电工学-电动机.ppt

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电工技术第 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 电动机的选择下一章上一章返回主页第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 2 电机是实现能量转换或信号转换的电磁装臵。电能机械能种类： (1) 动力电机：直流电机和交流电机他励电机并励电机串励电机复励电机 6.1 电机概述异步电机同步电机第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 3 (2) 控制电机伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；测速发电机：将转速转化为电压信号；自整角机：实现角度的传输、变换和接受；步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；旋转变压器：转角信号变换成电压信号；感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 4 iU iV iW t i O 1. 旋转磁场的产生一、旋转磁场三相 (多相 ) 绕组中流过三相 (多相 ) 电流。 U1 U2 V1 V2 W2 W1 U1 U2 通入 iU V1 V2 通入 iV W1 W2 通入 iW 6.2 三相异步电动机的工作原理第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 5 t = 0 W2 U1 V2 W1 U2 V1 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S t = 90 N S iU iV iW t i O 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 6 U1 U2 U3 U4 V1 V4 V2 V3 W4 W1 W2 W3 每相绕组都用两个线圈串联组成：形成的磁场则是两对磁极，即 p = 2 U1 U2 U3 U4 V1 V2 V3 V4 W1 W2 W3 W4 N S N S N S N S U1 U2 U3 U4 V1 V4 V2 V3 W4 W1 W2 W3 t = 0 t = 90 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 7 2. 旋转磁场的转速旋转磁场转速 n0 同步转速电流变化一周旋转磁场转一圈电流每秒变化 50 周旋转磁场转 50 圈旋转磁场转 3000 圈电流每分变化 (50 60) 周 p = 1 时：电流变化一周旋转磁场转半圈电流每秒变化 50 周旋转磁场转 25 圈旋转磁场转 1500 圈电流每分变化 (25 60) 周 p = 2 时：第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 8 p 1 2 3 4 5 6 n0/(r/min) 3000 1500 1000 750 600 500 f = 50 Hz 时，不同磁极对数时的同步转速如下： 60 f1 p n0 = 磁极对数为 p 时第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 9 3. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向为： U1 V1 W1 与三相绕组中的三相电流的相序 L1 L2 L3 一致 L1 L2 L3 L1 L2 L3 n0 n0 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 10 二、工作原理 1. 电磁转矩的产生右手定则左手定则第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 11 N S 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向。用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。电磁力 F 电磁转矩 T 。 T 与 n0 同方向。 n0 F n 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 12 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系： n 与 n0 方向一致。 n n0，转差率 : 起动 (堵转 ) 时 : n = 0， s = 1 理想空载时 : n = n0， s = 0 正常工作时 : 0 s TL 加速运行当 T2 TL 电动机能起动，否则将起动不了。起动转矩倍数 : Y系列： KS = 1.6 2.2 KC = 5.5 7.0 起动电流 : M N S TN sN 1 TS TM sM T O s TS T N KS = IS IN KC = 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 28 例 6.5.1 某三相异步电动机，额定功率 PN = 45 kW，额定转速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ， KS = 2.0。若 TL = 200 Nm，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 TN TL，故可以带此负载短时运行。 (3) 电动机的起动转矩由于 TS TL，故可以带此负载直接运行。 TS = KSTN = 2.0 145 Nm = 290 Nm 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 29 二、人为特性 1. 定子电压降低时的人为特性 UN 0.9UN 0.81TM 0.81TS R2 R2 +R TM n0 n O T 2. 转子电阻增加时的人为特性转子串联合适的电阻 : TS TM n0 nM n O T 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 30 异步机的起动特性：起动电流大 : IS = KI IN = (5 7)IN 起动转矩小 : TS = KSTN = (1.6 2.2)TN 影响：频繁起动时造成热量积累 ,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。 6.6 三相异步电动机的起动良好的起动性能 : 起动电流小起动转矩大第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 31 一、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： 7.5 kW 以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动电流倍数 3 + 1 4 IS I N KC = 电源容量 (kVA) 电机功率 (kW) 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 32 (1) 星形三角形减压起动适用于：正常运行为形联结的电动机。 2. 减压起动起动时运行时 U V W UN I1LY U V W UN I1L 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 33 定子线电压比定子相电压比起动电流比起动转矩比电源电流比 Y形起动与形起动时起动电流和起动转矩比较定子相电流比 = = 1 UN U N U1LY U1L = = U1PY U 1P U1P U1PY/ 3 1 3 = = I1PY I 1P U1P U1PY 1 3 = = ISY I S I1P I1PY 1 3 3 = = IY I IS ISY 1 3 =( ) = U1PY U 1P TSY TS 2 1 3 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 34 (2) 自耦变压器减压起动降压比 KA= U U N 定子线电压比定子相电压比 M 3 U UN 定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比 = = KA U U N U1La U1Lb = = KA U1La U 1Lb U1Pa U1Pb = = KA U1Pa U 1Pb I1Pa I1Pb = = KA I1Pa I 1Pb ISa ISb = = KA KAISa I Sb Ia Ib 2 =( ) = KA U1Pa U 1Pb TSa TSb 2 2 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 35 (3) 软起动器起动 3 软起动器 M 3 u O t uN ts i O t iR ts iL 限压起动模式限流起动模式第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 36 例 6.6.1 一台 Y250M-6 型三相笼型异步电动机， UN 380 V，三角形联结， PN = 37 kW， nN = 985 r/min， IN = 72 A， KS = 1.8， KC = 6.5。已知电动机起动时的负载转矩 TL = 250 Nm，从电源取用的电流不得超过 360 A，试问： (1) 能否直接起动？ (2) 能否采用星形三角形起动？ (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动？解 (1) 电动机的额定转矩直接起动时的起动转矩和起动电流由于 I = IS 360 A，所以不能直接起动。 TN = = Nm =359 Nm 60 2 PN nN 60 2 3.14 37 103 985 TS = KSTN = 1.8 359 Nm = 646 Nm IS = KCIN = 6.5 72 A = 468 A 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 37 (2) 星形三角形起动时的起动转矩和起动电流由于 TSY TL， IS 360 A，所以可以采用自耦变压器起动。 TSY = TS = 646 Nm = 215 Nm 1 3 1 3 ISY = IS = 468 A = 156 A 1 3 1 3 TSa = KATS = 0.8 646 Nm = 413 Nm 2 2 IS = KAIb= KAI = 0.8 468 A = 300 A 2 2 2 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 38 二、绕线转子异步电动机的起动方法 1. 转子电路串联电阻起动减小起动电流增大起动转矩 2. 转子电路串频敏变阻器起动频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；频率低，则反之。转子电路起动时 : 转子电路运行时 : f2 高，电阻大， f2 低，电阻小，自动切除变阻器。 R2 n0 T n O T s R2 Ts R2 R2 Ts 大， Is 小。第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 39 (1) 改变同步转速 n0 改变频率 f1 和磁极对数 p (2) 改变转差率 s 调速方法： 6.7 三相异步电动机的调速 n = (1 s) n0 = (1 s) p 60 f1 调速：在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。一、变频调速 3 变频器 M 3 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 40 二、变极调速 U1 U2 U3 U4 (a) p = 2 (b) p = 1 U1 U2 U3 U4 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 41 三、变压调速四、转子电路串联电阻调速 UN 0.9UN n 0 nM n O T R2 R2 +R TM n0 n O T 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 42 五、串级调速 I2 n s I2 T 若相位相同 T 若相位相反 I2 n s I2 T T 在转子电路中串入与 E2 频率相同，相位相同或相反的附加电动势 Ea 。 I2 = E2 Ea R 2 (sX2) 2 2 引入 Ea 引入 Ea 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 43 例 6.7.1 一台绕线转子异步电动机，转子绕组每相的电阻 R2= 0.022，漏电抗 X2 = 0.275，额定转速 nN=1 440 r/min。 (1) 要使起动转矩等于最大转矩，在转子绕组的每相电路中应串联多大的起动电阻？ (2) 在额定负载转矩情况下，在转子绕组的每相电路中应串联多大的调速电阻才能将转速降至 1 200 r/min？ O sN sMN s sM s T TM TN 解 M M (2) 将转子电路串联电阻前后的转矩特性 OM 段都近似用直线代替。 (1) Rst X2 R2 (0.275 0.022) 0.253 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 44 未串联调速电阻前的转差率 sN 和临界转差率 sMN 串联调速电阻后的转差率串联调速电阻后的临界转差率转子每相绕组的总电阻应串联的调速电阻 Rst = R2S R2 = (0.11 0.022) = 0.088 = = 0.04 1 500 1 440 1 500 n0 nN n0 sN= R2 X2 sMN = 0.08 0.022 0.275 = = 0.2 1 500 1 200 1 500 n0 n n0 s = 0.04 sM = s = s = 0.2 = 0.4 TM TN sMN sN 0.08 R2S = sMX2 = 0.40.275 = 0.11 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 45 一、脉振磁场 * 6.8 单相异步电动机 Fm Rm m Fm Rm m Rm Fm t O t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 46 二、工作原理无起动转矩，有运行转矩。 TR sF 1 TF sR T O s (a) 转子顺时针方向旋转 (b) 转子逆时针方向旋转 TF sR 1 TR sF T O s 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 47 1. 两相起动原理：两相电流旋转磁场起动转矩三、起动方法转子 C W1 S1 iW iS W2 S2 2. 罩极起动 n 转子励磁绕组短路环第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 48 * 6.9 交流伺服电动机交流伺服电动机是两相异步电动机。机械特性 T n O 原理图转速控制方式：幅值控制、相位控制、幅相控制。 uL + C + uC L 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 49 步进电动机将电信号转变成转角或转速。 * 6.10 步进电动机一、步进电动机的结构 U2 V1 V2 U1 W2 W1 1 2 3 4 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 50 (b) V 相通电通电顺序： U V W U (a) U 相通电二、步进电动机的工作原理每一拍转子转过的角度称步距角。 (c) W 相通电 W2 U1 V1 W1 U2 V2 1 2 3 4 W2 U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 V1 W1 U2 V2 1. m 相单 m 拍第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 51 (a) UV 相通电 U1 W2 V1 W1 U2 V2 2. m 相双 m 拍 W2 V1 W1 U2 V2 U1 W2 V1 W1 U2 V2 U1 (b) VW 相通电 (c) WU 相通电通电顺序： UV VW WU UV 通电顺序： U UV V VW W WU U 3. m 相 2m 拍步距角与转子齿数 Z 和拍数 N 的关系 360 ZN = 转子每分钟的转速 60f ZN n = 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 52 * 6.11 三相同步电动机 U1 U2 V1 V2 W1 W2 N S If 特点：通过改变转子 If，可以调节电动机的。原理图机械特性 n T n0 O 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 53 * 6.12 直流电动机一、工作原理在两电刷之间加入直流电压，则在绕组中产生电流，通电导体又受到力的作用，产生电磁力矩。由于换向器的作用，在 N (S) 极下受力方向不变，使电枢旋转起来。 F S N ia F 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 54 1. 电磁转矩 T = CT Ia 式中：每极磁通； Ia 电枢电流； CT 电机结构决定的常数。 2. 电动势 E = CE n E 与 Ia 反向 E 为反电动势，直流电动机分类：他励、并励、串励、复励电动机。第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 55 二、他励电动机 Ia If M + Ua + Uf + E 励磁电流电枢电流电动机转速转速与转矩的关系 Ia = Ua E R a Uf Rf If = E CE n = = Ua Ra Ia CE Ua CE n = T Ra CECT 2 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 56 n O T 他 /并励串励复励直流电动机的机械特性 (1)改变电枢电压 (2) 改变磁通 (3) 改变电枢电路电阻直流他励电动机调速方法：第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 57 三、并励和串励电动机 U = Ua = Uf I = Ia If U = Ua Uf I = Ia = If E CE n = = U (Ra Rf)I CE = T Ra Rf C ECT 2 U CE M + U I Ia If I M + U + E 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 58 四、复励电动机复励电动机既可以具有串励电动机的某些优点，适用于负载转矩变化较大，需要机械特性比较软的设备中，又可以像并励电动机那样在空载和轻载下运行。 M + U I 第 6 章电动机大连理工大学电气工程系 59 * 6.13 电动机的选择 1. 种类的选择优先选用三相笼型异步电动机。 2. 功率的选择 3. 电压的选择 4. 转速的选择 5. 外形结构的选择防护型、封闭式、密封式、防爆式。 6. 安装形式的选择 7. 型号的选择第 6 章电动机第 6 章结束下一章上一章返回主页

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