第1章電機的工作原理及特性

1、第3章 電動機的工作原理及特性掌握直流電動機的電勢方程式，轉(zhuǎn)矩方程式和電壓平衡方程式；三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率的概念; 掌握電動機的機械特性，特別是人工機械特性；掌握電動機起動，制動，調(diào)速的各種方法和應(yīng)用場所；了解用機械特性來分析電動機運行狀態(tài)的方法;了解常用控制電機的應(yīng)用場合.3.1直流電機的工作原理及特性1.直流電機的基本結(jié)構(gòu)主磁極電樞換向器電刷裝置直流電機的結(jié)構(gòu)圖剖面圖：電樞1；主磁極2；勵磁繞組3；換向極4；換向極繞組5；機座6電樞鐵心沖片換向器：換向片3；連接片4；云母環(huán)2；V型套筒12.直流電機的基本工作原理發(fā)電機電動機簡化為一對磁極,一個線圈1)感應(yīng)電勢E2.直流電機的基

2、本方程式2)電磁轉(zhuǎn)矩TtaTC I-一對磁極的磁通(Wb);n-電樞轉(zhuǎn)速(r/min); Ce -與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).式中:E-電動勢(V);-一對磁極的磁通(Wb); Ia-電樞電流(A); Ct-與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).式中:T-電磁轉(zhuǎn)矩(Nm);eECn3.直流電動機的機械特性1.他激和并激直流電動機的機械特性1)原理電路圖1)直流電動機機械特性方程式直流電動機電樞電壓平衡方程式 aaUEI ReECneaeeRUnICC02aeetRUnTnnCC C上式為直流電動機機械特性的一般表達式式中,Ra為電樞電阻.以代入得:taTC I由將Ia值再代入,得:機械特性曲線n=f(T)4.固有(自然)機

3、械特性和人工機械特性1)他激直流電動機的自然機械特性(正轉(zhuǎn))在額定電壓,額定磁通,電樞電路內(nèi)不外接電阻時的機械特性即為自然機械特性.額定負載時,轉(zhuǎn)速降落不多,是硬特性;金屬切削機床,冷軋機,造紙機等宜于選用硬特性的電動機.02aeetRUnTnnCC C2)自然機械特性曲線的作法已知電動機的PN,UN,IN,nN,由公式可計算出Ra,Ke , N0 500 751NNaNNNpURU II NNaeNNUI RCn0NeNUnC9 55NNNPTn(1)電樞電阻Ra的估算:(2)理想空載轉(zhuǎn)速no計算:(3)額定轉(zhuǎn)矩Nn的計算:no,TN,找出兩個點,即理想空載點(o,no)和額定運行點(TN,

4、nN),通過這兩點作出自然機械特性.3)舉例(1)一臺Z2-51型直流他激電動機,已知額定功率5.5kW,額定電壓220V,額定電流31A,額定轉(zhuǎn)速1500r/min,忽略損耗,求自然機械特性.解:分析 只要求出理想空載點和額定運行點,就可繪出機械特性. 0 500 751NNaNNNpURU II =0.71NNaeNNUI RCn=0.132NoeNUnC=1667r/min9 55NNNPTn=35Nm4)電動機人工機械特性(三種)(1)電樞回路串附加電阻Rad的人工機械特性在自然機械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串電阻的人工機械特性方程式:附加電阻Rad越大,機械特性越

5、軟.02NadaeetURRnTnnCC C02aeetRUnTnnKK K(2)改變電樞電壓的人工機械特性U改變,但轉(zhuǎn)速降不變.因此,變電樞電壓的人工機械特性是一簇與自然機械特性平行的特性曲線.只允許在額定電壓以下調(diào)節(jié).在后面的自動調(diào)速系統(tǒng)學習中有廣泛的應(yīng)用. NoeNUnC隨U的變化而變化02aeetRUnTnnCC C(3)改變磁通的人工機械特性從機械特性方程可知,改變磁通時,電動機的理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降落都會隨磁通的變化而變化.磁通只能在額定值以下調(diào)節(jié),理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降落都要增大-弱磁增速.使用中,要防止電動機過載,更要防止飛車,因此,直流他激電動機設(shè)有失磁保護.02aeetRUn

6、TnnCC C串激直流電動機的機械特性1)特點:電樞電流就是激磁電流.2)機械特性分析: 第一段,電動機輕載時,機械特性具有雙曲線的形狀,理想空載轉(zhuǎn)速趨近無窮大. 第二段,電動機負載較重時,磁路趨于飽和,機械特性近似一條直線.3)注意事項: 直流串激電動機不允許空載運行-飛車事故. 4 直流他激電動機的起動特性直流他激電動機的起動電流是額定電流的(10-20)倍,不允許直接起動.限制其起動電流的方法有兩種.1.降壓起動: 組成SCR-M自動調(diào)速系統(tǒng)的起動環(huán)節(jié).是后面學習的一個重點.2.電樞電路串外接電阻起動 右圖為具有三段起動電阻的他激電動機電路原理圖和起動特性, 其起動特性就是前面剛剛學習過

7、的一種人工機械特性.5.直流他激電動機的制動特性直流他激電動機的工作狀態(tài)分為電動狀態(tài)和制動狀態(tài),如右圖所示.圖中,(a)為電動狀態(tài); (b)為制動狀態(tài).1)特點:電動機的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反,電機處于發(fā)電工作狀態(tài).2)制動形式:穩(wěn)定的制動狀態(tài); 過渡的制動狀態(tài).3)制動方法有3種: 反饋制動; 反接制動; 能耗制動.1.反饋制動1)實現(xiàn)條件:外部作用使電動機的轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速no.如,電車下坡,起重機下放重物.2)機械特性:正轉(zhuǎn)時,是第一象限的機械特性在第二象限內(nèi)的延伸,如右圖所示.3)特點:(1)利用位能轉(zhuǎn)矩帶動電動機發(fā)電,將機械能變成電能,向電源饋送.(2)重物下放時電動機的轉(zhuǎn)速

8、仍高于理想空載轉(zhuǎn)速,運行不太安全.2.反接制動1)實現(xiàn)條件:電樞電壓或電樞電勢反向.2)分類:(1)電源反接制動.改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的制動.機械特性方程式為; TKKRRKUnteadae2 為了限制制動時比較大的電樞電流,實施電源反接制動時,一定要在電樞電路中串入限流電阻. 應(yīng)用在需要迅速減速或頻繁正反轉(zhuǎn)的機械上.(2)倒拉反接制動.改變電樞電勢方向所產(chǎn)生的制動.如:起重機的重物下降時,電樞反轉(zhuǎn),電勢反向.此時,位能負載轉(zhuǎn)矩TL使重物下放,電動機轉(zhuǎn)矩TM反對重物下放-制動.特點:適當選擇電樞電路中的附加電阻,可以得到低的轉(zhuǎn)速,保證安全; 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差.制動特性如右圖所示.是第一象限

9、在第四象限的延伸或第三象限在第二象限的延伸.反接制動3.能耗制動1)實現(xiàn)條件:將電樞電壓突然降為零,串一外接電阻使電樞短接.此時電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T與n反向-制動.2)特點:制動時的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁雇饨与娮璋l(fā)熱而消耗,稱之為“能耗”; 穩(wěn)定性好,電動機不可能反向起動.3)應(yīng)用:要求迅速準確停車的場合;重物恒速下放. 6.直流他激電動機的調(diào)速特性由直流他激電動機人工機械特性方程式直流電動機的調(diào)速方法:式中, Ke,Kt,Ra 均為常數(shù),因此,電動機有3種調(diào)速方法 1.變電樞電路外接電阻Rad; 2.變電樞電壓U; 3.變磁通 .TKKRRKUnteadae21.改變電樞電路外接電阻調(diào)速電

10、動機電樞電路串電阻后,其人工機械特性如右圖示.1)應(yīng)用: 起重機,卷揚機;2)缺點:機械特性軟,實現(xiàn)無級調(diào)速困難;3)注意:串電阻調(diào)速與起動特性相似,但起動電阻與調(diào)速電阻不同. 2.改變電動機電樞供電電壓調(diào)速變電樞電壓調(diào)速的機械特性如右圖.1)特點:容易實現(xiàn)無級調(diào)速;機械特性是一組平行線,硬度不變;不需用其他起動設(shè)備.2)應(yīng)用;適用于恒轉(zhuǎn)矩負載,組成SCR-M系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用.第11章將重點學習.3.改變電動機主磁通調(diào)速變磁通調(diào)速的機械特性如右圖示.1)特點:可以實現(xiàn)無級調(diào)速;機械特性軟;調(diào)速范圍不大.2)應(yīng)用:適用于恒功率負載.一般與調(diào)壓配合使用.3)注意:在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)-弱磁

11、增速.例題例:一臺直流他激電機的額定數(shù)據(jù)為;PN=2.2kW,UN=220V.IN=12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7歐 ;如果電動機在額定轉(zhuǎn)矩下運行,求(1)電動機的電樞電壓降到180V時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?(2)激磁電流If=IfM(即磁通為額定值的0.8時)時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?(3)電樞電路串入2歐的附加電阻時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?解: 22009.559.551500NNNPTTn13. 015007 . 14 .12220NaNNeenRIUKK24. 113. 055. 955. 9etKK16. 024. 113. 02tKKe12361416. 07 .

12、113. 01802NteaeTKKRKUn1962n(1)此時,U=180V,Ra=1.7歐=14例題求解99. 055. 9etKK099. 02teKK(2)此時,U=UN=220V,Ra=1.7歐min/196214099. 07 . 11 . 0220(2rTKKRKUnNteaeN(3)此時,U=UNa=220V;電樞電路總電阻R=Ra+Rad=1.7+2=3.713. 0eK24. 1tK16. 02teKK13681416. 07 . 313. 02202NteadaNeNTKKRRKUn(以上轉(zhuǎn)速單位為r/min)1 . 08 . 0NeeKK1.2三相異步電動機的工作原理及

13、特性1).1).三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成, ,定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙. . (1) (1)定子定子 定子由鐵心定子由鐵心, ,繞組繞組, ,機座三部分組成機座三部分組成. . 鐵心由鐵心由0.5mm0.5mm的硅鋼片疊壓而成的硅鋼片疊壓而成; ; 三相繞組連接成星形或三角形三相繞組連接成星形或三角形; ; 機座一般用鑄鐵作成機座一般用鑄鐵作成, ,主要用于固定和支撐定子鐵心主要用于固定和支撐定子鐵心. . (2) (2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成. . 轉(zhuǎn)子同樣由硅鋼

14、片疊壓而成轉(zhuǎn)子同樣由硅鋼片疊壓而成, ,壓裝在轉(zhuǎn)軸上壓裝在轉(zhuǎn)軸上; ; 轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和線繞式兩種轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和線繞式兩種. . 線繞式異步電動機還有滑環(huán)線繞式異步電動機還有滑環(huán), ,電刷機構(gòu)電刷機構(gòu). .鼠籠式三相異步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖5.定子鐵心定子鐵心,6.定子繞組定子繞組,7.轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸,8.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子,9.風扇風扇,11.軸承軸承,12.機座機座鼠籠電動機轉(zhuǎn)子和線繞電動機轉(zhuǎn)子繞組與外部接線2).三相異步電動機的工作原理(1)(1)三相正弦交流電通入電動機定子的三相繞組三相正弦交流電通入電動機定子的三相繞組, ,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場, ,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱之為轉(zhuǎn)速稱之

15、為同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速; ;(2)(2)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體, ,產(chǎn)生感應(yīng)電勢產(chǎn)生感應(yīng)電勢; ;(3)(3)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流; ;(4)(4)轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生力轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生力, ,形成電磁轉(zhuǎn)矩形成電磁轉(zhuǎn)矩, ,電動機就轉(zhuǎn)動起來了電動機就轉(zhuǎn)動起來了. . 電動機的轉(zhuǎn)速達不到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速電動機的轉(zhuǎn)速達不到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速, ,否則否則, ,就不能切割磁力線就不能切割磁力線, ,就沒就沒有感應(yīng)電勢有感應(yīng)電勢, ,電動機就停下來了電動機就停下來了. .轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速不一樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速不一樣, ,差那么一差那么一些些, ,稱之為稱之為異步

16、異步. . 設(shè)同步轉(zhuǎn)速為設(shè)同步轉(zhuǎn)速為n no o, ,電動機的轉(zhuǎn)速為電動機的轉(zhuǎn)速為n,n,則轉(zhuǎn)速差為則轉(zhuǎn)速差為 ; n; no o-n;-n; 電動機的轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速之比定義為異步電動機的轉(zhuǎn)差率電動機的轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速之比定義為異步電動機的轉(zhuǎn)差率s,ss,s是分是分析異步電動機運行情況的主要參數(shù)析異步電動機運行情況的主要參數(shù), ,且且 00nnsn3).三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場(1)(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 設(shè)電動機為設(shè)電動機為2 2極極, ,每相繞組只有一個線圈每相繞組只有一個線圈. .此時的合成磁場如圖此時的合成磁場如圖(d)(d)所示。合成磁場從所示。合成磁場從t=0t=0瞬

17、間所在瞬間所在位置順時針方向旋轉(zhuǎn)了位置順時針方向旋轉(zhuǎn)了。按以上分析可以證明：當三。按以上分析可以證明：當三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場的方向在空間也不相電流隨時間不斷變化時，合成磁場的方向在空間也不斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。t=T/2t=T/2時，時，t=T/2=,it=T/2=,iA A=0=0；i iB B為正；為正；i iC C為負。為負。n旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相交流電的相序一致旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相交流電的相序一致; ;n改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈蚋淖內(nèi)嘟涣麟姷南嘈? ,即即A-B-CA-B-C變?yōu)樽優(yōu)镃-B-A,C-B-A,旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)磁場反

18、向; ;n要改變電動機的轉(zhuǎn)向要改變電動機的轉(zhuǎn)向, ,只要任意對調(diào)三相電源的兩根接線只要任意對調(diào)三相電源的兩根接線. .(2)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向pfn600式中式中,f,f為電源頻率為電源頻率50HZ;p50HZ;p為電動機的磁極對數(shù)為電動機的磁極對數(shù). .電動機的磁極對數(shù)為電動機的磁極對數(shù)為1 1時時, ,同步轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速為3000r/min;3000r/min;電動機的磁極對數(shù)為電動機的磁極對數(shù)為2 2時時, ,同步轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速為1500r/min;1500r/min;電動機的磁極對數(shù)為電動機的磁極對數(shù)為3 3時時, ,同步轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min.1000r/min.(3)旋

19、轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度-同步轉(zhuǎn)速no(4)定子繞組線端連接方式注意注意:三相繞組連接成星形三相繞組連接成星形,每相繞組承受相電壓每相繞組承受相電壓220V; 三相繞組連接成三角形三相繞組連接成三角形,每相繞組承受線電壓每相繞組承受線電壓380V.3.三相異步電動機的電路分析1).1).定子電路分析定子電路分析 電動機定子和轉(zhuǎn)子電動機定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為每相繞組的匝數(shù)分別為N N1 1和和N N2 2. .定子每相繞組產(chǎn)定子每相繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為生的感應(yīng)電動勢為: :dtdNe1其有效值為其有效值為 : :11144.4NfE 定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢定子電路分析

20、11EU其大小為其大小為:11EU忽略忽略R1和和X1上的電壓降上的電壓降,有有:)1(11111EIIUxjR考慮定子電流產(chǎn)生的漏磁考慮定子電流產(chǎn)生的漏磁通通, ,用復數(shù)表示為用復數(shù)表示為: :一相電路圖一相電路圖2).轉(zhuǎn)子電路分析dtdNe2222244. 4NfE 12sff 其中其中20124.44Ef N旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為: :起動瞬間起動瞬間osEE2221202LLfX22oXsX220222222222)(sXRsEXREIo2222220cos()RRsX3.三相異步電動機的額定值n電動機銘牌數(shù)據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù):

21、:n額定功率額定功率P PN N; ;n額定電壓額定電壓U UN N; ;n額定頻率額定頻率f=50Hz;f=50Hz;n額定電流額定電流I IN N; ;n額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n nN N; ;n有的參數(shù)要經(jīng)過計算得出有的參數(shù)要經(jīng)過計算得出: :n額定效率額定效率n額定負載轉(zhuǎn)矩額定負載轉(zhuǎn)矩n額定效率額定效率NNNnPT9550NNNNNIUPcos34.4.三相異步電動機的能流圖三相異步電動機的能流圖1111cos3IUP 1112PPPPPP2等于等于P1減去電動機的總損耗減去電動機的總損耗電源輸入的功率P1:電動機的輸出功率P2(銘牌功率)舉例 VNfE1634023. 03205044.

22、444. 411120124.444.44 50 20 0.023102Ef NV210.285 5014.3Nfs fHz解解:1):1)由電勢計算公式得由電勢計算公式得 : : 2224.444.44 14.3 20 0.02329.2NEf NV3)3)額定轉(zhuǎn)速時額定轉(zhuǎn)速時, ,轉(zhuǎn)子電動勢的頻率轉(zhuǎn)子電動勢的頻率2)2)轉(zhuǎn)子繞組開路時轉(zhuǎn)子繞組開路時,f2=f1,f2=f1,得得 舉例AXREIst5 .24208. 002. 0202222022202例例2:一臺一臺4極三相異步電動機極三相異步電動機,電源頻率電源頻率50Hz, 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速1440r/min,轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻0.02

23、歐歐,轉(zhuǎn)子電抗轉(zhuǎn)子電抗0.08歐歐,轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子電動勢E20=20V,求求: 1)電動機的同步轉(zhuǎn)速電動機的同步轉(zhuǎn)速;2)電動機起動時的轉(zhuǎn)子電動機起動時的轉(zhuǎn)子電流電流.解解;1)電動機為電動機為4極極,磁極對數(shù)磁極對數(shù)p=2,有有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)電動機起動時的轉(zhuǎn)子電流電動機起動時的轉(zhuǎn)子電流 4.三相異步電動機的機械特性 1). 1).三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的相互作用而產(chǎn)生的: : 22cosIKTt2202222222

24、22)(sXRsEXREIo2202222)(sXRRCOS21244. 4NSfEo代入代入用用代入代入,合并上面幾個式子得轉(zhuǎn)矩又一公式合并上面幾個式子得轉(zhuǎn)矩又一公式:2222220()R UTKRSX注意注意,轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比2).三相異步電動機的機械特性n=f(T) 固有機械特性固有機械特性( (自然機械特性自然機械特性):):在額定電壓和在額定電壓和額定頻率下額定頻率下, ,定子和轉(zhuǎn)子電路中不接任何電阻或電抗時定子和轉(zhuǎn)子電路中不接任何電阻或電抗時, ,電電動機的機械特性動機的機械特性. . NNNnPT955000nnnSNN2202222XRURKTstNst

25、stTT202XRSm2022XUKTmanNmanmTT人工機械特性 介紹4種人工特性,即:降低定子電壓時,定子電路串入電阻或電抗時,變頻率時,線繞電動機轉(zhuǎn)子串電阻時. (1) (1)降低電壓時的人工特性降低電壓時的人工特性 (2)(2)定子電路串入電阻或電抗定子電路串入電阻或電抗時的人工特性時的人工特性 (3)(3)改變定子電源頻率時的人工改變定子電源頻率時的人工特性特性 (4) (4)三相線繞式異步電動機三相線繞式異步電動機 轉(zhuǎn)子電路外接電阻時的人轉(zhuǎn)子電路外接電阻時的人工特性工特性5.三相異步電動機的起動特性生產(chǎn)機械對電動機起動的要求是生產(chǎn)機械對電動機起動的要求是: :起動轉(zhuǎn)矩大起動轉(zhuǎn)矩

26、大, ,起動起動電流小電流小. . 1) .1) .三相鼠籠式異步電動機的起動方法三相鼠籠式異步電動機的起動方法 三相異步電動機起動電流是額定電流的三相異步電動機起動電流是額定電流的(5-7)(5-7)倍倍, ,為滿足為滿足起動要求起動要求, ,三相異步電動機的起動方法分為直接起動和降三相異步電動機的起動方法分為直接起動和降壓起動兩類壓起動兩類. . (2) 降壓起動:容量大的電動機起動電流大,為了限制過大的起動電流,采用降壓起動.在工廠常用的降壓起動方法有4種:定子串電阻或電抗器,Y-變換,自耦變壓器,延邊三角形.(1)(1)定子繞組串電阻或電抗器降壓定子繞組串電阻或電抗器降壓起動起動 電路

27、圖如右圖電路圖如右圖; ; (2)Y- 降壓起動:只有正常運行時定子三相繞組是接法的電動機才能采用Y- 降壓起動.對于國產(chǎn)JO,JO2,Y,Y2系列電動機,功率大于4.5kW的都是采用接線.也就是說,大容量電動機都可以用Y- 降壓起動. Y- Y- 降壓起動的電氣降壓起動的電氣原理圖如右圖所示原理圖如右圖所示. .起動時起動時, ,三相繞組接成三相繞組接成Y Y形形, ,運行時運行時, ,繞繞組接成組接成形形. .電流下降電流下降1/3,1/3,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也下降矩也下降1/3.1/3. (3)(3)自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動特點特點: : 起動電流小起動電流小, ,而且可以調(diào)而且可以調(diào)節(jié)

28、節(jié); ; 不適用于頻繁起動不適用于頻繁起動; ; 體積大體積大, ,重量重重量重, ,價格高價格高. .(4)(4)延邊三角形起動延邊三角形起動 對電動機定子繞組和對電動機定子繞組和繞組出線有特殊要求繞組出線有特殊要求; ; 起動時繞組一部分起動時繞組一部分Y Y形形, ,一部分一部分形接線形接線; ;運行時運行時繞組繞組接線接線. . 制造成本高制造成本高, ,接線復雜接線復雜. .2).三相線繞式異步電動機的起動方法. 線繞式電動機在轉(zhuǎn)子電路串電阻,可以獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩以及較小的起動電流,即有良好的起動特性. (1). (1).逐級切除起動電阻法逐級切除起動電阻法 (1)(1)電路圖電路

29、圖: :如右圖如右圖. .轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子外接電阻為三相對稱電阻外接電阻為三相對稱電阻; ;當電動當電動機容量大時機容量大時, ,一般采用三相不對稱一般采用三相不對稱電阻電阻. . (2) (2)起動過程起動過程: :起動初瞬起動初瞬, ,電電阻全部接入阻全部接入; ;在起動過程中在起動過程中, ,分三次分三次切除外接電阻切除外接電阻, ,人工特性往上提人工特性往上提, ,電電阻全部切除后阻全部切除后, ,通過提刷機構(gòu)通過提刷機構(gòu), ,使轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子繞組短接子繞組短接, ,機械特性回到自然特機械特性回到自然特性性. . (3) (3)特點特點: :在起動過程中在起動過程中, ,電電動機能保持最大的加速轉(zhuǎn)矩

30、動機能保持最大的加速轉(zhuǎn)矩. .(2)(2)頻敏變阻器起動法頻敏變阻器起動法 (1) (1)頻敏變阻器頻敏變阻器: :它是一個鐵損很它是一個鐵損很大的大的 三相電抗器三相電抗器, ,鐵心用鐵心用A3A3鋼板鋼板疊成疊成, ,三相繞組接成三相繞組接成Y Y形形. . (2) (2)起動過程起動過程: :起動初瞬起動初瞬, ,轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流頻率接近頻率接近50Hz,50Hz,鐵損大鐵損大, ,即等效阻抗即等效阻抗大大, ,從而限制了起動電流從而限制了起動電流, ,增大了起增大了起動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩. .隨著轉(zhuǎn)速逐步上升隨著轉(zhuǎn)速逐步上升, ,等效阻等效阻抗逐步減小抗逐步減小; ;到轉(zhuǎn)速達額定轉(zhuǎn)速到轉(zhuǎn)速達額

31、定轉(zhuǎn)速, ,相相當轉(zhuǎn)子被短接當轉(zhuǎn)子被短接, ,起動結(jié)束起動結(jié)束. . (3) (3)特點特點: :起動過程能平滑進行起動過程能平滑進行, ,不需要控制電器不需要控制電器; ; 功率因數(shù)低功率因數(shù)低; ; 只能用于起動只能用于起動, ,而串電而串電阻起動時阻起動時, ,電阻還可用于調(diào)速電阻還可用于調(diào)速. .3.舉例 例例1:1:一臺一臺Y280S-4Y280S-4三相鼠籠式異步電動三相鼠籠式異步電動機機,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,電動機由電動機由320kVA320kVA的變壓器單獨供電的變壓器單

32、獨供電, ,電動機所帶負載轉(zhuǎn)矩電動機所帶負載轉(zhuǎn)矩TL=200Nm,TL=200Nm,問問(1)(1)電動機能否直接起動電動機能否直接起動?(2)?(2)電動機能否用電動機能否用Y- Y- 降壓起動降壓起動? ?解解(1)電動機額定功率與供電變壓器容量之比為電動機額定功率與供電變壓器容量之比為 75/320=0.2340.2 電動機不宜直接起動電動機不宜直接起動. (2)(2)電動機的額定轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩分別為電動機的額定轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩分別為 TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTstTst

33、=1.9TN=1.9X484=920Nm=1.9TN=1.9X484=920Nm如果采用如果采用Y- Y- 降壓起動降壓起動, ,則起動轉(zhuǎn)矩僅為起動轉(zhuǎn)矩的三分之一則起動轉(zhuǎn)矩僅為起動轉(zhuǎn)矩的三分之一, ,即即TstYTstY=1/3X920=307200=TL=1/3X920=307200=TL因此因此, ,可以采用可以采用Y- Y- 降壓起動降壓起動. .舉例解解: :電動機直接起動時電動機直接起動時,n=0,S=1,n=0,S=1,轉(zhuǎn)子電路每相的電動勢轉(zhuǎn)子電路每相的電動勢 (1)E(1)E2020=E=E20l20l/ =146V / =146V 2cos2cos2cos3AXREIst876

34、04163. 00344. 01462222022202206. 0cos2202222XRR984. 0cos2得得222222)(cosXRRRR得得R=0.0732歐歐; 由由222222)(XRREI由下式由下式0196. 0202 SXX5 .17202 SEE12. 060052860000nnnS (3)984. 0cos222222NNXRRAXREINNN160222222006243. 0202XSXNN6 . 5202ESENN0383. 0600577600oNoNnnnS (2)6.三相異步電動機的制動特性異步電動機制動方法有3種:反饋制動,反接制動,能耗制動.1).

35、1).反饋制動反饋制動(1)(1)產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件: : 電動機的運行速度高于同步電動機的運行速度高于同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速. .此時此時S S0,0,電機進入發(fā)電狀電機進入發(fā)電狀態(tài)態(tài), ,電能反饋給電網(wǎng)電能反饋給電網(wǎng). .(2)(2)運行狀態(tài)運行狀態(tài): : 有兩種情況有兩種情況. .(1)(1)位能轉(zhuǎn)矩負載的起重機在下放位能轉(zhuǎn)矩負載的起重機在下放重物時的反饋制動狀態(tài)重物時的反饋制動狀態(tài). . 可使重物勻速下降如右圖中可使重物勻速下降如右圖中a a點點.b.b點是改變轉(zhuǎn)子外接電阻后點是改變轉(zhuǎn)子外接電阻后的穩(wěn)定工作點的穩(wěn)定工作點. .2).反接制動:分為電源反接和倒拉制動.電源反接是突然改變?nèi)嚯娫吹南嘈?/p>

36、,旋轉(zhuǎn)磁場反向;而倒拉制動則出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子位能負載超過電磁轉(zhuǎn)矩的時候.(1)(1)電源反接電源反接: : 轉(zhuǎn)子在由正變負的電磁轉(zhuǎn)子在由正變負的電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩作用下迅速減轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩作用下迅速減速速. .反接制動時電流大反接制動時電流大, ,要在定要在定子電路串電阻子電路串電阻. .反接制動:分為電源反接和倒拉制動.(2)(2)倒拉制動倒拉制動: : 電動機減速至右圖電動機減速至右圖c c點點, ,由于負載轉(zhuǎn)矩大于電由于負載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩, ,起重機的重物迫起重機的重物迫使電動機反轉(zhuǎn)使電動機反轉(zhuǎn), ,電動機進電動機進入反接制動狀態(tài)入反接制動狀態(tài). .3).能耗制動 (1)產(chǎn)生條件: 電

37、動機定子繞組脫離交流電源后,立即通入低壓直流電,直流電建立一個恒穩(wěn)磁場,產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)貯存的能量消耗在電阻上. ( (2)2)機械特性機械特性: :制動時制動時, ,特性從下圖中的特性曲線特性從下圖中的特性曲線1 1之之a(chǎn) a點平移至點平移至特性曲線特性曲線2 2之之b b點點, ,在制動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩的共同作用下在制動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩的共同作用下, ,沿曲線沿曲線2 2迅速迅速減速減速, ,到到n=0.n=0. ( (3)3)特點特點: :當當n=0n=0時時,T=0,T=0,電動機不可能反方向起動電動機不可能反方向起動, ,能使電動機準能使電動機準確停車確停車. .7.三相異步電動機的調(diào)

38、速特性00nnnS由基本公式由基本公式 pfn600)1 (60Spfn異步電動機的調(diào)速方法主要有三種異步電動機的調(diào)速方法主要有三種:變磁極對數(shù)變磁極對數(shù)p;變轉(zhuǎn)差率變轉(zhuǎn)差率S;變頻率變頻率f.1).1).變磁極對數(shù)調(diào)變磁極對數(shù)調(diào)速速(1)(1)方法方法: : 改變定子繞組的連接改變定子繞組的連接, ,可以得到兩個不同的磁極可以得到兩個不同的磁極對數(shù)對數(shù). .(2)(2)多速電動機多速電動機: : 最多在電動機中嵌入最多在電動機中嵌入兩套繞組兩套繞組, ,使繞組有不同使繞組有不同的連接的連接, ,可分別得到雙速可分別得到雙速, ,三速三速, ,四速電動機四速電動機, ,雙速應(yīng)雙速應(yīng)用較多用較多

39、. .)1 (60Spfn變磁極對數(shù)調(diào)速變磁極對數(shù)調(diào)速3)3)特點特點: : 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,效率高效率高, ,特性好特性好; ;體積大體積大, ,價格高價格高. .在中小機床在中小機床上應(yīng)用比較多上應(yīng)用比較多. .雙速電動機的高低速轉(zhuǎn)換雙速電動機的高低速轉(zhuǎn)換, ,一般是先低速一般是先低速, ,再轉(zhuǎn)換為高速再轉(zhuǎn)換為高速. .YY/2).2).轉(zhuǎn)子電路串電阻轉(zhuǎn)子電路串電阻( (變轉(zhuǎn)差率變轉(zhuǎn)差率) )調(diào)速調(diào)速(1)(1)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍: : 只適用于線繞式異步電動機只適用于線繞式異步電動機. .(2)(2)原理電路和機械特性與串電阻降壓起動相同原理電路和機械特性與串電阻降壓起動相同. .

40、線繞式異步電動機的起動電阻線繞式異步電動機的起動電阻, ,適當增大電阻的容適當增大電阻的容量量, ,可作調(diào)速電阻用可作調(diào)速電阻用. .(3)(3)特點特點: : 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,動作可靠動作可靠; ;是有級調(diào)速是有級調(diào)速. .(4)(4)應(yīng)用應(yīng)用: : 用于重復短時工作制的生產(chǎn)機械用于重復短時工作制的生產(chǎn)機械, ,如起重機械如起重機械. .)1 (60Spfn3).3).變頻調(diào)速變頻調(diào)速(1)(1)原理原理: : 由上式可知由上式可知, ,改變交流電源的頻率改變交流電源的頻率, ,就可以平滑地調(diào)就可以平滑地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速. .(2)(2)一般采用頻率和電壓同時改變的變頻電

41、源一般采用頻率和電壓同時改變的變頻電源. .(3)(3)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍: : 用于鼠籠式異步電動機用于鼠籠式異步電動機. .組成組成SCR-MSCR-M調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng). .變頻調(diào)速是交流調(diào)速發(fā)展的方向變頻調(diào)速是交流調(diào)速發(fā)展的方向. .有關(guān)內(nèi)容在后面的有關(guān)內(nèi)容在后面的章節(jié)詳細介紹章節(jié)詳細介紹. .)1 (60Spfn1.3 控制電機簡介控制電機的主要作用是用來完成信息的傳遞與交換,而不是進行能量轉(zhuǎn)換.1) 直流伺服電動機1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動機相同.(有換向器)2.分類:電磁式(他激式); 永磁式,3.電氣原理圖:如右圖.其中(a)為電磁式(b)為永磁式.4.參數(shù):輸出功率1-60

42、0W.2).交流伺服電動機(1)結(jié)構(gòu)(1)定子:定子由硅鋼片疊成;在定子鐵心的內(nèi)圓表面嵌有兩套相差90度電角度的繞組:激磁繞組WF,控制繞組WC;這兩套繞組分別由兩個電源供電.接線圖兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)(2)轉(zhuǎn)子:分為鼠籠型和杯型兩種.(1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細而長,轉(zhuǎn)子導體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號SL系列.(2)空心杯型轉(zhuǎn)子作成薄壁圓筒形,放在內(nèi)外定子之間.用于要求運行平滑的系統(tǒng).產(chǎn)品型號SK系列.杯型轉(zhuǎn)子伺服電動機結(jié)構(gòu)圖激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子5(2).基本工作原理兩相繞組WF和WC分別通入頻率相同的交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,使伺服電動機起動.取消WC后,要防止自轉(zhuǎn).(3).消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施 加大轉(zhuǎn)子電阻.如:采用薄壁杯形轉(zhuǎn)子.鼠籠條用高阻材料黃銅轉(zhuǎn)子電阻不同時的機械特性(4).交流伺服電動機的特性和應(yīng)用控制方法;有三種.幅值控制,相位控制,幅-相控制幅值控制原理圖:控制電壓Uc越高,電動機轉(zhuǎn)速越高.不同控制電壓下的機械特性應(yīng)用舉例(1