傳動課件(PPT)交流電動機(jī)的工作原理及特性.ppt

1、1,三.基本內(nèi)容,一.基本要求,二.重點(diǎn)與難點(diǎn),四.例題分析,第四章:交流電動機(jī)的工作原理及特性,2,3,4,5,6,7,8,一.基本內(nèi)容,一、要求： 1.掌握異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生； 2.掌握異步電動機(jī)的工作原理，機(jī)械特性，以及啟動、調(diào)速 及制動的各種方法、特點(diǎn)與應(yīng)用； 3.學(xué)會用機(jī)械特性的四個象限來分析異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)； 4.掌握單相異步電動機(jī)的工作原理和啟動方法。 二、交流電動機(jī)分為三相異步電動機(jī)（或稱感應(yīng)電動機(jī)）和同步電機(jī)。 三、異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、運(yùn)行可靠、價格便宜、具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。,9,二.重點(diǎn)與難點(diǎn),1.重點(diǎn) (1).掌握異步電動機(jī)的

2、機(jī)械特性,該特性是基于異步電動機(jī)的工作原理而推導(dǎo)出來的,特別要掌握異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性,因?yàn)樗欠治霎惒诫妱訖C(jī)啟動、調(diào)速、制動工作狀態(tài)的依據(jù)； (2).對異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)、額定值的含義要非常熟悉； (3).掌握異步電動機(jī)直接啟動和 降壓啟動的條件和優(yōu)缺點(diǎn)，線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的啟動、調(diào)速和制動，以及各種啟動方法的應(yīng)用場合； (4).掌握異步電動機(jī)變頻調(diào)速和變極對數(shù)調(diào)速的特性與優(yōu)缺點(diǎn)。 2.難點(diǎn) 本章在分析問題時較難理解的是定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子運(yùn)動的相對性和電動機(jī)的制動過程。,10,電動機(jī)的分類：,第四章 三相異步電動機(jī)的工作原理及特性,11,一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu),返 回,圖 4.

3、1 三相籠式異步電動機(jī)的部件圖,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,鼠籠轉(zhuǎn)子,12,二、三相異步電動機(jī)的工作原理 1、 三相異步電動機(jī)的工作原理簡圖,對稱三相繞組 通入對稱三相電流,旋轉(zhuǎn)磁場 (磁場能量),旋轉(zhuǎn)磁場切 割轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子繞組中 產(chǎn)生 e 和 i,轉(zhuǎn)子繞組在磁場中 受到電磁力的作用,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來,機(jī)械負(fù)載 旋轉(zhuǎn)起來,三相交流電能,輸出機(jī)械能量,13,4.1三相異步電動機(jī)的工作原理（感應(yīng)）,轉(zhuǎn)差率：,（S=0.0150.060）,14,2 旋轉(zhuǎn)磁場,定子三相繞組通入三 相交流電(星形聯(lián)接),.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,15,規(guī)定,()電流出,()電流入,16,三

4、相電流合成磁場的分布情況,合成磁場方向向下,合成磁場旋轉(zhuǎn)60,合成磁場旋轉(zhuǎn)90,o,17,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,U-紅線,V-黃線,W-藍(lán)線,由上分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場，即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360,18,取決于三相電流的相序,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向,結(jié)論： 任意調(diào)換兩根 電源進(jìn)線， 則旋轉(zhuǎn)磁 場反轉(zhuǎn)。,任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線 (電路如圖),4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,19, 旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P,當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：,20,若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián) ，繞組的始端 之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。,

5、21,極對數(shù),旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù) 與三相繞組的排列有關(guān),22,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,工頻：,p=1時,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,23,p=2時,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù),24,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,25,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,結(jié)論：,26,三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,f = 50 Hz 時,不同極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下:,表 4.1.1 同步轉(zhuǎn)速,p 為任意值時(p為整數(shù)）：,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,27,4.1.4 定子繞組線端連接方式,28,29,4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理,小結(jié),1、三相異步電動機(jī)的用途,3、三相異步電動機(jī)的工作原理,4、三相

6、異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場,2、三相異步電動機(jī)的繞組連接方式,30,4.2 三相異步電動機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路,一、定子電路的分析,磁通 則定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e1 轉(zhuǎn)子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e2 為,31,定子產(chǎn)生漏磁電動勢 復(fù)數(shù)表示： 簡化：,二、轉(zhuǎn)子電路分析,32,在n=0時，S=1，,對于轉(zhuǎn)子每相電路： 復(fù)數(shù)表示： 若n=0，S=1，則,33,4.2.3 三相異步電動機(jī)的額定值 1）型號 2）額定功率PN 3）額定電壓UN 4）額定頻率 5）額定電流IN 6）額定轉(zhuǎn)速nN 7）工作方式 8）溫升 9）電機(jī)質(zhì)量,34,4.2.3三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),三相異步電動機(jī) 型 號 Y

7、132S6功 率 3 kW 頻 率 50Hz 電 壓 380 V 電 流 7.2 A 聯(lián) 結(jié) Y 轉(zhuǎn) 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B,1.型號 Y132S6,Y系列異步機(jī),機(jī)座中心高度,機(jī)座長度代號,2p = 6,n0 = 1 000 r/min,2. 額定功率 PN PN = 3 kW,軸上輸出機(jī)械功率的額定值,3. 額定電壓 UN UN = 380 V,定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓,磁極數(shù),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),35,4. 額定電流 IN IN = 7.2A,三相異步電動機(jī) 型 號 Y132S6功 率 3 kW 頻 率 50Hz 電 壓 380 V

8、電 流 7.2 A 聯(lián) 結(jié) Y 轉(zhuǎn) 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B,定子三相繞組的額定線電流,5. 額定功率因數(shù)N = cosN,6. 額定轉(zhuǎn)速 nN,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),36,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),4.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性 4.3.1 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩,37,直流電機(jī)中： 交流電機(jī)中：,又 ， 則,38,4.3.2 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性,39,一、固有機(jī)械特性：異步電動機(jī)在額定電壓和額定 頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機(jī)械特性。 四個特殊運(yùn)行點(diǎn)： （1）T=0，n=n0(S=

9、0)，電動機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速n=n0。 （2）T=TN，n=nN(S=SN)，為電動機(jī)額定工作點(diǎn)。此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 （3） （4） ， ， 因此,40,二. 人為機(jī)械特性： 1、降低電動機(jī)電源電壓時的人為特性 2、定子電路中串接電阻或電流時的人為特性,41,3、改變定子電源頻率時的人為特性 4、轉(zhuǎn)子電路串電阻時的人為特性,42,4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性 一、啟動的主要要求： 1）有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常工作。 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。 4）啟動過程中功率損耗越小越好。 5）啟動設(shè)備安

10、全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 二、啟動轉(zhuǎn)矩為何不大 ， 啟動時， 但很小 ， 導(dǎo)致T2st并不太大。,43,4.4.1鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法 一、直接啟動：又稱全壓啟動： (a) 小容量的電動機(jī)（十千瓦以下）； (b) 電源容量足夠大時。,二、電阻或電抗器降壓啟動,44,三、Y-降壓啟動,連接,四、自耦變壓器降壓啟動,45,Y 減壓起動： 適用于：正常運(yùn)行為聯(lián)結(jié)的電動機(jī)。,起 動 時,運(yùn) 行 時,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),46,TUp2, Y型起動的起動轉(zhuǎn)矩：, Y型起動的起動電流：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),47, Y型起動的起動轉(zhuǎn)矩為：, Y型起動的起動

11、電流為：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),48,五、延邊三角形啟動,六、 軟啟動器,49,4.4.2 繞線式異步電機(jī)的啟動方法 一、逐級切除啟動電阻法 二、頻敏變阻器啟動法,50,4.4.3 特殊鼠籠式電動機(jī) 一、雙鼠籠式電動機(jī),特性：R2exR2i，X2exX2i （f相同時） 啟動時：n=0，S=1，f2=f1，電抗大大超過電阻，起主要作用的是電抗。 ，又 ， ，因此，外籠稱啟動籠; 電機(jī)正常工作時，S很小，f2也小，電抗值小，起主要作用的是電阻。,R2eXR2i,I2exI2i,又 , TexTi 即外籠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于內(nèi)籠，故內(nèi)籠又稱為工作籠。,51,二、深槽式電動機(jī),原理：電流

12、的集膚效應(yīng) 啟動時：S=1，2=，電流分布主要決定于電抗，集膚效應(yīng)使電流集中于導(dǎo)體的上部，相當(dāng)于導(dǎo)體的有效面積減小。轉(zhuǎn)子有效電阻增加，使啟動電流減小，啟動轉(zhuǎn)矩增大。 正常運(yùn)行時：S很小，2很小，電抗變?yōu)楹苄。w效應(yīng)不顯著。,三、高轉(zhuǎn)差率鼠籠式電動機(jī) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻增加，既限制了啟動電流，又增大啟動轉(zhuǎn)矩。,52,1. 改變磁極對數(shù) p 2. 改變轉(zhuǎn)差率 s 3. 改變電源頻率 f1 (變頻調(diào)速),調(diào)速方法：,4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速,有級調(diào)速,無級或有級調(diào)速,無級調(diào)速,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),53,（一）變頻調(diào)速,U、f 可 變,整流電路,逆變電路,50 Hz,fN,f1,

13、fN,動畫演示,f2, f1,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),圖 4.6.1 變頻調(diào)速,54,（二）變極調(diào)速,(a) p = 2,(b) p = 1,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),55,56,57,（1）、調(diào)壓調(diào)速,高速運(yùn)行區(qū)（帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）：調(diào)速范圍不大,低速運(yùn)行區(qū)：適合帶離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載,（三）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,58,（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,R2,R2+RC,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),59,4.6三相異步電動機(jī)的制動特性 和直流電機(jī)一樣，亦有三種制動方法：反饋、反接和能耗制動; 4.6.1反饋制動 前提：nn0 由于某種原因，異步電機(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步速度，

14、nn0轉(zhuǎn)子反方向磁力線產(chǎn)生的電流I2改變了方向。T隨之改變方向。T與n方向相反，T起制動作用。 反饋制動：電機(jī)軸上吸取功率有一部分轉(zhuǎn)換成銅損，再通過氣隙磁場傳給定子，定子上消耗銅損和鐵損后，反饋給電網(wǎng)的能量。所以稱這種狀況為異步發(fā)電機(jī)。 異步電機(jī)反饋制動運(yùn)行狀態(tài)有兩種情況： 1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩的起重機(jī)機(jī)械在下放重物時的反饋狀態(tài)。 2）電動機(jī)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(yùn)行狀態(tài)。,60,61,62,4.6.2 反接制動 一、電源反接 串接電阻的原因：防止過大的電流，另一方面，使制動轉(zhuǎn)矩增大。 二、倒拉反接制動 場能：倒拉反

15、接制動出現(xiàn)在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電磁轉(zhuǎn)矩的時候。 制動缺點(diǎn)：電阻上消耗的能量大、準(zhǔn)確停車?yán)щy、若要下降重物，如果電阻值選得不當(dāng)，將仍保持以前的上升趨勢。 4.6.3 能耗制動 優(yōu)點(diǎn)：能夠準(zhǔn)確停車. 注意點(diǎn)：停車后及時切斷直流電源，否則將會燒壞定子繞組。,63,64,65,66,47 單相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,特點(diǎn)：,1. 為小容量的電動機(jī)，從幾瓦到幾百瓦；,2. 由單相交流電源供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；,3. 具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。,所以單相異步電動機(jī)被廣泛用于電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電唱機(jī)、吸塵器、醫(yī)療器械及自動控制裝置中。,67,一、 單相異步電動機(jī)的磁場,單相異步電動機(jī)的定子

16、繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式 。,當(dāng)接入單相交流電源時，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生一個怎樣的磁場？,68,（一）單相電機(jī)的脈振磁場 定子：單相繞組；,定子繞組,定子,轉(zhuǎn)子：鼠籠型。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),69, 定子單相繞組產(chǎn)生的脈振磁場的分析:,1m= 2m = m / 2, 脈振磁場的分解:,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),70,t4,t8,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),圖 4.7.1 脈振磁場,71,72,（1）自身沒有起動轉(zhuǎn)矩 （2）轉(zhuǎn)子借助其它力量 轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按 原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 怎樣產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩？,（二）工作原理,上一頁,下一頁,返 回,上

17、一節(jié),下一節(jié),73,（1） 兩相起動,工作繞組,起動繞組, 原理：兩相電流,旋轉(zhuǎn)磁場,起動轉(zhuǎn)矩,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),圖 4.7.3 單相電容電動機(jī),74,怎樣才能使單相異步電動機(jī)反轉(zhuǎn)？,75,結(jié)論： 1、在脈振磁場的作用下，其沒有啟動 能力，啟動轉(zhuǎn)矩為零。 2、一旦啟動，能夠自行加速到穩(wěn)定運(yùn) 行狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)方向不固定。 為能解決啟動問題：采用改接定子繞 組的方法，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，建立起動轉(zhuǎn)矩。,76,77,4.7.2 電容分相式異步電動機(jī)（最常用的一種）,iB絕對是超前于iA的，呈容性還是感性取決于電容C的電抗X誰的作用強(qiáng)。欲使電機(jī)反轉(zhuǎn)，改變主繞組或輔助繞組的接線端。,78

18、,48 同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,一、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu),定子：由鐵心、定子繞組（三相對稱繞組，并通有對稱三相交流電流）、機(jī)座以及端蓋等主要部件組成,轉(zhuǎn)子：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵磁繞組、特別設(shè)置的鼠籠型啟動繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。,隱極式,凸極式,79,二、同步電動機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性,1工作原理,電樞繞組通以對稱三相交流電流后，氣隙中便產(chǎn)生一電樞旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速,在轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現(xiàn)一個大小和極性固定、極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同的直流勵磁磁場。這兩個磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以同步轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)，即“同步”電

19、動機(jī)也由此而得名。,80,2機(jī)械特性,在電源頻率f 與電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)p為一定的情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為一常數(shù)，n=n0，因此同步電動機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化的。同步電動機(jī)的機(jī)械特性。,81,三、同步電動機(jī)的啟動,同步電動機(jī)雖具有功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn),但卻沒有像異步電動機(jī)那樣得到廣泛應(yīng)用，這不僅是由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴，而且它的啟動困難。,82,啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，鼠籠繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，即產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，等轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產(chǎn)生固定磁極的磁場，在定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁

20、場的相互作用下，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。,83,啟動步驟如下：,1）勵磁電路的轉(zhuǎn)換開關(guān)QB投合到1的位置，使勵磁繞組與直流電源斷開，直接通過變阻器構(gòu)成閉合回路以免啟動時勵磁繞組受旋轉(zhuǎn)磁場的作用產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢，發(fā)生危險；,2）按鼠籠式異步電動機(jī)的方法啟動，給同步電動機(jī)的定子繞組加上額定電壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近同步轉(zhuǎn)速。必要時可采用降壓啟動；,3）將勵磁電路轉(zhuǎn)換開關(guān)QB投合到2的位置，勵磁繞組與直流電源接通，轉(zhuǎn)子上形成固定磁極，并很快被旋轉(zhuǎn)磁場拖入同步；,4）用變阻器調(diào)節(jié)勵磁電流，使同步電動機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)到要求數(shù)值。,84,四、同步電動機(jī)的特點(diǎn),1. 由于同步電動機(jī)的是雙重勵磁和異步啟動，故它的

21、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；,2. 由于需要直流電源、啟動以及控制設(shè)備，故它的一次性投入要比異步電動機(jī)高得多；,3. 同步電動機(jī)具有運(yùn)行速度恒定、功率因數(shù)可調(diào)、運(yùn)行效率高等特點(diǎn)。,因此，在低速和大功率的場合，如大流量低水頭的泵，面粉廠的主轉(zhuǎn)動軸、橡膠磨和攪拌機(jī)、破碎機(jī)、切碎機(jī)、造紙工業(yè)中的紙漿研磨機(jī)、勻漿機(jī)、壓縮機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、軋鋼機(jī)等都都是采用同步電動機(jī)來傳動的。,85,四.例題分析,例4-2: 一臺三相異步電動機(jī)，電源頻率f1=50Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，轉(zhuǎn)子電阻R2=0.02、轉(zhuǎn)子感抗X20=0.08、轉(zhuǎn)子電動勢E20=20V，試求： （1）電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0； （2）電動機(jī)啟動時的轉(zhuǎn)子電流I2st； （3）電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N； （4