工程机械电气控制1备课讲稿.ppt

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1、第一章电力拖动基础工程机械电气控制 工程机械电气控制1第一章电力拖动基础工程机械电气控制 绪论绪论绪论绪论电力拖动：用电动机作为原动机，配合传动机构使生产机械产生符合人们要求的机械运动以完成一定的任务。电力拖动的组成：电力拖装置由电动机、传动机构、控制设备和工作机构，四个基本环节组成。控制设备电动机传动机构工作机构电源第一章电力拖动基础工程机械电气控制 绪论绪论绪论绪论控制设备：控制电机运转的设备 各种控制电器，自动化元件，工业控制计算机电动机：电能转换装置，驱动生产机械工作传动机构：传递动力，实现速度和运动方式的变换 减速箱，皮带，联轴器工作机构：生产机械为执行某一任务的机械部分第一章电力拖

2、动基础工程机械电气控制 绪论绪论绪论绪论电机拖动的特点：（1）电能的远距离输送简便经济，分配简单，检测方便；（2）电力拖动比其他形式的拖动损耗少，效率高，电动机与被拖动机械的联接简便；（3）电动机的形式和种类很多，可适应不同生产机械的需要，且电力拖动的起动、制动与调速等控制简便迅速，调节性能好；（4）可实现远距离控制与自动调节，并进而实现生产过程的自动化。控制方便，易于集中管理。（5）与计算机配合方便与计算机配合方便第一章电力拖动基础工程机械电气控制 绪论绪论绪论绪论电动机拖动方式的发展：（1）第一阶段：）第一阶段：由一台电动机拖动一组生产机械成组拖动。由一台电动机拖动一组生产机械成组拖动。特

3、点特点：结构复杂，效率低，灵活性差，劳动条件差，易出故障。：结构复杂，效率低，灵活性差，劳动条件差，易出故障。（2）第二阶段：）第二阶段：一台电动机拖动一台生产机械，单动电机拖动。一台电动机拖动一台生产机械，单动电机拖动。特点特点：灵活性、效率有所提高，生产机械复杂时，结构仍然复：灵活性、效率有所提高，生产机械复杂时，结构仍然复杂杂。（3）第三阶段：）第三阶段：一台生产机械由多台电动机分别拖动不同的工一台生产机械由多台电动机分别拖动不同的工作机构。作机构。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 绪论绪论绪论绪论现代能源的主要形式是电能，与电能密切关联的电机广泛应用于社会生产的各个部门和社会生活的各

4、个方面。电机的品种繁多，按其功能用途可分为变压器、直流电机、交流电机和控制电机第一章电力拖动基础工程机械电气控制 电机的机械特性电机的机械特性电机的机械特性电机的机械特性电机拖动决定系统状态的一对主要矛盾是：电机的电磁转矩M和负载转矩Mz两者都与转速n有一定的关系，因此需要研究电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性。一、电动机的机械特性 电动机的转速n与转矩M的关系，即n=f（M）M为电磁转矩，M=Md+MoMd为输出转矩，Mo为反映机械损耗和铁芯损耗和空载转矩，Mo所占的比例很小，有时可以忽略。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 电机的机械特性电机的机械特性电机的机械特性电机的机械特性机械

5、特性是电动机机械性能的主要体现。机械特性的重要指标有:1.特性的硬度 表示转速随转矩变化而变化的程度。按硬度的不同可分为三大类：（1）绝对硬特性：转矩不随转矩而变化，恒定（2）硬特性：转矩随转速变化不大（3）软特性：转速增加时，转矩下降很大Mn第一章电力拖动基础工程机械电气控制 生产机械的生产机械的负载转矩特性负载转矩特性二、生产机械的负载转矩特性指生产机械的转速n与相对应的负载转矩Mz之间的关系。大致可以分为三类：（1）恒转速负载特性负载转矩Mz与转速无关，转速变化时，负载转矩保持不变。如起重机提升重物。（2）恒功率负载转矩负载转矩Mz与转速成反比，Mn第一章电力拖动基础工程机械电气控制 生

6、产机械的生产机械的负载转矩特性负载转矩特性（3）通风机负载特性负载转矩Mz与转速n的二次方成正比。Mz=kn2通风机、水泵、油泵等，由于流体对机械叶片的阻力矩基本与速度平方成正比。Mn第一章电力拖动基础工程机械电气控制 生产机械的生产机械的负载转矩特性负载转矩特性从拖动力学角度，负载转矩可分为：（1）反抗性转矩（反作用转矩）方向与运动方向相反，阻碍运动。如：摩擦转矩（2）位能性转矩方向与运动方向无关，具有固定的方向；某一转向时阻碍运动，另一转向时促进运动。起重时重物的重力。MnMn第一章电力拖动基础工程机械电气控制 电力拖动稳定电力拖动稳定运行条件运行条件电力拖动稳定运行条件电力拖动稳定运行条

7、件即电机机械特性与负载转矩特性的配合问题即电机机械特性与负载转矩特性的配合问题如图：Mz为负载恒转矩，启动时n=0，MMz,故加速运行，至A点，n=n1M与Mz1大小相等，方向相反而平衡。当负载转矩Mz至Mz2时，MMz2故减速至B点，n=n2，M与Mz2大小相等，方向相反而平衡。稳态下电动机发出的转矩大小是由负载转矩的数值决定的。MnMz1Mz2n1n2AB第一章电力拖动基础工程机械电气控制 电力拖动稳定电力拖动稳定运行条件运行条件电动机的机械特性与负载特性有交点，在交点处电力拖动系统才电动机的机械特性与负载特性有交点，在交点处电力拖动系统才有可能有可能稳定运行。两特性有交点仅是稳定运行的必

8、要条件。稳定运行。两特性有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行特点：稳定运行特点：当出现某种扰动，使当出现某种扰动，使M和和Mz不平衡，不平衡，造成转速稍有变化，但扰动消失后，造成转速稍有变化，但扰动消失后，应能恢复到原交点处。应能恢复到原交点处。如C点，对应n1，当n1至n1+n再消除扰动时，由于惯性使MMz，将加速恢复到C点M=Mz。MnMzn1n2CD第一章电力拖动基础工程机械电气控制 电力拖动稳定电力拖动稳定运行条件运行条件对于D点，对应n1，当n1至n1+n再消除扰动时，由于惯性使MMz，将加速到C点。当n1至n1-n再消除扰动时，由于惯性使MMz，将减速到转速为0。判定交点处能否稳

9、定运行的方法是：在交点处上下各取n，两特性的转矩之间关系为：交点转速以上MMzMnMzn1n2CD第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电动机直流电动机的电力拖动的电力拖动第三节 直流电动机的电力拖动直流电机可分为直流发电机和直流电动机两大类。将机械能转化为电能的直流电机是直流发电机，将电能转化为机械能的直流电机是直流电动机。直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力，一般应用于对起动和调速要求较高的场合。另外，结构复杂、成本较高、维护较困难是直流电机的不足之处。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电动机直流电动机的电力拖动的电力拖动N、S为一对固定的磁极，称为直流电机的定子。

10、abcd是固定在可旋转铁质圆柱体上的线圈，线圈连同铁质圆柱体是直流电机可转动的部分，称为直流电机的转子（或电枢）。线圈的末端a、d联结到两个相互绝缘并可以随线圈一同转动的导电片上，该导电片称为换向片。转子线圈与外电路的联结是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。在定子与转子间有间隙存在，称为气隙。一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理 第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电动机直流电动机的电力拖动的电力拖动把电刷A、B接到一直流电源上，A接电源正极，B接电源负极，电枢线圈中将有电流流过。ab，cd均有电流流过，在磁场的作用下，将分别受到电磁力的作用。导体受力方向由左手定则确定。

11、ab受力方向为从右向左，而cd受力方向从左到右。导体所受电磁力对轴产生一转矩，这种由于电磁作用产生的转矩称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电动机直流电动机的电力拖动的电力拖动当电磁转矩大于阻力矩时，线圈按逆时针方向旋转，当电枢转动到第二个位置时，电刷所接电源的极性不变，但线圈中电流方向相反，导体ab受力方向变为从左向右，cd受力方向变为从右向左，该转矩的方向仍为逆时针方向，线圈在此转矩作用下继续按逆时针方向旋转。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电动机直流电动机的电力拖动的电力拖动任何一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一性质

12、称为电机的可逆原理。电机的可逆原理不仅适用于直流电机，也适用于交流电机。电机的实际运行方式由外施条件决定，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构二、直流电机的结构二、直流电机的结构直流电动机由两大部分组成，即可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着气隙。小型直流电动机的剖面结小型直流电动机的剖面结构构1电枢绕组；2电枢铁芯；3机座；4主磁极铁芯；5励磁绕组；6换向绕组；7换

13、向极铁芯；8主磁极极靴；9机座底脚第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构（1）定子部分定子部分定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁路，在机械方面是整个电机的支撑。定子由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等组成。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构主磁极的作用是在定子与转子之间的气隙中建立磁场。主磁极由主磁极铁芯和放置在铁芯上的励磁绕组构成。主磁极铁芯分成极身和极靴两部分，极靴的作用是使气隙磁通密度的空间分布均匀并减小气隙磁阻，同时极靴对励磁绕组也起支撑作用。为减小涡流损耗，主

14、磁极铁芯是用1.01.5 mm厚的低碳钢板冲成一定形状，用铆钉把冲片铆紧，然后再固定在机座上。主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为励磁绕组。直流电机主磁极的结构直流电机主磁极的结构1机座；2主磁极铁芯；3励磁绕组第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构机座机座是用导磁性能较好的铸钢材料制成的，该种机座能同时起到导磁和机械支撑的作用。机座是主磁路的一部分，主磁极、换向极及端盖均固定在机座上，因此，机座起到了导磁和支撑的作用。换向极换向极安装在相邻的两个主磁极之间，固定在机座上，用来改善直流电机的换向。防止电刷和换向器之间产生过强火花。第一章电

15、力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构换向极的作用：由于换向时电流的大小方向急剧发生变化，因而产生感应电动势，同时线圈切割磁力线产生切割电动势，两电动势将产生附加电流，附加电流的会使线圈中存在磁场能，LI2/2,达到一定程度时，以弧光放电的形式释放，即电火花。换向极绕组与电枢绕组串联，电枢电流变化时，换向极中磁通量随之变化，基本可以抵消感应电动势和切割电动势的影响。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构电刷装置作用是通过电刷和旋转的换向器表面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路联结起来，并与换向

16、器配合，起到整流或逆变的作用。电刷一般是碳-石墨等制成的导电块。端盖电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构（2）转子部分转子部分转子又称电枢，是电机的转动部分，是用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承和风扇等。电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，同时用来嵌放电枢绕组。为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁芯用涂有绝缘漆的0.5 mm厚的硅钢片叠成。电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电

17、枢槽、轴孔和通风口。电枢冲片形状电枢冲片形状1齿；2槽；3轴向通风孔第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈按一定规律放置在电枢铁芯槽内，并与换向器联结。电枢绕组是直流电机的重要组成部分，电机工作时线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换。换向器换向器又称整流子。它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。换向器作用：将外部直流电转换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。转轴用于安装电枢和换向器。第一章电力拖动基础工程

18、机械电气控制 直流电机直流电机直流电机直流电机的励磁方式的励磁方式的励磁方式的励磁方式 电枢旋转切割气隙中的磁力线而感应电动势，电枢电流与气隙中的磁场相互作用而产生电磁转矩，因而气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介。直流电机的气隙磁场是在主磁极的励磁绕组中通以直流电流建立的。所以直流电机有两种基本绕组，即励磁绕组和电枢绕组。励磁绕组和电枢绕组之间的联结方式称为励磁方式。直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四类。（a）他励；（b）并励；（c）串励；（d）、（e）复励第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机直流电机直流电机直流电机的励磁方式的励磁方式的励磁方式的励磁方式(1)他励电机

19、他励电机他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个相互独立的电源供电，励磁电流If的大小仅决定于励磁电源的电压和励磁回路的电阻，而与电机的电枢电压及负载基本无关。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机直流电机直流电机直流电机的励磁方式的励磁方式的励磁方式的励磁方式(2)并励电机并励电机并励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电。并励绕组匝数多，导线较细。(3)串励电机串励电机串励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流与电枢电流相同，数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流电机直流电机直流电机直流电机的励磁方式的励磁方式的

20、励磁方式的励磁方式(4)复励电机复励电机主磁极由两个励磁绕组组成:一个与电枢绕组串联，称为串励绕组；另一个为他磁（或并励）绕组。通常他磁（或并励）绕组起主要作用，串励绕组起辅助作用。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性直流他励电动机的机械特性电枢旋转时，气隙磁场作用下电枢绕组将产生感应电动势Ea（为电刷间的电动势，即电枢绕组每一支路的感应电动势）。eav是一根导体的平均电动势；N/2a是一条支路的总导体数，a为并联支路对数。Bav一个磁场内气隙磁密度的平均值；l为电枢导体的有效长度，v电枢导体运动的线速度。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流

21、他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性电动机的极距，n电枢转速Ce是一个常数，称为电动势常数，Ce=pN/60a第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性电磁转矩Ia为电枢电流电枢电路电压平衡方程R为电枢回路所串联的电阻Ia表示的机械特性方程M表示的机械特性方程IaEaU+-第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性当U、R、为常数时，他励直流电动机的机械特性为一直线。当M=0时，称为理想空载转速n0点为M=0时转速，不需电机发出电磁转矩来维持转动，此时电动机的M与Ia均为0。在 中，表示表示电动机带负载

22、后的转速降用n表示Mnn0第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性 表示机械特性的斜率越大，n越大特性越软。1.固有机械特性指在额定电压（U=Ue）和额定磁通下（=e）电枢电路没接附加电阻Rf时（Rf=0时）电动机的转速和电磁转矩的关系第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的机械特性的机械特性2.人为机械特性人为改变电源参数或电路参数所得的电动机的机械特性，以反映电动机在不同条件下的性能。（1）电枢串接电阻Rf 的人为机械特性当n0不变时，n随外接电阻Rf 的增大而增大，特性变软。Mn0R=RaR=Ra+Rf1R=Ra+Rf

23、2Rf1 2 3第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的启动的启动直流他励电动机的启动启动要求：（1）足够大的启动转矩；（2）启动电流在一定范围；（3）启动时间短；（4）启动过程平稳；（5）启动设备简单可靠。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的启动的启动1.电枢电路串电阻分级启动启动电阻Rst分为三级，Rst1、Rst2、Rst3启动瞬间接入全部启动电阻当n达n1时切除Rst3当n达n2时切除Rst2当n达n3时切除Rst1最终电机过渡到固有机械特性上。n nn n0 0M M电电电电阻阻阻阻增增增增大大大大M2M1abcdef第一章电力

24、拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的启动的启动2.降压启动只能在有专用电源时使用，启动时降低电枢电压，转起来后逐步提高电压。三、直流他励电动机的制动制动运转状态：电磁转矩与转速方向相反，起阻碍运转作用。制动方法：机械制动、电气制动电气制动：是电动机进入制动运转状态，产生的电磁转矩起阻碍旋转的制动作用。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动进入制动状态的方法：能耗制动、反接制动、回馈制动1.能耗制动在惯性作用下切割磁力线产生反向电流，受反向转矩，阻碍运动。因为将机械能转化为电能，消耗在Rzd上故称能耗制动。电动状态有制动状态有1电动位置2

25、制动位置+-第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动2.反接制动可分为电源反接制动和倒拉反接制动。（1）电源反接制动维持励磁电流不变，改变电枢两端电压的极性并在电枢回路中串联较大电阻Rzd。KM1合，KM2断处于电动运转状态KM2合，KM1断电枢电压方向改变在转速不变瞬间，有KM2KM1KM2KM1+-第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动电流方向相反，故电磁转矩方向也相反，起阻碍转动的作用即制动。该方法制动作用强，能迅速制动Rzd的作用是限制电枢电流，使其在允许的范围内。KM2KM1KM2KM1第一章电力拖动基础工程机

26、械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动（2）倒拉反接制动电动机被外力拖动着朝与它接线应有的旋转方向相反的方向旋转为倒拉反接制动。出现在电动机带动位能性负载场合。如起重机提升重物。nMGIa+-n第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动提升重物处于电动状态时，M与n同向，运行于A点，在电枢电路中串入足够大的电阻Rzd（转速未变，曲线平移）工作点移动到B点，由于电磁转矩MMz,电机减速，沿曲线向C点变化。C点处n=0，且Mn0，EaU,(n0是M=0，Ia=0时转速)，有：使电枢电流Ia反向，但磁场方向不变，故电磁转矩反向。此时M与n反向，起阻碍运

27、动作用。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动电流变为由电枢流向电网正端，即由机械能转变为电能回馈给电网。机械特性方程变为：电枢不接电阻，沿固有特性曲线变化，稳定于B点；电枢接电阻，沿人为特性曲线变化，稳定于C点。n nn n0 0M MCRa+RZD-Mz-MzRaB第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的制动的制动对于起重机快速放下重物时，电动机提升重物运行在第一象限A点；电动机放下重物运行在第四象限D点。n nn n0 0M MAD-n-n0 0第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速四、

28、直流他励电动机的调速很多生产机械在不同的情况下有不同的工作速度，因此需要进行调速。调速方法可分为电气调速和机械调速两种。调速评价指标：1.调速范围电动机拖动额定负载时所能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比。不同机械对其要求不同如车床要求D=20120；龙门刨要求D=1040第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速2.调速的平滑性以相邻两级转速比来衡量，参数为平滑系数级数越多越平滑，接近1时，平滑性好，=1时，平滑性最好，称为无极调速。3.静差率负载变化时，电动机转速随之变化的程度，称为转速的相对稳定性，以静差率表示。第一章电力拖动基础工程机械电气控

29、制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速电机在某一机械特性上运转时，由理想空载增加至满载时的转速降对理想空载转速的百分比。转速变化越小，相对稳定性越好。一般与机械特性的硬度有关，越硬静差率越小，相对稳定性越高。不同机械对静差率的要求不同，如普通机床30%，造纸机0.1%第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速4.调速的经济性调速设备的投资和调速运行时的能量消耗。电气调速是在某一特定负载下人为的改变电动机的电气参数，使电动机由一条机械特性曲线过渡到另一条机械特性曲线上，从而强迫电动机的转速改变。Ia一定（负载一定）U、R、中任意一个变化，n就会变化，所以有

30、三种调速方式。即：（1）电枢串联电阻调速（2）改变电枢电压调速（3）弱磁调速第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速（1）电枢串联电阻调速端电压为额定电压，磁通为额定磁通，改变电枢串联电阻来调速。串入电阻后可以得到n0与固有机械特性曲线相同的人为特性曲线。串联电阻越大，特性越软。RaRbRcRd 有：nanbncU1U2 有nanbncn nn0M M电电电电压压压压减减减减小小小小Mznanbnca ab bc cd dUeU1U2n02n01第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速电枢串联电阻调速特点：调速时降低电枢电

31、压，此时瞬间转速未变，电动势Ea未变，IaM，此时MMe,电机减速运转，当M=Me时平衡，稳定于新转速，故降压调速可实现无级调速，平滑性好；特性硬度没有变化，转速稳定性好，调速范围大，但专用的电压可调直流电源成本高。常用于调速要求较高的生产机械。如轧钢机、龙门刨等。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速（3）弱磁调速改变住磁通调速，只能从额定磁通向下减小（因额定磁通时，电动机磁路已接近饱和）故称弱磁调速。减弱磁通的方法：增大励磁回路串接的电阻，以减小励磁电流，减弱磁场当时，一般n0 比M快，故n 即弱磁增速。n nnbM M磁磁磁磁通通通通减减减减小小小小

32、Mznab ba a1 2 12n01n0第一章电力拖动基础工程机械电气控制 直流他励电动机直流他励电动机的调速的调速改变励磁回路电阻可用可变电阻，从而使励磁电流均匀变化，也使磁通均匀变化。调速特点：调速平滑性好；调速设备简单，功率损耗少；转速只能向上调，但又受电机允许最高转速限制，调速范围不大。通常与降压调速相配合使用。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动第四节 三相异步电动机的电力拖动其中三相异步电动机应用最广泛。交流电动机同步电动机异步电动机单相异步电动机三相异步电动机第一章电力拖动基础工程机械电气控制 A AX XB BY YC CZ Z

33、 n0三相异步电动机工作原理概括 在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场N NS S转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF 若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动由于转子转速总低于旋转磁场转速，故称异步电动机。磁场转速：电机转动的条件：转子与磁场间有相对运动，即存在转差。转差率：转速差n0-n与 同步转速n0的比值，用S来表示：一般空载转

34、差率为0.050.5%，额定负载转差率为16%。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动一、电磁转矩1.物理表达式CMJ异步电动机的转矩常数，与结构有关 磁场的每极磁通I2转子电流Cos2转子电路功率因数异步电动机的电磁转矩由气隙主磁通和转子电流的有功分量相I2 Cos2互作用而产生的。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动2.参数表达式U定子绕组相电压有效值f1定子电源频率S转差率R2转子电路每相电阻X20转子不动时的每相绕组电抗K与电机结构有关的比例常数。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电

35、动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动根据参数表达式，可以画出电磁转矩M与转差率S或转速n之间的关系曲线，即机械特性曲线。ab段：随nMan0段：随nM最大转矩MM与U12成正比与转子电阻R2无关，最大转矩时转差率（临界转差率）SM与转子电阻R2有关。起动转矩Mst：电动机接通电源开始时的电磁转矩n=0，s=1）由 可知增大转子电路电阻，可增大起动转矩，改善起动。MnabMstMMnMn0第一章电力拖动基础工程机械电气控制 二、机械特性三相异步电动机转速n与电磁转矩M之间的关系：n=f（M）称为三相异步电动机的机械特性，也可分为固有机械特性和人为机械特性。（一）固有机械特性电动机在额定电压和频

36、率下，按规定接线方式接线，定子及转子电路不外接电阻（电容或电感）时的机械特性。三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制（1）理想空载点n=n0，S=0，M=0转子电流I2=0，定子电流I1=I0（空载），为电动状态与回馈制动状态转折点，称为同步转速点。MnCBMstMMsMn0AC-sM-MM三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动（2）最大转矩点CM=MM，S=SM，转子电流I2=0，用过载系数：最大转矩MM与额定转矩Me之比表示电机的过载能力。一般=1.62

37、.2MnCBMstMMsMn0AC-sM-MM第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动（3）起动点Bn=0，S=1，M=Mst用起动转矩系数：反映电动机的起动能力。只有起动转矩MstMz（负载转矩）时，电动机才能起动。MnCBMstMMsMn0AC-sM-MM第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动（二）人为机械特性人为改变异步电动机参数或电源参数而得到的机械特性。1.降低电源电压U1的人为机械特性当U1时，n0和SM不随U1变化MM和Mst与U12成正比的减少结论：电压越低人为特性曲线越往左移故：电压降将

38、影响过载能力和启动能力。MnUe0.64MmMmSMn0S0.25Mm0.8Ue0.5Ue第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动2.（绕线式）转子电路串三相对称电阻n0不变，最大转矩Mm不变临界转差率Sm随着Rpa的增大而增大人为机械特性为一组通过同步转速点的曲线组，一定范围内增大电阻可增大起动转矩。Mm=Mst为临界点，此时再增大反而会使Mst。MnMmr2+RQn0Sr2+RQr2+Rr2+Rr2第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动三、三相异步电动机的起动电动机由静止状态运转起来，升速到稳定的运行

39、速度。（一）鼠笼式异步电动机的起动1.直接起动：把电机的定子绕组直接接到额定电压的电网上。缺点：起动电流大，可达额定电流的47倍。优点：操作和设备最简单。小于7.5kw的和满足以下要求的可以直接起动：第一章电力拖动基础工程机械电气控制 2.降压起动：通过降低起动设备端电压以减小起动电流，当电机转速升高达一定值后，再使电压达额定值。由于起动转矩与端电压平方成正比，故降压起动会减小起动转矩。常用于对起动转矩要求不高的场合，常用的降压起动方法有：（1）定子串电阻或电抗起动将电阻Rst串接在电路中，电阻串联分压，可以降低电机端电压，以减小起动电流。三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动第一章

40、电力拖动基础工程机械电气控制 RstKM三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动起动时KM断开，电阻Rst串于电路中，分压，以减小电流。当转速n至一定值时，使KM闭合，将电阻Rst短路，切除起动电阻，使电机端电压达到额定值而正常工作。特点：起动平稳，运行可靠，设备简单，操作方便，只适用于轻载或空载场合。第一章电力拖动基础工程机械电气控制（2）自耦变压器降压起动利用自耦变压器把电网电压降低，再加到定子绕组上，当转速接近稳定转速时再将变压器切除。起动时Q1闭合，Q2断开，降压正常运行时，Q1断开，Q2闭合，全压运行。特点：起动电流是全压起动的1/k2,起动转矩也是全压转矩的1/k2，自耦变

41、压器体积大，成本高。三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动Q2Q1第一章电力拖动基础工程机械电气控制（3）星形-三角形降压起动适用于正常运行为联接的电动机。电动机起动时定子绕组连成星形，起动后转速升高，当转速基本达到额定值时再切换成三角形连接的起动方法。优点：起动电流降为全压起动时的1/3；缺点：起动转矩也降为全压起动时的1/3。三相异步电动机三相异步电动机的电力拖动的电力拖动Qs2Qs1第一章电力拖动基础工程机械电气控制（4）延边三角形起动起动时将定子绕组的一部分接成三角形，另一部分接成星形。从图形上看好像把三角形的三条边延长，故称沿边三角形。起动结束时，把绕组接成三角形，正常运转

42、。三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 鼠笼式异步电动机多采用降压起动的方式，虽然达到了减小起动电流的目的，但起动转矩却随着电压平方成比例降低，不适于重载起动。电动机通过改变转子电阻也可以改善起动，减小起动电流，增大起动转矩，但鼠笼式的转子一般不易更改，故该方法多用于绕线式异步电动机。（二）绕线式异步电动机的起动由转子电路串电阻的人为机械特性可知其机械特性曲线为一组通过同步转速n0点的曲线组，一定范围内增大电阻可增大起动转矩。三相异步电动机的电力拖动MnMmr2+RQn0Sr2+RQr2+Rr2+Rr2第一章电力拖动基础工程机械电气控制 1.转子串电阻起动适当的增大转子电

43、阻可增大起动转矩。起动时，n=0，电阻全部接入，起动转矩对应Mst1。电机起动沿曲线1变化。三相异步电动机的电力拖动Rst1Rst2Rst3KM1KM2KM3Mst1Mst21 Rst1+Rst2+Rst342 Rst1+Rst23 Rst1第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机的电力拖动Rst1Rst2Rst3KM1KM2KM3Mst1Mst21 Rst1+Rst2+Rst342 Rst1+Rst23 Rst1随着转速上升，M，为使电动机有较大的加速度（需使M），在M=Mst2处使KM3闭合，切除Rst3，沿曲线2变化，M变为Mst1，当M为M=Mst2时KM2闭合，切除Rst2

44、沿曲线3变化，M又变为Mst1，当M为M=Mst2时KM1闭合，切除所有电阻，沿固有特性曲线4变化，最终将稳定于h点，起动结束。一般取Mst1为0.70.85MmMst2为1.11.2Meh第一章电力拖动基础工程机械电气控制 2.转子串频敏变阻器起动适当的增大转子电阻可增大起动转矩。要保持较大的起动转矩，可增加起动极数，但这会使设备复杂，增加成本，目前较常用的方法有转子电路串频敏变阻器起动。频敏变阻器实质是一个电抗很大的三相电抗器，铁芯由3050mm的钢片叠成。三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 2.转子串频敏变阻器起动起动时，由于转差率高，转子电流频率较高，频敏变阻器

45、阻抗较大，起到限制起动电流，增大起动转矩的作用。随着转速的升高，转差率下降，转子电流的频率随之下降，频敏变阻器阻抗也随着转子电流频率的而。三相异步电动机的电力拖动起动结束后，转子电流频率很低，频敏变阻器阻抗也很低，相当于短路，也可将其切除。频敏变阻器随转速的升高，转子电流频率的减小而自动的无极的减小阻抗，故称频敏变阻器。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 如果参数选择合适，可使起动过程的起动转矩保持恒定。三相异步电动机的电力拖动MnMmn0第一章电力拖动基础工程机械电气控制 四、三相异步电动机的制动也包括：能耗制动、反接制动和回馈制动。特点：使电磁转矩M与转速n方向相反，以实现制动。（一）能耗

46、制动将异步电机的定子绕组与交流电源断开，通入直流电，定子将产生静止磁场。转子在惯性作用下继续旋转，切割此静止磁场的磁力线，产生感应电流。转子绕组内有电流流过，受电磁力的作用，形成反向电磁转矩，阻碍转子转动。三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 为了限制转子电流，一般在转子上串电阻。当电机转速降为0时，制动转矩也降为0，因此可准确停车。三相异步电动机的电力拖动nm第一章电力拖动基础工程机械电气控制（二）反接制动也分为电源反接制动和倒拉反接制动1.电源反接制动（电源相序反接的反接制动）电源反接制动通过改变异步电动机定子绕组连接的电源相序来实现。三相异步电动机的电力拖动第一章电

47、力拖动基础工程机械电气控制 将定子绕组中电源线，任意两根互换，且在转子电路中串电阻限制反接制动电流。反接瞬间n=n0，s2，制动电流比起动电流还大，故需在转子中接入电阻限流。特点：方法简单可靠，效果较好，但制动冲击大，对加工精度有影响，常用于启停不频繁，功率较小的金属切削机床的主轴传动。三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 2.倒拉反接制动（速度反向的反接制动）在转子电路中串入较大电阻，（使感应电流，电磁转矩），当MMz时，电机转速下降，当n 至0时，如仍然MMz，在负载位能转矩作用下，电机倒拉反转，直至M=Mz三相异步电动机的电力拖动MzMnMnMmSMn0S第一章电力

48、拖动基础工程机械电气控制（三）回馈制动电动机在外加转矩作用下，转速n超过同步转速n0，即nn0。转子导体切割磁力线方向与电动状态（nn0）相反，故感应电流方向也相反，电磁转矩M与电动方向相反，由于惯性n方向不变，所以M与n方向相反，电机处于回馈制动状态，将机械能转换成电能回送电网。三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机的电力拖动五、三相异步电动机的调速调速：电机在同一负载下得到不同的转速，以满足实际需要。故调速可以从三方面着手：（1）改变磁极对数P，可以改变同步转速n0，为变极调速。（2）改变电源频率f，以改变同步转速n0，变频调速。（3）改变电机转差率（在

49、转子电路中串联调速电阻，仅适用于绕线式异步电动机）第一章电力拖动基础工程机械电气控制 三相异步电动机的电力拖动（1）变极调速在电源频率不变的情况下，改变电机的磁极对数，使电动机的同步转速相应的改变，从而使电机转速得到调整。鼠笼式异步电动机转子的极数不固定，会自动适应定子极数，故变极调速只适用于鼠笼式异步电动机。通常用改变定子绕组的接法来改变磁极对数，这种电机称为多速电机。多速电机最常用的连接方式有：从星形改为双星形，即Y/YY三角形改为双星形，即/YY第一章电力拖动基础工程机械电气控制 变极调速原理：三相异步电动机的电力拖动A1X1A2X1A1X2A2X1A1-X1，A2-X2两线圈串联，形成

50、四极旋转磁场。A1X2A2X1A1X1A2X1A1-X1，A2-X2两线圈并联，形成二极旋转磁场。第一章电力拖动基础工程机械电气控制 把U1，V1，W1短接在一起，U2，V2，W2，接电源，绕组成双星形，每相绕组为两线圈并联，形成二极旋转磁场。电机高速运转。U1U2W2W1V2V1U2V1U1W1W2V2三相异步电动机的电力拖动第一章电力拖动基础工程机械电气控制 把U1，V1，W1接电源，U2，V2，W2，悬空，三相绕组成星形连接；把U1，V1，W1短接在一起，U2，V2，W2，接电源，绕组成双星形，每相绕组为两线圈并联，形成二极旋转磁场。电机高速运转。U2V1U1W1W2V2U1U2V2V1