电工电子4-电机及其控制.ppt
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1、电工电子技术基础,清华大学出版社,第4章 电机及其控制,项目一 三相异步电动机的认识 项目二 三相异步电动机的启动控制 项目三 三相异步电动机的正反转控制 项目四 三相异步电动机的变速控制 项目五 三相异步电动机的制动,项目一 三相异步电动机的认识,任务一 认识三相异步电动机的结构 任务二 学习三相异步电动机的工作原理 任务三 了解三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 任务四 学习三相异步电动机的铭牌及其选择,项目引入 你见过如图所示的搬运工具吗? 你知道电动葫芦的动力源是什么吗? 这个动力源的结构如何? 它是怎样工作的?,任务目标 (1)了解三相异步电动机的结构,理解其工作原理,并掌握其特性;
2、 (2)理解电动机铭牌上技术数据的意义,能根据需要正确地选择和使用电动机。,车间常用的电动葫芦,三相异步电动机,任务一 认识三相异步电动机的结构,(a)电动机结构 (b)电动机外形 1-散热筋 2-吊环 3-转轴 4-转子 5-风扇 6-罩壳 7-轴承盖 8-端盖 9-接线盒 10-机座 11-轴承 12-铭牌,由定子和转子构成,在定子和转子之间留有一定的气隙。还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。,(a)定子铁心 (b)定子硅钢片 (c)转子硅钢片,固定部分,用来产生旋转磁场的 一般由定子铁芯、定子绕组和外壳等组成。,定子,由三个彼此独立的绕组组成(每个绕组即为一相),通入三相对称电流时,
3、就会产生旋转磁场。 在空间彼此相隔120电角度,每相绕组的多个线圈均匀分布嵌放在定子铁芯槽中。,(a)星形接法 (b)三角形接法,定子绕组,作用:产生旋转力矩,拖动生产机械旋转。 组成:转子铁芯、转子绕组、转轴等。 转子绕组:笼型转子和绕线型转子两种。,(a)笼型绕组 (b)转子外形,铸铝的笼型转子 1-铸铝条 2-风叶 3-转子铁心,转子,绕线型转子,1-转子三相绕组 2-转子铁心 3-集电环 4-转子绕组接线头 5-电刷 6-刷架 7-电刷外接线 8-镀锌钢丝箍 9-转轴 10-定子绕组,接线示意图 提刷装置,其他附件 其他附件有端盖、轴承、轴承盖、风叶、风罩和接线盒等。,想一想:定子和转
4、子的铁心为什么用硅钢片叠成?笼型转子上有绕组吗?,任务二 学习三相异步电动机的工作原理,定律电磁感应、全电流、电路、电磁力等。 旋转磁场电动机旋转的动力。 基本原理在定子绕组中,通入三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生的电磁力形成电磁转矩,驱动转子转动,从而使电动机工作。 (1)三相交流电可产生旋转磁场 (2)转子转动原理,1旋转磁场,定子三相电流产生的旋转磁场,三相定子绕组及其波形,星形连接,三相对称电流波形,iA=Imsint 参考方向 iB=Imsin(t120) iC=Imsin(t+120),三相电流互成120,相序A-B-C,t =0,t =60,t =90
5、,t =180,三相电流产生的旋转磁场,顺时针转60o,顺时针转90o,顺时针转180o,磁场,三相对称交流电流,产生一对磁极(磁极对数p=1)合成的随时间变化的旋转磁场。 当电流经过一个周期的变化(t =0360)时,合成磁场也顺时针方向旋转360的空间角度。,改变旋转磁场的转向,2旋转磁场的转向,相序 A-B-C,相序 A-C-B,t =0 t =60,旋转磁场的转速为 n060f1/p (r/min),n0电动机同步转速(即旋转磁场的转速),单位为r/min; f1 定子电流频率,单位为Hz; P 磁极对数(由三相定子绕组的布置和连接决定),pl为二极,p2为四极,p3为六极,依次类推。
6、,2.三相异步电动机的转动原理,定子绕组通电旋转磁场 感应电动势(右手定则) 转子感应电流 受电磁力F作用(左手定则)对转轴产生电磁转矩T(顺时针)转子以转速n顺着旋转磁场的方向旋转,同步转速,转子感应电流,旋转磁场,定子绕组,转子转速,感应电动机:电磁感应传递能量,同步转速n0,三相交流电产生的旋转磁场的转速 n0=60f1/p 转/分( r/min ),p 磁极对数(由三相定子绕组的布置和连接决定)。 p=l为2极;p=2为4极;p=3为6极,f1 (Hz):定子电流频率,电动机 p 固定,且f1也固定,则n0也是固定的,“异步,异步电动机转子转速n不可能达到同步转速n0“异步” 电动机工
7、作的必要条件(n n0 ),异步电动机的转速,转差电动机的同步转速n0与转子的转速n之差。 转差率s转差与同步转速n0的比值 s=(n0 n)/ n0 100% n=(1s)60 f1/ p,转差,电动机启动时n=0,s=1; 当n=n0时(理想空载运行),s=0;稳定运行时,n接近n0,s很小,一般在2%7%。 例:一台四极异步电动机,三相电源频率为50Hz,额定转差率为0.04,则其在额定运行时转速为 n =(1s)60f /p =(10.04)6050/2=1 440r/min,转差率,想一想: 异步电动机的定子旋转磁场与转子磁场是不是同步的? 三相异步电动机的同步转速由哪些因素确定?
8、怎样改变三相异步电动机的转向? 与通入定子绕组的三相交流电的相序有关吗?,任务三 了解三相异步电动机的电磁转矩和机械特性,1. 电磁转矩 2机械特性,1电磁转矩,电磁转矩 T 的产生转子电流I2在旋转磁场中受到电磁阻力的作用: T=kT I2 cos2 T (Nm)电动机的电磁转矩; (Wb)旋转磁场每极的磁通量; I2 ( A ) 转子电流的有效值; kT 与电动机结构相关的常数; cos2转子电路的功率因数。,转子电流的有功分量,2.机械特性曲线,(1)三相异步电动机的转矩特性T=f (s) 当定子外加电压U1和频率f1一定时(磁通量基本不变),转矩T与转差率s的关系曲线T=f (s)。
9、(2)三相异步电动机的机械特性n=f (T) 转速与转矩的关系曲线,(1)三相异步电动机的转矩特性,理想空载: s=0,n=n0,T=0,临界转矩:最大值Tm,临界转差率Sm,额定转矩TN,启动转矩Tst,(2)三相异步电动机的机械特性,稳定区硬特性,不稳定区,在稳定区内某一点时,电磁转矩与负载转矩相平衡而保持匀速转动。自动适应负载转矩的变化,不能自动适应负载转矩的变化,TN:电动机在额定电压下,带上额定负载,以额定转速运行,输出额定功率时的转矩; 是电动机长期持续工作时轴上输出转矩的最大值。 TN=9 550PN/nN PN (kW) 异步电动机的额定功率; nN ( r/min)异步电动机
10、的额定转速; TN ( Nm )异步电动机的额定转矩。, 额定转矩TN,Tm:电动机转矩的最大值表示。 “闷车”当负载转矩超过Tm时,电动机将带不动负载而发生停车。此时电动机的电流(堵转电流)立即增大到额定电流值的67倍,将引起电动机严重过热,甚至烧坏。 过载能力允许电动机短时间接近Tm过载运行。 过载系数最大转矩Tm与额定转矩TN之比 =Tm/TN 一般为1.82.2,最大转矩(临界转矩)Tm,Tst :电动机在接通电源被启动的最初瞬间,n=0,s=1时的转矩。 启动能力(Tst/TN)取1.32.2 为保证电动机能够启动,则Tst TL 电动机一旦启动,会迅速进入机械特性的稳定区运行。 堵
11、转现象:当TstTL时,电动机无法启动,电流达最大,造成电动机过热,也会烧坏电动机。,启动转矩Tst,电动机静止时的负载转矩,例4.1某三相异步鼠笼式电动机,其额定功率PN=55kW,额定转速nN=1480 r/min,=2.2,st=1.3。这台电动机的额定转速TN、启动转矩Tst和最大转矩TM各为多少?,解:由式(4-9)计算电动机的额定转矩得 TN = 955055/ 1480 354.9(Nm) Tst=1.3354.9 461(Nm) TM=2.2354.9 780(Nm),想一想: 三相异步电动机的电磁转矩是怎样产生的?电磁转矩与定子电压U1有何关系? 三相异步电动机接通电源后,如
12、果转轴受阻而长时间不能启动有何后果? 三相异步电动机带额定负载运行时,如果电源电压降低,电动机的转矩、转速及电流有无变化?如何变化? 异步电动机长时间过载运行时,为什么会造成电动机过热?当电动机运行过程中负载转矩增加而大于TM时,将会发生什么情况?,任务四 学习三相异步电动机的铭牌 及其选择,1.电动机的铭牌 例:Y132M-4型三相异步电动机。 表 三相异步电动机的铭牌,(1)型号 (2)电压及接法 (3)电流 (4)功率、功率因数和效率 (5)频率 (6)转速 (7)绝缘等级 (8)工作方式,型号:表示电动机类型、用途和技术特征的代号。 Y132M-4 Y三相鼠笼型异步电动机,名称代号的意
13、义; 132机座中心高132mm; M机座长度代号(L/长机座,M/中机座,S/短机座 4磁极数(磁极对数p=2),(1)型号,大写拼音字母和数字组成,表 常用三相异步电动机产品名称代号及汉字意义,表中Y、Y-L系列是新产品。Y系列定子绕组是铜线,Y-L系列定子绕组是铝线。,额定电压UN :电动机额定运行时,加在定子绕组出线端的线电压。 电源电压波动应在UN 5%范围内。 过高,易烧毁;过低,难启动,可能带不动负载,易烧坏。 三相异步电动机的额定电压有380V、3 000V、6 000V等多种。,(2)电压及接法,Y系列三相异步电动机的额定电压为380V; 电动机如标有两种电压值,如220/3
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