机电传动控制第四章ppt课件.ppt

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1、第四章第四章 交流电动机的交流电动机的 工作原理及特性工作原理及特性n4.1 三相异步电动机的结构和工作原理n4.2 三相异步电动机的定子和转子电路n4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性n4.4 三相异步电动机的启动n4.5 三相异步电动机的调速n4.6 三相异步电动机的制动n4.7 单相异步电动机n4.8 同步电动机的工作原理、特点及应用电动机发电机同步电动机感应电动机三相异步电动机交流电动机)(n特点:n结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。n缺点:n功率因数SX204) S-1, SX20R2220IEnnnS2202RSEI CXEI20

2、202第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2 4.2 三相异步电动机的三相异步电动机的 定子电路和转子电路定子电路和转子电路4.2.2转子电路分析22. 5cos220222222222SXRRXRR转子电路功率因素为(I2迟后E2一个2角)2022022222cos,1cos, 1cos,0XRSXRSXSS时时第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.3 三相异步电动机的额定值n电动机铭牌上的额定数据n1)型号n2)额定功率PN (输出的机械功率)n3)额定电压 UN (220/380V /Y)n4)额定频率f (50HZ)n5)额定电流IN (10.35/5.9A /Y)n6)额定转速

3、nN (额定转差率SN)n7)工作方式 (定额)n8)温升(或绝缘等级)n9)电动机重量J O 2- S 1- 4三相异步电动机封闭式设计序列号序列号铁心长度顺序号磁极数第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.3 三相异步电动机的额定值n电动机铭牌上不标的额定数据n额定功率因数cosNn额定效率N%100cos3NNNNNIUPn 额定转矩TN n 绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转 子额定电流n 通常手册上给出的数据就是额定值第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.3 三相异步电动机的额定值n例5-1有一台三相四极的异步电动机， Y连接， 其额定技术数据为PN=90kW，UN=380

4、V，IN=22.9A，电源频率f=50Hz，额定转差率SN=2.85，定子每相绕组匝N1=320， 转子每相绕线匝数N2=20，旋转磁场的每极磁通0.023Wb，试求：(l)定子每相绕组感应电动势E1： (2)转子每相绕组开路电压E20： (3)额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N。解 (1)E1=4.44f1N1 =4.44503200.0231634V (2)转子绕组开路时，转子电路电流I2=0，转子转速n=0，转子绕组电动势频率f2=f1=50Hz，故转子每相绕组的感应电动势(即开路电压) E20=4.44f2N2 =4.44f1N2 =4.4450200.023=102V (3)求

5、E2N f2=SNf10.028550Hz=1.43Hz E2N=4.44f2N2 =4.441.43200.023=2.9V 第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.3 三相异步电动机的额定值n例5-2 有一台三相四极的异步电动机， 其额定技术数据为nN=1440r/min，R2=0.02，X20=0.08 ，电源频率f1=50Hz，E20=20V， 试求：(l)电动机的同步转速n0 ：(2)电动机启动时的转子电流I2st ： (3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N； (4)电动机在额定转速时的转子电流 I2N解 (1) n0=60f1/P=6050/2=1500r/min (2)

6、 AXREIst5 .24208. 002. 0202222022202AXSRESINNN4008. 004. 002. 02004. 02222022202(3)SN=(n0-nN) /n0=(1500-1440) /1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz(4) 第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.4 三相异步电动机的能流图输入定子的电功率定子电路中的铜损转子电路中的铜损Pcu2=sPcu输入转子的电磁功率铁损(磁滞和涡流损耗)机械损失功率输出的机械功率1111cos3IUP 第四章 交流电动机的工原理及特性 4.2.4 三相异步电动机的能流图23. 51112

7、PPPPP电动机的效率NNNP9 . 07 . 0 TPTPPPemcu2220电动机的输出功率T-电动机的电磁转矩T2-电动机的输出转矩24. 555. 9222nPPT第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.1 三相异步电动机的转距特性T2cos对影响第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3 三相异步电动机的 转距与机械特性n4.3.1三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距n直流电动机的转矩直流电动机的转矩2 . 3atIKT三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距25. 5cos22IKTt220222122202220222222)44. 4(21. 5SXRNfSISXRSEXR

8、EI22. 5cos220222222222SXRRXRR第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3 三相异步电动机的 转距与机械特性n4.3.1三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距25. 5cos22IKTt111111111144. 444. 46 . 544. 4UNfUNfENfE22022211222220222220221112111144. 4)44. 444. 4(44. 41SXRNfNRSUKSXRRSXRNfUNfSNfUKTtt第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3 三相异步电动机的 转距与机械特性n4.3.1三相异步电动机的

9、三相异步电动机的转距转距三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距25. 5cos22IKTt27. 5,44. 42202222220222122112SXRUSRKSXRUSRKTCNfNKKt则有令第四章 交流电动机的工原理及特性 4.34.3.1.1三相异步电动机的转距27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKTU,U1-定子绕组相电压，电源电压；R2-转子每相绕组的电阻；X20-n=0时转子每相绕组的感抗；K-三相异步电动机的转矩常数。第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性T=f(S) T-S曲线n=n0n=0Tn=f(T) 机

10、械特性曲线27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKTn=(1-S)n0第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性n1. 固有机械特性n1)理想工作点nT=0,n=n0 ,S=0n2)额定工作点nT=TN , n=nN nTN=9.55PN/nNnSN=(n0-nN)/n0 n (0.060.015)nnN=(0.940.985)n027. 52202222SXRUSRKT第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性n1. 固有机械特性n3)启动工作点nT=Tst(n=0,s=1)27. 52202222SXRUS

11、RKT30. 52202222XRURKTstn讨论:nU TstnR2适当Tst nX20 Tstst=Tst/TN st=1.01.2第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性n1. 固有机械特性n4)临界工作点T=Tmax,S=Sm(n= nM)ndT/ds=027. 52202222SXRUSRKT220222202222222022220222202222202XSURSXSRURSXRSXUSRSXRURKmmm20222022222022202222XRSXRSXSXSRmmmm第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性nU

12、 Tmaxf1f2第四章 交流电动机的工原理及特性 4.3.2 三相异步电动机的机械特性n2. 人为机械特性n转子电路串入电阻（绕线式电动机） 特性变化的特点： Sm增大，机械特性变软；CTXUKTXRRSCPfnrmmax202max2022032. 52/5 . 5/60第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n三相异步电动机的启动要求n启动转矩要足够大；n满足启动转矩要求下，启动电流要小。n要求启动平滑n即要求启动时平滑加速，以减小对生产机械的冲击n启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。n启动过程中的功率损耗越小越好。第四章

13、交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n三相异步电动机的启动要求22022202222coscos10SXRSEIIkTSnstststtststNstNstIITT755 . 18 . 02第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n1. 直接启动（全压）35. 5443电动机功率电源总容量经验公式工业与民用共用电源时NstII独立变压器供电启动频繁,电动机功率变压器容量的20不经常启动，电动机功率变压器容量的30没有独立的变压器供电第四章 交流电动机的工原

14、理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n1. 直接启动（全压）5 . 675. 72045604344335. 5443NstNstIIkWkVAII电动机功率电源总容量电动机功率电源总容量例4.2 有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其PN=20kW，IstIN6.5，如果供电变压器(电源)容量为560kVA，且有照明负载，问可否直接启动?同样的IstIN 比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动?解:1)可直接启动2)功率大于24KW的不允许直接启动kWkVAIINst2435 . 6456034电源总容量电动机功率n直接启

15、动因无需附加启动设备，且操作和控制简单、可靠n中、小型鼠笼式异步电动机都采用直接启动(工厂中变压器容量都大)。第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n2. 串电阻、电抗缺点：机械特性变软适用于空载或轻载启动的场合不适合经常启动的电动机第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n3. Y-优点；简单、经济、 Ist小。缺点；Tst较小,用于空载轻载场合.只能应用正常工作方式为三角形接线电机(4KW以上，额定电压380v、接线。

16、)3/333/3321212111ststYststYststYststYTTuTuuTIIZuIZuI第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n4. 自耦变压器优点；电压可调、电流小。缺点；变压器体积大、价格高。不能应用于经平繁启动电机。ststIKKIIKIIKUUNNUUK2212121212, 1n特点:变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦.启动时自耦变压器处于过电流(超过额定电流)状态下运行，因此，不适于启动频繁的电动机。通常把自耦变压器的输出端做成固定抽头(一般有K=80、65和50)Ist一

17、定时,启动补偿器。Y-降压启动时的K=1 为定值,此时K可调3n例4.3 有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机，PN=40kW，nN=1465rmin，启动电流Ist=4.5IN，启动转矩Tst=1.6TN ，运行条件要求启动转矩必须大于(0.91.0)TN，电网允许电动机的启动电流不得超过3.5IN。试问应选用何种启动方法。n解: 按要求,启动转矩的相对值应保证为56. 06 . 19 . 0NNststTTTTTK启动电流的相对值应保证为64. 05 . 55 . 3NNststIIIIIK由表4.2可知，只有当自耦变压器降压比为0.8时，才可满足KT0.56和KI0.64的条件。故选用自

18、耦变压器降压启动方法，变压器的降压比为0.8。第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n5. 延边三角形优点；降压启动,电流、启动转矩大（同Y-相比）。缺点；特殊要求的电机。第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n绕线式异步电动机的启动方法n1. 逐级切除优点；电流小、启动转矩大。缺点；电阻上的损耗大。第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n绕线式异步电动机的启动方法n2. 频敏变阻器启动法

19、优点；电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大冶金、化工设备上。缺点；功率因数低(0.30.8)，因而启动转矩的增大受到限制，且不能用作调速电阻。n=0，S=1 f2=Sf1PFe RXIst I有功cos2Tnf2 PFeR=X0相当于转子短路，启动完毕第四章 交流电动机的工原理及特性 4.4.3 4.4.3 特殊鼠笼式电动机特殊鼠笼式电动机n1. 双鼠笼电动机n启动时：22222222222cosiiiexexexXRRXRR 内外内外iexiexIIXXXRffS2222222, 1stistexTT正常工作： 内外内外内外iexie

20、xiexITIIRRXRfS22222黄铜(启动)紫铜(工作)第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性34. 5/2maxSSSSTTmm36. 512maxmaxTTTTSSm37. 560)1 (PfSn只要改变只要改变Tmax 、Sm、f、P就可改变速度就可改变速度第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性4.4.1 调压调速调压调速离心风机不同负载下可不同的调速范围第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性n4.4.2 转子串电阻

21、调速转子串电阻调速特点：简单可靠有级调速转速降低，特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大重复短期运转的生产机械中(起重机)第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性n4.4.3 改变极对数调速改变极对数调速(有级调速有级调速)n单绕组双速电机单绕组双速电机第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性n4.4.3 改变极对数调速改变极对数调速改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。启动时宜低速启动。Y-YYpY=2pYYnYY=2nYTY=TYYPY=PYY/2恒转矩

22、调速第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性n4.4.3 改变极对数调速改变极对数调速改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。启动时宜低速启动。p=2pYYnYY=2nT =2TYYP =PYY4.40 -YY恒功率调速第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性n4.4.3 改变极对数调速改变极对数调速特点：有级调速结构简单、效率高、特性好调速时所需附加设备少用于机电联合调速的场合，特别是中、小型机床上用得极多。第四章 交流电动机的工原理及特性4.54.5 三相异步电动机的调速

23、特性三相异步电动机的调速特性n5.4.4 变频调速变频调速适用于鼠笼式电动机采用一个频率可以变化的电源向异步电动机定子绕组供电变频电源多为晶闸管变频装置。UxE=CfC为常数 E/ f Ux /fn n与与T T方向相反方向相反第四章 交流电动机的工原理及特性4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6.1 反馈制动反馈制动002202220000SXRSEInnnSTSnn均为负值第四章 交流电动机的工原理及特性4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6.1 反馈制动反馈制动n n与与T T方向相反方向相反第四章 交流电动机的工原理及特性

24、4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6.1 反馈制动反馈制动变极或变频调速时反馈制动p或fn0 =60f/pn0 S且S0T0 ab(过渡状态)Td 0 nb n02(反馈状态)n n与与T T方向相反方向相反第四章 交流电动机的工原理及特性4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6. 2 反接制动反接制动n 1.电源反接电源反接n0方向改变T,TL同向 abc断电因为反接电流很大，实际串电阻后应ade特点：制动强烈、控制复杂、不准确、能耗大，需反转场合。10000nnnnnnSn n与与T T方向相反方向相反第四章 交流电动机的工原

25、理及特性4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6. 2 反接制动反接制动n 2.倒拉制动倒拉制动提升工作在a点下放时串电阻改变机械特性a乛b乛c乛d点。特点：能耗大、电阻大小要适当，起吊机械。10000nnnnnnS第四章 交流电动机的工原理及特性4.64.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性n4.6. 3 能耗制动能耗制动 特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机单相异步电动机n4.7.1单相异步电动的磁场38. 5sintBBm

26、交流电源的角频率磁感应强度的幅值mB产生脉动磁场组单相交流电通入单相绕第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机单相异步电动机n4.7.1单相异步电动的磁场2/21mmmBBB两个圆形旋磁场半径相同转向相反的可分解产生脉动磁场组单相交流电通入单相绕第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机单相异步电动机n4.7.1单相异步电动的磁场10000000200122SnnnnnnnnnnSnnnS反向正向脉动磁场的TS曲线合成T-S曲线启动转矩为零。2.在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定.，沒有启动能力，脉动磁特点：1第四章 交流电动机的工原理及特性4

27、.74.7 单相异步电动机单相异步电动机n4.7.2单相异步电动的启动方法1. 电容分相式异步电动机移相电容离心开关iB电流超前iA电流90度第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机单相异步电动机n4.7.2单相异步电动的启动方法1. 电容分相式异步电动机圆形旋转磁场的条件：两相相差90度等幅值的交流电通入两相在空间相差90度的对称绕组.iA=+ iB=+第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机单相异步电动机电容分相式异步电动机的转向转向取决于电流最大值到达的顺序。或对调两绕组的任一绕组的接线。第四章 交流电动机的工原理及特性4.74.7 单相异步电动机

28、单相异步电动机n4.7.2单相异步电动的启动方法2. 罩极式异步电动机向罩极部分移动磁场。产生一个由未罩极一个角度迟后12罩极铜环罩极铜环注意：罩极电动机的转向不可改变。第四章 交流电动机的工原理及特性4.84.8 同步电动机的工作原理、同步电动机的工作原理、 特点及应用特点及应用n4.8.1同步电动机的基本结构适用于大功率高电压的场合气隙不均匀（低速电动机1000r/min以下）气隙均匀（高速电动机）直流励磁（电刷、集电环）第四章 交流电动机的工原理及特性4.84.8 同步电动机的工作原理、同步电动机的工作原理、 特点及应用特点及应用n4.8.2同步电动机的工作原理和运行特性40. 5/60

29、0Pfnnn不随负载变化，恒定转速。cos2第四章 交流电动机的工原理及特性4.84.8 同步电动机的工作原理、同步电动机的工作原理、 特点及应用特点及应用n4.8.3 4.8.3 同步电动机的启动同步电动机的启动同步电动机不能自行启动由于惯性转子产生摆动第四章 交流电动机的工原理及特性4.84.8 同步电动机的工作原理、同步电动机的工作原理、 特点及应用特点及应用n4.8.3同步电动机的启动(采用异步启动的方法)鼠笼条(启动绕组)QB在1位置时为启动状态，R为防止励磁线圈产生高压。当n接近n0时将QB搬向2处，将转子拉入同步。R1调节cos2至要求。n特点:n双重励磁和异步启动，结构复杂，需

30、要直流电源，启动和控制设备也较昂贵。n运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高n应用:低速和大功率的场合。第四章 交流电动机的工原理及特性 小小 结结n 基本要求n了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；n掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用： n学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；n掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法：n了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。 第四章 交流电动机的工原理及特性 小小 结结n重点与难点n掌握异步电动机的人为机械特性，因为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据；n对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉：n掌握异步电动机直接启动和 Y-降压启动的条件和优缺点，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启动方法的应用场合：n 掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。n 第四章 交流电动机的工原理及特性 小小 结结n 难 点n本章在分析问题时较难理解的是定子旋转磁场与转子运动的相对性和电动机的制动过程第四章 交流电动机的工原理及特性 习习 题题n4.1 4.3 4.5n4.6 4.11