第3章電動機的工作原理及機械特性(第二講)

機電傳動控制主講：廖映華QQ:191151820;Tel.61147)四川理工學院機械設計制造系2014年1月15日機電傳動控制2授課學時：2學時課外學時：2學時主要內(nèi)容：三相異步電動機的結構和工作原理；三相異步電動機的定子和轉(zhuǎn)子電路；三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性；三相異步電動機的啟動、調(diào)速和制動特性及方法；單相異步電動機；同步電動機本章難點：三相異步電動機的啟動、調(diào)速和制動特性與方法教學形式：課堂講授第3章電動機的工作原理及機械特性第3章電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制32.同步電動機發(fā)電機運行是同步電機最主要的運行方式，作為電動機運行是同步電機的另一種重要的運行方式。同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應用大型同步電動機可以提高運行效率。3.2交流電動機1.異步電動機（工業(yè)中應用最廣泛）優(yōu)點：結構簡單，維護方便，運行可靠，成本低廉。缺點：功率因數(shù)滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。但是，隨著變頻技術的發(fā)展，特別是矢量變頻技術的發(fā)展，已經(jīng)可以用變頻電機模擬成直流電機。從而已經(jīng)有取代傳統(tǒng)直流電機的趨勢。本節(jié)主要內(nèi)容：三相異步電動機的工作原理，啟動、制動和調(diào)速特性和方法。第3章電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制43.2交流電動機異步電動機按定子的相數(shù)可分為單相、三相單相異步電動機三相異步電動機第3章電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制53.2交流電動機3.2.1三相異步電動機的結構和工作原理

1）結構：按轉(zhuǎn)子繞組的結構：鼠籠式和繞線式繞線式轉(zhuǎn)子繞組第3章電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制63.2交流電動機3.2.1交流電動機的結構和工作原理定子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，又稱同步轉(zhuǎn)速。感應電流=>電磁力=>轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。n<

n0。轉(zhuǎn)差率：2）工作原理2014年1月15日機電傳動控制7第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.1三相異步電動機的結構和工作原理3）旋轉(zhuǎn)磁場——產(chǎn)生(a)t＝0(b)t＝T/6(c)t＝T/3(d)t＝T/22014年1月15日機電傳動控制8第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.1三相異步電動機的結構和工作原理3）旋轉(zhuǎn)磁場——旋轉(zhuǎn)方向(a)t＝0(b)t＝T/6(c)t＝T/3(d)t＝T/22014年1月15日機電傳動控制9第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.1三相異步電動機的結構和工作原理4）定子繞組線端連接方式出線端的排列三角形連接星形連接2014年1月15日機電傳動控制10第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.2三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場：磁通Φ與定子電壓U1之間的關系產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T驅(qū)動負載，電磁轉(zhuǎn)矩T為1）定子和轉(zhuǎn)子電路分析2014年1月15日機電傳動控制11第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.2三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路2）三相異步電動機的能量轉(zhuǎn)換2014年1月15日機電傳動控制12第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性1）三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性又因為所以三相異步電動機的機械特性2014年1月15日機電傳動控制13第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性2）三相異步電動機的固有機械特性四個特殊點的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)差率）工作點轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率理想空載0n=n0,S=0額定9.55PN/nNS=(n0-nN)/n0臨界P50,式（3.57）P50,式（3.56）啟動P50,式（3.55）12014年1月15日機電傳動控制14第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性3）三相異步電動機的人為機械特性

降低定子繞組兩端電壓降低定子繞組的電源電壓定子繞組的外串電阻或電抗降壓2014年1月15日機電傳動控制15第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性3）三相異步電動機的人為機械特性改變電源頻率2014年1月15日機電傳動控制16第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性3）三相異步電動機的人為機械特性轉(zhuǎn)子電路串入電阻2014年1月15日機電傳動控制17第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.4三相異步電動機的啟動特性采用電動機拖動生產(chǎn)機械時，對電動機啟動的主要要求如下：①有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機械能正常啟動。②在滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動電流越小越好。③要求啟動平滑，即要求啟動時平滑加速，以減小對生產(chǎn)機械的沖擊。④啟動設備安全可靠，力求結構簡單，操作方便。⑤啟動過程中的功率損耗越小越好。異步電動機的固有啟動特性矛盾（?。ù螅?014年1月15日機電傳動控制18第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.4三相異步電動機的啟動方法1）直接啟動，又稱全壓啟動直接啟動的條件取決于電動機功率與供電變壓器容量之比值。2014年1月15日機電傳動控制19第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.4三相異步電動機的啟動方法2）定子串電阻或電抗器降壓啟動定子串入電阻或電抗的降壓啟動缺點：（1）啟動轉(zhuǎn)矩小。只適合空載或輕載啟動；（2）不經(jīng)濟。串電阻能耗大，串電感器費用高，體積大。2014年1月15日機電傳動控制20第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.4三相異步電動機的啟動方法3）星形-三角形（Y-Δ）降壓啟動啟動時，KM+，KM1+，KM2-，星形連接；啟動后，KM+，KM1-，KM2+，三角形連接。特點：這種方法只適合于定子繞組采用Δ接法的三相異步電動機。2014年1月15日機電傳動控制21第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.4三相異步電動機的啟動方法4）自耦變壓器降壓啟動啟動時KM1+、KM2+，KM-，三相自耦變壓器T的三個繞組接成星形接三相電源，與自耦變壓器副邊相接的電動機降壓啟動;當轉(zhuǎn)速上升到一定值后，KM1-、KM2-，自耦變壓器T被切除，同時KM+，電動機接上全電壓運行。一相電路2014年1月15日機電傳動控制22第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.5繞線式異步電動機的啟動方法1）逐級切除啟動電阻法前述異步電動機的啟動方法適合于鼠籠式和繞線式異步電動機。對于繞線式異步電動機，還可通過轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動。轉(zhuǎn)子電路串不同阻值電阻時的機械特性2014年1月15日機電傳動控制23第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.5繞線式異步電動機的啟動方法2）頻敏變阻器啟動法啟動時，一方面，轉(zhuǎn)子電流的頻率高，頻敏變阻器鐵耗大，等效阻抗大，從而限制了啟動電流；另一方面，由于轉(zhuǎn)子頻敏電阻鐵耗大，則轉(zhuǎn)子的有功電流較大，從而增大了啟動轉(zhuǎn)矩。2014年1月15日機電傳動控制24第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性2014年1月15日機電傳動控制25第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性1）改變極對數(shù)p雙速電機改變極對數(shù)實現(xiàn)調(diào)速Y(p=2)→YY(p=1)△(p=2)→YY(p=1)2014年1月15日機電傳動控制26第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性2）改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)壓調(diào)速——改變定子電壓1—恒轉(zhuǎn)矩負載；2—離心式通風機負載（1）拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍?。煌蟿与x心式風機負載時調(diào)速范圍稍大。（2）離心式風機負載，速度降低時轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)差功率較小。因此，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)差率功率PS=SPe（Pe為電磁功率）比拖動離心式風機負載更大；因此，這種調(diào)速方法適合通風機及泵等機械（其機械特性曲線如曲線2）的調(diào)速。2014年1月15日機電傳動控制27第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性2）改變轉(zhuǎn)差率S轉(zhuǎn)子電路串電阻最大困難：同頻率2014年1月15日機電傳動控制28第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性2）改變轉(zhuǎn)差率S串級調(diào)速同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速同步轉(zhuǎn)速以上調(diào)速2014年1月15日機電傳動控制29第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性2）改變轉(zhuǎn)差率S電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速1―電樞2―磁極3―勵磁繞組

4、6―聯(lián)軸器5―滑環(huán)2014年1月15日機電傳動控制30第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性3）變頻調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速n正比于定子電源的頻率f1，若連續(xù)地調(diào)節(jié)定子電源頻率f1，即可實現(xiàn)連續(xù)地改變電動機的轉(zhuǎn)速n。變壓變頻調(diào)速（恒壓頻比或恒磁通調(diào)速）變壓變頻調(diào)速適合于基頻（額定頻率fN）以下調(diào)速。2014年1月15日機電傳動控制31第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.6三相異步電動機的調(diào)速方法和特性3）變頻調(diào)速恒壓弱磁調(diào)速恒壓弱磁調(diào)速適合于基頻（額定頻率fN）以上調(diào)速。2014年1月15日機電傳動控制32第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.7三相異步電動機的制動特性1）反饋制動負載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩的起重機械在下放重物時的反饋制動運行狀態(tài)

。電動機在變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中，極對數(shù)突然增多或供電頻率突然降低，使同步轉(zhuǎn)速n0突然降低時的反饋制動運行狀態(tài)。2014年1月15日機電傳動控制33第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.7三相異步電動機的制動特性2）反接制動電源反接倒拉制動2014年1月15日機電傳動控制34第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.7三相異步電動機的制動特性3）能耗制動1-三相異步電動機正常機械特性曲線；2-定子繞組通低壓直流電源時異步電動機的機械特性曲線2014年1月15日機電傳動控制35第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.8單相異步電動機1）單相異步電動機的工作原理定子繞組產(chǎn)生的磁場在空間并不旋轉(zhuǎn)，只是磁通或磁感應強度的大小隨時間作正弦變化。因此，單相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩為零，即不具備啟動能力。啟動后能夠穩(wěn)定運行，其機械特性如右圖所示。2014年1月15日機電傳動控制36第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.8單相異步電動機的制動特性1）單相異步電動機的啟動方法電容分相式異步電動機AX為運行（工作）繞組；BY為啟動繞組，啟動繞組中串由電容C2014年1月15日機電傳動控制37第3章電動機的工作原理及機械特性3.2交流電動機3.2.8單相異步電動機的制動特性1）單相異步電動機的啟動方法罩級式單相異步電動機2014年1月15日機電傳動控制38第3