電工學(xué)少學(xué)時(shí)唐介電動(dòng)機(jī)PPT課件

1、電工電子教學(xué)部教學(xué)要求1. 了解三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，分清鼠籠式和繞線式兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2. 理解旋轉(zhuǎn)磁場和三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理；3. 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的方法；4. 理解三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系和功率平衡關(guān)系；5. 理解三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性以及額定狀態(tài)、臨界 狀態(tài)和起動(dòng)狀態(tài)的意義;6. 了解定子電壓和轉(zhuǎn)子電阻改變時(shí)的人為機(jī)械特性；7. 理解三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)的意義； 8. 了解三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；9. 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法；10. 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法；第1頁/共73頁電工電子教學(xué)部 電動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 電能

2、 機(jī)械能 直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī) 他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī) 第2頁/共73頁電工電子教學(xué)部 伺服電動(dòng)機(jī)：電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移或角速度； 測速發(fā)電機(jī)：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)； 自 整 角 機(jī) ：實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號(hào)變換成電壓信號(hào)； 感應(yīng)同步器：轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 第3頁/共73頁電工電子教學(xué)部iUiViW tiO三相 (多相) 繞組中流過三相 (多相) 電流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入 iU V1 V2 通入 iV W1 W2 通入 iW 第4頁/共7

3、3頁電工電子教學(xué)部 t = 0U1W2V1U2W1V2NSiUiViW tiO2sinUiIt02sin(120 )ViIt02sin(120 )WiIt t = 60U1W2V1U2W1V2NS0,0,0UVWiii0,0,0UVWiii設(shè)各相繞組電流的參考方向?yàn)槭级酥赶蚰┒诵D(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)0旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)60第5頁/共73頁電工電子教學(xué)部W2U1V2W1U2V1 t = 90NS0,0,0UVWiii t = 120U1W2V1U2W1V2NS0,0,0UVWiii旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)90旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)120第6頁/共73頁電工電子教學(xué)部 t =1500,0,0UVWiii t =2100,0,0UVWi

4、iiW2U1V2W1U2V1NSU1W2V1U2W1V2NS旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)150旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)210第7頁/共73頁電工電子教學(xué)部 t =2700,0,0UVWiiiU1W2V1U2W1V2NS t =360U1W2V1U2W1V2NS0,0,0UVWiii旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)270旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)360第8頁/共73頁電工電子教學(xué)部第9頁/共73頁電工電子教學(xué)部U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組都用兩個(gè)線圈串聯(lián)組成：形成的磁場則是兩對(duì)磁極，即 p = 2 U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0 t =

5、 900,0,0UVWiii0,0,0UVWiii旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)0旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)45第10頁/共73頁電工電子教學(xué)部 t = 180 t = 2700,0,0UVWiii0,0,0UVWiii t =3600,0,0UVWiiiU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3SNSNSNSNU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)90旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)135第11頁/共73頁電工電子教學(xué)部 t =3600,0,0UVWiiiU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NSNS旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)180第12頁/共73頁電工電子教學(xué)部第13頁/共73頁電工電子教學(xué)部旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n0 電流

6、變化一周旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈電流每秒鐘變化 50 周 旋轉(zhuǎn)磁場每秒鐘轉(zhuǎn) 50 圈旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘轉(zhuǎn) 3000 圈電流每分鐘變化 (5060) 周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈電流每秒鐘變化 50 周 旋轉(zhuǎn)磁場每秒鐘轉(zhuǎn) 25 圈 旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘轉(zhuǎn) 1500 圈電流每分鐘變化 (2560) 周第14頁/共73頁電工電子教學(xué)部 p12 3456n0/(r/min) 3000 1500 1000750600500 f = 50 Hz 時(shí)，不同磁極對(duì)數(shù)時(shí)的同步轉(zhuǎn)速如下： 60 f1pn0 = 磁極對(duì)數(shù)為 p 時(shí) 第15頁/共73頁電工電子教學(xué)部旋轉(zhuǎn)磁場是沿著：U1V1W1與三相繞組中的三相電流的相序 L1 L2

7、L3 L1一致L1 L2 L3L1 L2 L3n0n0U1第16頁/共73頁電工電子教學(xué)部 右手定則 左手定則第17頁/共73頁電工電子教學(xué)部NS 用右手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng) 電流的方向。 用左手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組受到的 電磁力的方向。 電磁力 F 電磁轉(zhuǎn)矩 T 。 T 與 n0 同方向。n0Fn 第18頁/共73頁電工電子教學(xué)部 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系： n 與 n0 方向一致。 n n0，轉(zhuǎn)差率 :起動(dòng) (堵轉(zhuǎn)) 時(shí): n = 0，s = 1 理想空載時(shí): n = n0，s = 0 正常工作時(shí): 0 s TL 加速運(yùn)行當(dāng) T2 TL 電機(jī)能起動(dòng)，否則將起動(dòng)不了。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

8、: Y系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動(dòng)電流:MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =第35頁/共73頁電工電子教學(xué)部 例某三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率 PN = 45 kW，額定轉(zhuǎn)速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負(fù)載：(1) 長期運(yùn)行; (2) 短期運(yùn)行; (3) 直接起動(dòng)。解： (1) 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩由于TN TL，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。 (3) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于TS TL，故可以帶此負(fù)載直接運(yùn)行。 TS = KSTN = 2.0145 Nm =

9、290 Nm 第36頁/共73頁電工電子教學(xué)部UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2 +R TM n0nOT 轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻: TS TMn0nMnOT第37頁/共73頁電工電子教學(xué)部異步機(jī)的起動(dòng)特性： 起動(dòng)電流大: IS = KI IN = (57)IN 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小: TS = KSTN = (1.62.2)TN影響： 頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累,易使電動(dòng)機(jī)過熱。 大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。 良好的起動(dòng)性能: 起動(dòng)電流小 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大第38頁/共73頁電工電子教學(xué)部(全壓起動(dòng)) (a) 小容量的電動(dòng)機(jī)； (b) 電源容量足夠大時(shí)。 7.5 kW 以下直接起動(dòng) 7.5 kW

10、 以上，且電源容量能滿足起動(dòng)電流倍數(shù) 3+ 1 4IS INKC =電源容量 (kVA)電機(jī)容量 (kW)第39頁/共73頁電工電子教學(xué)部 適用于：正常運(yùn)行為形連接的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)運(yùn)行時(shí)UVWUNI1LYUVWUNI1L 第40頁/共73頁電工電子教學(xué)部定子線電壓比定子相電壓比起動(dòng)電流比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比電源電流比定子相電流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS213第41頁/共73頁電工電子教學(xué)部降壓比KA=UUN定

11、子線電壓比定子相電壓比M3U UN定子相電流比起動(dòng)電流比電源電流比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22第42頁/共73頁電工電子教學(xué)部3 軟起動(dòng)器 M3uOtuNtsiOtiRtsiL限壓起動(dòng)模式限流起動(dòng)模式第43頁/共73頁電工電子教學(xué)部 例一臺(tái) Y250M-6 型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN380 V，三角形聯(lián)結(jié)，PN = 37 kW，nN = 985 r/min，IN =

12、 72 A，KS = 1.8，KC = 6.5。已知電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL = 250 Nm，從電源取用的電流不得超過360 A，試問：(1) 能否直接起動(dòng)？(2) 能否采用星形三角形起動(dòng)？(3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動(dòng)？ 解 (1) 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流由于I= IS 360 A，所以不能直接起動(dòng)。TN = = Nm =359 Nm60 2PN nN60 23.1437103985TS = KSTN = 1.8359 Nm = 646 Nm250NmIS = KCIN = 6.572 Nm = 468 A360A第44頁/共73頁電工電子教

13、學(xué)部(2) 星形三角形起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流由于 TSY TL， IS 250Nm360A250Nm360A第45頁/共73頁電工電子教學(xué)部 減小起動(dòng)電流 增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 R2n0TnOTsR2Ts R2R222sXR222222cos()RRsX22cosR22122122() TsRTK Uf RsX2RT第46頁/共73頁電工電子教學(xué)部 頻敏變阻器： 頻率高，損耗大，電阻大； 頻率低，則反之。 轉(zhuǎn)子電路起動(dòng)時(shí): 轉(zhuǎn)子電路運(yùn)行時(shí):f2 高，電阻大，f2 低，電阻小，自動(dòng)切除變阻器。 Ts 大， Is 小。21fsfns 2f 22,RX第47頁/共73頁電工電子教學(xué)部(1) 改變同步轉(zhuǎn)速

14、 n0 改變頻率 f1 和磁極對(duì)數(shù) p(2) 改變轉(zhuǎn)差率 s 調(diào)速：在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要 人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3 變頻器 M31060(1)(1)fns nsp第48頁/共73頁電工電子教學(xué)部整流器逆變器M350Hz+-f 可變TnOn0f=50Hz控制器f1f2f3第49頁/共73頁電工電子教學(xué)部1060 fnpU1U2U3U4U1U2U1U2U3U4第50頁/共73頁電工電子教學(xué)部U1U2U3U4(a) p = 2(b) p = 1U1U2U3U4這種調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)，常用于機(jī)床上，如鏜床、磨床、銑床。 第51頁/共73頁電工電子教學(xué)部UN0.9UNn0n

15、MnOTR2R2 +RTM n0nOT1Un 調(diào)速范圍不大，效率不高用在功率不大的生產(chǎn)機(jī)械。 設(shè)備簡單，投資少，但串聯(lián)電阻消耗電能能量損耗較大，轉(zhuǎn)子電路串入電阻后，機(jī)械特性變軟。低速時(shí)，負(fù)載稍有變化，轉(zhuǎn)速變化較大，常用于調(diào)速時(shí)間不長的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)。 2Rsn 第52頁/共73頁電工電子教學(xué)部I2nsI2 T 若相位相同T若相位相反I2nsI2TT 在轉(zhuǎn)子電路中串入與 E2 頻率相同，相位相同或相反的附加電動(dòng)勢 Ea 。引入Ea 引入Ea 222222()aEEIRsX第53頁/共73頁電工電子教學(xué)部 例 一臺(tái)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組每相的電阻 R2= 0.022，漏電抗 X2 = 0

16、.275，額定轉(zhuǎn)速 nN=1 440 r/min。(1) 要使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子繞組的每相電路中應(yīng)串聯(lián)多大的起動(dòng)電阻？(2) 在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況下，在轉(zhuǎn)子繞組的每相電路中應(yīng)串聯(lián)多大的調(diào)速電阻才能將轉(zhuǎn)速降至1 200 r/min？ O sN sMN s sM sTTMTN解M M(2) 將轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻 前后的轉(zhuǎn)矩特性 OM 段都近似用直線代替。 (1) Rst X2 R2 (0.2750.022) 0.253 第54頁/共73頁電工電子教學(xué)部未串聯(lián)調(diào)速電阻前的轉(zhuǎn)差率 sN 和臨界轉(zhuǎn)差率 sMN串聯(lián)調(diào)速電阻后的轉(zhuǎn)差率串聯(lián)調(diào)速電阻后的臨界轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子每相繞組的總電阻應(yīng)串聯(lián)的調(diào)速電阻 Rs

17、t = R2S R2 = (0.11 0.022) = 0.088 = = 0.041 500 1 440 1 500n0 nNn0sN=R2 X2sMN = 0.08 0.0220.275= = 0.21 5001 200 1 500n0nn0s =0.04sM = s = s = 0.2 = 0.4 TMTNsMNsN0.08R2S = sMX2 = 0.40.275 = 0.11 第55頁/共73頁電工電子教學(xué)部 制動(dòng)：三相異步電動(dòng)機(jī)在切斷電源后，由于慣性電動(dòng)機(jī)會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間才停止，為提高工作效率，有時(shí)為生產(chǎn)安全需要，電動(dòng)機(jī)切斷電源后電動(dòng)機(jī)應(yīng)迅速而準(zhǔn)確的停車，所以要采取制動(dòng)措施，方法

18、有機(jī)械和電氣制動(dòng)。電氣制動(dòng)：是要求電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩，稱制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。一、反接制動(dòng)二、能耗制動(dòng)三、發(fā)電反饋制動(dòng)第56頁/共73頁電工電子教學(xué)部 一、脈振磁場 Fm Rmm Fm Rm m Rm FmtOt1t2t3t4t5t6t7t8第57頁/共73頁電工電子教學(xué)部二、工作原理 無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。TRsF1TFsRTOs(a) 轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)(b) 轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)TFsR1TRsFTOs第58頁/共73頁電工電子教學(xué)部 原理：兩相電流旋轉(zhuǎn)磁場起動(dòng)轉(zhuǎn)矩三、起動(dòng)方法轉(zhuǎn)子CW1S1iwisW2S2n轉(zhuǎn)子 勵(lì)磁繞組 短路環(huán) 第59頁/共73頁電工電子教學(xué)部 交流伺服電動(dòng)

19、機(jī)是兩相異步電動(dòng)機(jī)。 機(jī)械特性Tn0.25UCUC0.75UC0.5UCO原理圖 轉(zhuǎn)速控制方式： 幅值控制、相位控制、幅相控制。 uL +C+uCL第60頁/共73頁電工電子教學(xué)部 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速。 U2 V1V2 U1 W2W1 1234第61頁/共73頁電工電子教學(xué)部(b) V 相通電通電順序：U V W U(a) U 相通電每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。(c) W 相通電W2U1V1W1U2V212343412W2U1V1W1U2V23412W2U1V1W1U2V2 第62頁/共73頁電工電子教學(xué)部(a) UV 相通電U1W2V1W1U2V23412 W2V1W1U2V23412U1W2V1W1U2V23412U1(b) VW 相通電 (c) WU 相通電通電順序：UV VW WU UV通電順序：U UV V VW W WU U步距角 與轉(zhuǎn)子齒數(shù) Z 和拍數(shù) N 的關(guān)系360 ZN =轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速60f ZNn =第63頁/共73頁電工電子教學(xué)部 U1U2V1V2W1W2NSIf 特點(diǎn)：通過改變轉(zhuǎn)子 If，可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的 。原理圖機(jī)械特性nTn0O第64頁/共73頁電工電子教學(xué)部 在兩電刷之間加入直流電壓，則在繞組中產(chǎn)生電