机电控制工程 第7章

1、下一页下一页（1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。旋转磁场由三相电流通过三相旋转磁场由三相电流通过三相对称对称绕组产生。绕组产生。对称：对称： 三相对称负载三相对称负载空间对称分布空间对称分布 二极旋转磁场二极旋转磁场（2）工作原理）工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电

2、磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量（3 ） 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构1. .定子定子铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。U1 -U2V1 -V2W1-W2三相绕组三相绕组机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护端盖：固定、支撑、防护转子转子: : 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2. .转子转子鼠笼转子鼠笼转子铁心：铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 鼠笼式转子鼠笼式转子

3、 铁心槽内放铜条，端铁心槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式 另一端分别接滑环，可外接电阻另一端分别接滑环，可外接电阻鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工

4、作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节异步电动机的结构异步电动机的结构 三相笼式异步电动机的部件图三相笼式异步电动机的部件图固有特性固有特性:人为特性人为特性:在额定电压、额定频率，转子电路不在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的外串电阻或电抗时的 T = f (s) 和和 n = f (T)在改变电压、频率及转子电路参数在改变电压、频率及转子电路参数时的时的 T = f (s) 和和 n = f (T) n = f (T)T = f (s) 转矩特性转矩特性: 异步机的异步机的

5、 T 与与 s 之间的关系之间的关系机械特性机械特性: 异步机异步机 n 与与T 之间的关系之间的关系（4）三相异步电动机的机械特性）三相异步电动机的机械特性T = kTsR2U1p2R22+(sX2) 2 和和 n = (1 s) n0（一一）固有特性）固有特性转矩特性转矩特性 机械特性机械特性 固有特性固有特性 TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM在额定在额定 UN 下，以额定转速下，以额定转速 nN 运行、输出额定功率运行、输出额定功率 PN 时，电动机转轴上输出的转时，电动机转轴上输出的转矩为矩为机械特性机械特性 M额定状态说明了电动机长额定状态说明了电动机长期运

6、行能力。期运行能力。n0TnOTsTNnNTMnMNS额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。工作状态。TN = 9550PN nN临界转速临界转速临界临界转差率转差率 sM:Y 系列系列: KM = 22.2过载倍数过载倍数 KM：R2 X2sM =TM TNKM =Mn0TnOTsTNnNTMnMNS机械特性机械特性 最大转矩最大转矩TM:电动机带动最大负载的能力电动机带动最大负载的能力转轴上机械负载转矩不能大于转轴上机械负载转矩不能大于TM ，否则将造成堵转否则将造成堵转( (停车停车) )TS 体现了电动机直接起动的体现了电动机直接

7、起动的能力。能力。若若 TSTL 电机能电机能起动起动，否则，否则将起动不了。将起动不了。TS TNKS =Y系列系列: KS = 1.62.2 KC = 5.57.0机械特性机械特性 Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起动电流倍数：起动电流倍数：起动转矩倍数：起动转矩倍数：IS INKC =（二）人为特性（二）人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TSn0nMnOT定子电压降低时的人为机械特性定子电压降低时的人为机械特性 T U1p2R2R2 +RTS +T n0nOT 转子电阻增加时的人为机械特性转子电阻增加时的人为机械特性 转子串联合适的电阻，可使转子串联合适的电阻，可使 TS =

8、 TM（三）机械特性的软硬（三）机械特性的软硬 硬特性硬特性：负载变化时，转速变化不大，负载变化时，转速变化不大，运行特性好运行特性好。软特性软特性：负载增加时，转速下降较快，负载增加时，转速下降较快，起动特性好起动特性好。硬特性硬特性软特性软特性不同场合应选用不同的不同场合应选用不同的电机。电机。如金属切削，选硬特如金属切削，选硬特 性性电机；重载起动则选软电机；重载起动则选软特性特性 电机。电机。n0nTO 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调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。整，这种能力称为自适应负载能力。（四）电动机的自适应负载能力（四）电动机

9、的自适应负载能力 电动机工作在特性曲线的电动机工作在特性曲线的哪一点上？哪一点上？ 应当运行于与负载机械特性应当运行于与负载机械特性的交点上。的交点上。n0nTOTLTLn0nTOn0nTO工作段工作段 自适应负载能力自适应负载能力是是电动机区别于其它动力机械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）操作者加大油门，才能带动新的负载） 。 a 点点TLnI2T直至新的平衡直至新的平衡I1 P1TLaTL a点点a平板式普通晶闸管和螺栓式普通晶闸管的区别 平板式普通晶闸管属于双面散热，适用于大功率

10、场合；螺栓式普通晶闸管属于单面散热，适用于中、小功率场合。wtuda qa：控制角，即晶闸管承受正压到触发导通之间的电角度。 q：导通角，即晶闸管在一个周期内导通的电角度。(4)(4)串级调速串级调速（1）辅助电动机起动法 辅助电动机起动法是选用一台与同步电动机极数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，起动时，先起动辅助电动机将同步电动机拖动到异步转速，然后将同步电动机投入电网，加入励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步，同时切除辅助电动机电源，这种方法适用于同步电动机的空载起动。 由于恒频起动时，作用在转子上的平均转矩为零，使电动机无法自行起动。变频起动法是在起动前将转子加入直流，利用变频

11、电源使频率从零缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直至达到额定转速，起动完毕。这种方法多用于大型同步电动机的起动。 异步起动法是在转子上加装起动绕组，其结构如同异步机的鼠笼绕组。起动时，先不给励磁绕组励磁，同步电动机定子绕组接电源，通过起动绕组作用，产生起动转矩，使同步电动机自行起动，当转速达95%同步转速左右后，给同步电动机的励磁绕组通入直流，转子自动牵入同步。同步电动机异步起动法起动时原理接线图微型同步电动机永磁式微型同步电动机永磁式同步电动机磁滞式同步电动机 异步起动式永磁同步电动机的转子结构 径向式磁滞起动式永磁同步电动机的结构 反应式微型同步电动机分段式隐极转子结构 凸极转子结构

12、图 反应式同步电动机结构原理 磁滞式同步电动机(a)磁性套筒 (b)非磁性套筒 磁滞电动机的转矩作用原理图没有切向力，不产生力矩 有切向力，能产生力矩 单相异步电动机单相异步电动机的工作原理结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；转子一般用鼠笼式。定子转子定子绕组定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。（1）自身没有起动转矩.F转子导条及电流（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。其原理分析如下： 定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：- + -= + -= mtmttmsin)(tmsin2m2m-

13、+ + - 02s121ss1T2T正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩s起动转矩为零。01s22s21s（正向）（反向）正转转反电容分相式起动KDU1I2ICWST启动时开关K闭合，使两绕组电流 相位差约为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。21II、定子磁极转子短路环 图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则

14、变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。异步电动机的转速方程为 式中， 为电动机转速； 为定子转速磁场的同步转速； 为定子供电频率； 为转差率。 由上式可见，改变异步电动机的供电频率 ，可以改变其同步转速 ，实现调速运行，也称为变频调速。 )1 ()1 (6011snspfnn1n1fs1f1n 异步电动机定子每相电动势有效值E1为： 式中， 为每极气隙磁通； 为定子相绕组有效匝数。 由上式可见，只要控制好 和 ，可达到控制磁通 的