形减压起动是降低了定子线电压还是降低了定子相电压？自耦减压起动呢？,【答】前者是降低了定子相电压，没有降低线电压，后者是降低了定子线电压，使得相电压也随之降低。,.,6.5.(2)380V星形联结的电动机，能否采用星-三角减压起？,【答】不能，星-三角减压起动只适用于正常运行时为角形联结的电动机。,.,一、变频调速(无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,6.6三相异步电动机的调速,变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,.,一，定频空调：即工作于电压220伏、频率50赫兹的普通空调机。其特点是：1、工作的电源电压与频率固定不变。2、调温原理：压缩机转速基本不变，依靠其不断地“开、停”压缩机来调整室内温度；3、缺点是：其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。,.,二，“变频空调”（1）是指其压缩机的工作电源的频率是可变的，于是压缩机的转速也是可变的。特点是：1、依靠压缩机转速的变化而不是停机来达到控制室温，故室温