机电产品设计实例与分析第五章.ppt
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1、本章要点:,了解异步电动机的基本结构和工作原理 掌握异步电动机的机械特性; 掌握异步电动机启动、调速、制动的方法; 学会用机械特性的四个象限分析电动机运行状态; 掌握各种异步和同步电动机的使用场所。,第五章 交流电动机的工作原理及特性,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,交流电机,异步电机、 异步电动机,同步电机,三相异步电动机,同步发电机,同步电动机,单相异步电动机,分类:,基本结构,转子,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,定子,基本结构,转子,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,定子,转差率,所以这种电动机称为异步电动机,也叫感应电动机。,定子线圈通三相交流电 产生旋转磁场
2、相当于转子切割磁力线运动 在转子回路中产生感应电流(右手定则) 带电导体在旋转磁场中受到电磁力 (左手定则) 产生电磁转矩 使转子转动(方向与旋转磁场同向)电动机转动.,工作原理,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,转子与定子的转速不同,S通常为:0.0150.060,电流正方向为: 从各相绕组的首端流到末端为正。 AX BY CZ,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,过程分析,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,a b c d,过程分析,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,结论:任意两根导线对调就可以改变磁场旋转方向;旋转磁场的
3、方向与三相电流的相序一致。,旋转磁场的方向,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,若将定子做如下改变:,上述分析可以得出:电流经过一个周期变化,旋转磁场在空间上也转过一转,若电流频率为f,旋转磁场每分钟旋转 60f 转,即n0=60f。,旋转磁场的的极数与旋转速度,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,过程分析:绕组在空间对称分布,每相绕组由两部分串连而成。此时,磁极对数p=2。电流变化了半个周期,磁场在空间转过1/4 转。,旋转磁场的的极数与旋转速度,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场的形成,结论:因此若有p对磁极,则磁场的转速为:n0=60
4、f/p,例如:f为电源频率50HZ;p为电动机的磁极对数. p=1时,同步转速为3000r/min;p=2时,同步转速为1500r/min;p=3时,同步转速为1000r/min.,当电动机接入电源的线电压等于电动机的额定相电压时,应接成三角形;若是相电压的 倍,应接成星形。 如:铭牌标有 和380/220时,电源线电压为380V时接成星形,为220V时接成三角形。,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,定子绕组线端连接方式,图5.15 星形连接,图5.15 三角形连接,图5.14 出线端排列,定子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,定子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路
5、,转子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,转子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,转子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,三相异步电动机的转子电路的各个物理量如:转子感应电势E2、I2、X20、cos2等都与转差率 S有关,也即与转速 n有关。,转子电路,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,例:一台4极三相异步电动机,电源频率50Hz, 额定转速1440r/min,转子电阻0.02欧,转子电抗0.08欧,转子电动势E20=20V,求: 1)电动机的同步转速;2)电动机起动时的转子电流.,解;1)电动机为4极,磁极对数p=2, 有n0=60f/P=3000/2=
6、1500r/min 2)电动机起动时的转子电流,举例,三相异步电动机的额定值,1)型号,如Y90S-4、Y112M-4; 2)额定功率PN:在额定情况下,电动机轴上输出的 机械功率; 3)额定电压UN:在额定情况下,定子绕组应加的线 电压值; 4)额定频率f:在额定情况下,定子外加电压的频率; 5)额定电流IN:在额定情况下,定子的线电流值; 6)额定转速nN(SN):在额定情况下,电动机的转速; 7)温升(或绝缘等级)。,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,绝缘的温度等级: A级 E级 B级 F级 H级 最高允许温度(): 105 120 130 155 180,2) 额定效率:在额定频
7、率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时电动机输出机械功率与输入电功率之比,其表达式为,3) 额定负载转矩TN:电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载转矩。,5.2 三相异步电动机的定子与转子电路,根据以上数据求出其他额定值: 1) 额定功率因数:在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时,定子相电流与相电压之间相位差的余弦 cosN。,5.2三相异步电动机的定子电路与转子电路,三相异步电动机的能流图,直流电动机: 交流电动机:,讨论: 1)当cos2 =1,纯电阻性负载,I2与E2同向; 2)当cos2=0,纯感性负载, I2与E2相差90度;T=0。 3)cos2 1,认为此时线圈中
8、的电流是I2=I2 cos2 ;,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,三相异步电动机的转矩,参数表达式:,讨论: 当S较小时,忽略电抗,则 T与S 近似线性关系; 当S超过临界值时,随着转速的下降,转矩也变小。,机械特性表达式,物理表达式:,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,四个特殊点: 理想空载工作点: T0,nn0,S0;,2) 额定工作点:,空载工作点,额定工作点,固有机械特性,异步电动机在UN和 fN下,用规定的接线方式,定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有(自然)机械特性。,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,四个特殊点:,4) 临界工作点: TT
9、max,nnm,(SS m),最大转矩 Tmax=KU2/2X20; 临界转差率 sm=R2 /X20。,临界工作点,固有机械特性,3) 启动工作点: n0 , (S1), TTST;,启动工作点,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,鼠笼式:,线绕式:,机械特性表达式,实用表达式:,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,人为机械特性,改变定子电压U、定子电路串入电阻或电抗、转子电路串入电阻或电抗、定子电源频率f 等,都可得到异步电动机的人为机械特性。,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,随电压的减小 而变小,特点: n0= 60f /p 不变; 不变; 随电压的减小而变小;,降低电源
10、电压时的人为机械特性,人为机械特性,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,特点: n0=60f /p 不变; 不变; 变小,虚线2所示,要比降压的大些,因为随着转速的上升和启动电流的减小,端电压自动增大; 减小。,定子电路接入电阻或电抗时的人为机械特性,人为机械特性,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,n0=60f /p 当f变小,n0 变小; 变大; 不变,一般变频调速采用恒转矩调速,T max保持恒值,改变f 时,U也作相应的变化,使Uf =常数,使气隙磁通不变;,变大。,改变定子电源频率时的人为机械特性,人为机械特性,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,此时的人为特性将是一条比
11、固有特性较软的一条曲线。,特点: n0=60 f/p 不变; 增大; 不变; 增大。,转子电路串电阻时的人为机械特性,人为机械特性,5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,对电动机启动的主要要求,TSTTL,且启动转矩越大越好; 启动电流IST越小越好,太大对电机和电网都不好; 启动平滑,以减小对机械的冲击; 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; 其中,前两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。,5.4 三相异步电动机的启动特性,鼠笼型异步电动机的启动方式: (1)全压直接启动 (2)降压启动,启动电流大,启动转矩小,特点:直接启动电流大,由于功率因数低,
12、启动转矩小。,对电动机启动的主要要求,5.4 三相异步电动机的启动特性,特点: 控制线路简单; 维修工作量小; 启动电流大;,应用场合:通常对中、小容量的异步电动机均采用直 接启动方式。,将电动机的定子绕组通过闸刀开关直接接入电源,在额定电压下进行启动。,5.4 三相异步电动机的启动特性,直接启动,直接启动条件: 独立变压器供电时: 电动机启动频繁,电动机功率小于变压器容量的20;电动机不经常启动,电动机功率小于变压器30 没有独立的变压器供电(即与照明共用电源): 电动机启动比较频繁,满足下列关系则可直接启动。,5.4 三相异步电动机的启动特性,直接启动,启动时降低加在电动机定子绕组上的电压
13、,当转速接近额定值时,再将电压恢复到额定值,使之在全电压下运行。 降压启动只适用于启动时负载转矩不大的情况,如轻载或空载。由于机床电动机一般都为空载启动,所以常采用降压启动方式。 常用的降压启动方式有:定子串电阻或电抗器降压启动、Y 降压启动、自耦变压器降压启动等。,5.4 三相异步电动机的启动特性,降压启动,特点: 启动转矩随定子电压的平方关系下降,故它只适用于空载或轻载启动,1)定子电路串电阻或电抗器降压启动,不经济,在启动过程中,电阻器上消能量大,不适用于经常启动的电动机,若采用电抗器代替电阻器,则所需设备费较贵,且体积大。,5.4 三相异步电动机的启动特性,降压启动,启动时,定子绕组先
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- 机电 产品设计 实例 分析 第五
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