項(xiàng)目1任務(wù)一：異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

知識(shí)與能力目標(biāo)了解異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1了解異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理

2了解異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及典型負(fù)載機(jī)械特性

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交流電動(dòng)機(jī)是利用定子和轉(zhuǎn)子之間的電磁相互作用，將輸入的交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出的電動(dòng)機(jī)。三相交流電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場之間的關(guān)系電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行通電的相數(shù)分為分為單相交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是有良好的工作性能和較高的性價(jià)比等變頻調(diào)速由于調(diào)速性能優(yōu)越，能平滑調(diào)速、調(diào)速范圍廣及效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著變頻器性價(jià)比的提高和應(yīng)用的推廣，越來越成為最有效的調(diào)速方式。變極調(diào)速變頻調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)分為以下部分：磁路部分：定、轉(zhuǎn)子鐵心。電路部分：定、轉(zhuǎn)子繞組。機(jī)械部分：機(jī)座、端蓋、軸和軸承等。

任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

基本特點(diǎn)：鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組由轉(zhuǎn)子槽中的裸導(dǎo)條和連接這些導(dǎo)條的端環(huán)組成。100KW以上異步電動(dòng)機(jī)的籠型繞組則由插入轉(zhuǎn)子槽中的銅條焊上端環(huán)構(gòu)成。小型異步電動(dòng)機(jī)的籠型繞組通常采用熔化的鋁液在轉(zhuǎn)子鐵心上一次澆鑄而成，端環(huán)上鑄有風(fēng)扇葉片，以供電動(dòng)機(jī)內(nèi)部通風(fēng)散熱。任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

交流電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。特別是中小型軋鋼設(shè)備、礦山機(jī)械、機(jī)床、起重運(yùn)輸機(jī)械、鼓風(fēng)機(jī)、水泵及農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械等大部分采用三相異步電機(jī)來拖動(dòng)。任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子上裝有互差120度的U、V、W三相對(duì)稱繞組，當(dāng)三相繞組通以U、V、W三相對(duì)稱交流電壓后，就產(chǎn)生三相互差120度的三相對(duì)稱交流電流。當(dāng)電源頻率f=50Hz時(shí)，流入定子繞組的三相對(duì)稱電流就將在電動(dòng)機(jī)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速為n1=60f1/p的旋轉(zhuǎn)磁場。任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被此旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，在轉(zhuǎn)子回路閉合的情況下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就有電流流通。根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力的作用，用左手定則就可以判斷出轉(zhuǎn)子受到了一個(gè)與旋轉(zhuǎn)磁場同方向的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)此轉(zhuǎn)矩大于轉(zhuǎn)軸上的阻力矩時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向雖然相同，但它們的轉(zhuǎn)速卻不相等，如果用n1表示旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，n表示電動(dòng)機(jī)軸實(shí)際轉(zhuǎn)速，s表示轉(zhuǎn)差率，則：

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當(dāng)s

＞0時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)s

＜0時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

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異步電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：處于停止?fàn)顟B(tài)的異步電動(dòng)機(jī)加上電壓后，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。通常為額定轉(zhuǎn)矩的1.25倍。2、最大轉(zhuǎn)矩：在理想情況下，電動(dòng)機(jī)在臨界轉(zhuǎn)差率為Sm時(shí)產(chǎn)生的最大值轉(zhuǎn)矩Tm。3、起動(dòng)電流：通常起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍。4、空載電流：電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)產(chǎn)生的電流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。5、電動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。6、再生制動(dòng)狀態(tài)：由于負(fù)載的原因使電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)，負(fù)載的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換為電能并反饋給電源，異步電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。7、反接制動(dòng)狀態(tài)：將三相電源中的兩項(xiàng)互換后，旋轉(zhuǎn)磁場的方向發(fā)生改變，對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)作用，負(fù)載的機(jī)械能將轉(zhuǎn)換為電能，并消耗于轉(zhuǎn)子電阻上。術(shù)語說明如下：

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異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

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異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：式中:n為電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min；n1為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；f1為電源頻率，單位為Hz；s為轉(zhuǎn)差率。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)差率接近零，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿載（產(chǎn)生額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，則轉(zhuǎn)差率一般在1%～10%的范圍內(nèi)變化。

由上式可知，改變f1、s和p中任意一個(gè)，即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速最容易實(shí)現(xiàn)的是變極調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。但如果有一個(gè)變頻電源，用以改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。早期的變頻器早期的通用變頻器多采用恒U/f控制方式，即變頻器的輸出電壓U和f同時(shí)進(jìn)行控制。

故通用變頻器也常被稱為VVVF變頻器（VariableVoltageVariableFreguency）。任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載二次方律負(fù)載異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載的機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載的機(jī)械特性

abc任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

特點(diǎn)：在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本恒定。即負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速nL的高低無關(guān)。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率特點(diǎn)由下式?jīng)Q定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比

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異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

帶式輸送機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的典型例子之一，其基本機(jī)構(gòu)和工作情況如下圖所示。皮帶與滾筒間的摩擦力F與皮帶和滾筒的材質(zhì)有關(guān)，與滾筒的轉(zhuǎn)速無關(guān)，若滾筒半徑r不變，則F、r兩者都與滾筒的轉(zhuǎn)速無關(guān)。所以負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩為：特點(diǎn)：在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定。這里所說的“恒功率”指的是：此類負(fù)載一旦被電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行，其負(fù)載的變換不會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的功率。

恒功率負(fù)載的功率特點(diǎn)由下式?jīng)Q定恒功率負(fù)載任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

恒功率負(fù)載負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比

任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

各種薄膜的卷取機(jī)械是恒功率負(fù)載的典型例子之一，如下圖所示。其工作特點(diǎn)是：隨著“薄膜卷”的卷徑不斷增大，卷取輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)逐漸減小，以保證薄膜的線速度恒定，從而也保證了張力的恒定。在卷取過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)的功率是恒定的：

在卷取過程中，要求線速度保持恒定特點(diǎn)：離心式風(fēng)機(jī)和水泵類電動(dòng)機(jī)，其負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速nL的二次方成正比

負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比

二次方率負(fù)載任務(wù)一異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)