J《电工电子技术基础》电子教案电工电子技术课件第5章异步电动机及其控制.ppt
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1、20042004年年9 9月月制作制作 曾令琴曾令琴主编主编 曾令琴曾令琴基本结构基本结构 工作原理工作原理 机械特性机械特性 控制方法控制方法第第1章章5.1 5.1 异步电动机的基础知识异步电动机的基础知识异步电动机的基础知识异步电动机的基础知识5.3 5.3 三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制5.4 5.4 常用控制电器常用控制电器常用控制电器常用控制电器5.5 5.5 电气控制电路电气控制电路电气控制电路电气控制电路5.2 5.2 异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩
2、和机械特性第第1章章5.1 异步电动机的基本知识异步电动机的基本知识1.1.三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构鼠笼式鼠笼式三相异步电动机三相异步电动机绕线式绕线式定子定子转子转子定子铁芯定子铁芯机座机座定子绕组定子绕组转子铁芯转子铁芯转轴转轴转子绕组转子绕组风罩风罩风叶风叶转子转子定子定子端盖端盖问题与讨论问题与讨论问题与讨论问题与讨论鼠笼型电动机的鼠笼型电动机的定定定定子子子子各部分结构和作各部分结构和作用如何?用如何?鼠笼型异步机鼠笼型异步机转子转子转子转子各部分的结构和作各部分的结构和作用是什么?用是什么?定子铁芯是由定子铁芯是由0.5mm厚
3、的厚的硅钢片叠硅钢片叠硅钢片叠硅钢片叠 压制成压制成压制成压制成,在其内,在其内圆冲有分布的槽。圆冲有分布的槽。定子铁芯的定子铁芯的作用作用作用作用:一是槽:一是槽内可用来内可用来嵌放定子绕组嵌放定子绕组嵌放定子绕组嵌放定子绕组;二是定子铁芯二是定子铁芯构成电动机构成电动机构成电动机构成电动机磁路的一部分磁路的一部分磁路的一部分磁路的一部分。定子绕组是由铜导线绕制而成。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成构成电动机电路的一部分电动机电路的一部分电动机电路的一部分电动机电路的一部分。机座是电动机的机座是电动机的支架支架支架支架,一般用铸,一般用铸铁或铸钢制成。铁或铸钢制成。转子铁芯冲片转子铁芯冲片铸
4、铝笼形转子铸铝笼形转子笼形转子绕组笼形转子绕组转子铁芯是也是由转子铁芯是也是由0.5mm厚的厚的硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片叠叠叠叠 压制成压制成压制成压制成,在其外,在其外圆冲有分布的槽。圆冲有分布的槽。转子铁芯可嵌放转转子铁芯可嵌放转子绕组,构成电机子绕组,构成电机磁路的另一部分。磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型,大功率也有转子绕组大部分是浇铸铝笼型,大功率也有铜条制成的笼型转子导体,构成电机电路的铜条制成的笼型转子导体,构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。一部分。由转轴输出机械能。2.2.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工
5、作原理(1)(1)旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生n1AXBYCZ三相定子三相定子绕组中通绕组中通过的电流过的电流0iAiBiCti 电流出电流出t=0时电流和磁场情况时电流和磁场情况N NS S 电流入电流入AAA同理可分析出其它时同理可分析出其它时刻电流的刻电流的磁场转向磁场转向。显然,显然,显然,显然,异步电动机中异步电动机中旋转磁场代替了旋转磁极。旋转磁场代替了旋转磁极。旋转磁场代替了旋转磁极。旋转磁场代替了旋转磁极。定子电流定子电流旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场的的方向:方向:方向:方向:取决于三相电流的取决于三相电流的相序。相序。相序。相序。若要若要改变改
6、变改变改变异步电动机的异步电动机的旋转方向旋转方向旋转方向旋转方向:只需:只需换接其中两相的顺序换接其中两相的顺序换接其中两相的顺序换接其中两相的顺序即可。即可。0iAiBiCti0iBiAiCti问题与讨论问题与讨论问题与讨论问题与讨论旋转磁场的旋转磁场的极对数极对数极对数极对数和和同步转速同步转速同步转速同步转速n n1 1之间之间有什么关系?有什么关系?AXYCBZAiBiAiCYZCBX此种接法下,合成磁场只有此种接法下,合成磁场只有一对磁极一对磁极一对磁极一对磁极,则,则极对数极对数极对数极对数p=1p=1。极对数极对数极对数极对数p=1p=1时:时:将每相绕组分成两段,按上图放入定
7、将每相绕组分成两段,按上图放入定子槽内。形成的磁场则是子槽内。形成的磁场则是两对磁极两对磁极两对磁极两对磁极。XiBiAiCAAXCXBCYZZBY此时同此时同步转速步转速t=0时时转子电流转子电流转子电流转子电流和和转子旋转转子旋转转子旋转转子旋转情况情况n1AXBYCZN NS S(2)(2)电动机的转动原理电动机的转动原理电动机的转动原理电动机的转动原理用右手定则可判断出用右手定则可判断出转子导体中转子导体中感应电流感应电流的方向的方向如图示;如图示;再用左手定则判断出再用左手定则判断出转子导体的受力方向转子导体的受力方向为上右下左,因此为上右下左,因此转转子顺着同步磁场子顺着同步磁场n
8、1的的方向转动方向转动。异步机的转动原理异步机的转动原理异步机的转动原理异步机的转动原理 三相对称定子绕组三相对称定子绕组中通入对称三相交流电,中通入对称三相交流电,即在气隙中形成一个在即在气隙中形成一个在时间上、空间上都随时时间上、空间上都随时间变化的一个旋转磁场。间变化的一个旋转磁场。固定不动的转子导体与固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后旋转磁场相切割后感应感应电流电流成为载流导体。成为载流导体。载载流导体又和旋转磁场相流导体又和旋转磁场相互作用,对轴生成电磁互作用,对轴生成电磁转矩,转矩,于是电动机就于是电动机就顺顺着同步转速的方向转动着同步转速的方向转动起来。起来。问题与讨论问题与讨
9、论问题与讨论问题与讨论电动机的转速电动机的转速n n能能等于等于同同步转速步转速n n1 1吗?吗?转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动提示提示:如果如果转子不切割磁场不能生成感应电流转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能受力转动转子不是载流导体则不能受力转动结论:结论:结论:结论:n n n n1 1异步!异步!异步!异步!转差率转差率 S 的概念:的概念:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:电动机起动瞬
10、间电动机起动瞬间电动机起动瞬间电动机起动瞬间:(转差率转差率最大最大)转子最大转速转子最大转速转子最大转速转子最大转速:(转差率转差率最小最小)电动机运行之中电动机运行之中电动机运行之中电动机运行之中:显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。3.3.三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机三相异步电动机型号 Y132M-4 功率 7.5KW 频率 50Hz电压 380V 电流 15.4A 接
11、法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续标准编号 工作制 S1 B级绝缘 年 月 编号 电机厂Y表示异步机,表示异步机,132(mm)表)表示机座中心高度;示机座中心高度;M代表中机代表中机座(座(L长机座、长机座、S短机座)。短机座)。额定功率指的是电动机输出的额定功率指的是电动机输出的机械功率。机械功率。额定电压、电流均指电动机额额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的额定转速指的是电动机转子的转速转速n。三相异步电动机的定子绕组有两种三相异步电动机的定子绕组有两种接法:接法:Y形
12、和形和形形。三相定子绕组由机壳外面的接线盒三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出,左下图为引出,左下图为Y接连线图;右下图为接连线图;右下图为接连线图。接连线图。同步转速:同步转速:转差率:转差率:解:解:解:解:三相异步电动机三相异步电动机 p=3,电源电源f1=50Hz,电机额定电机额定 转速转速n=960r/min。求:转差率求:转差率s,转子电动势的频率转子电动势的频率f2例:例:例:例:若能给单相异步电动机一个外力使它转动若能给单相异步电动机一个外力使它转动起来,则顺时针旋转磁场起来,则顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场和逆时针旋转磁场B2产生的产生的合合合合成电磁转矩不再为零成电磁转矩
13、不再为零成电磁转矩不再为零成电磁转矩不再为零,在这个合成转矩的作用下,即使不,在这个合成转矩的作用下,即使不需要其它的外在因素,单相异步电动机仍将沿着原来的运需要其它的外在因素,单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向动方向继续运转继续运转继续运转继续运转。3.3.单相单相单相单相异步电动机简介异步电动机简介异步电动机简介异步电动机简介 实验室、家庭及办公场所通常是单相供电,因此实验室的很多仪实验室、家庭及办公场所通常是单相供电,因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等,都采用器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等,都采用单相异步电动机单相异步电动机单相异步
14、电动机单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构,一般容量多在。单相异步机采用鼠笼式转子结构,一般容量多在0.75KW以下。以下。在单相异步电动机的定子绕组通在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电,电动机内产生一个入单相交流电,电动机内产生一个大大大大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向小及方向随时间沿定子绕组轴线方向小及方向随时间沿定子绕组轴线方向小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化变化变化变化的磁场,称为的磁场,称为脉动磁场脉动磁场脉动磁场脉动磁场。SN 脉动磁场脉动磁场脉动磁场脉动磁场可以分解为两个可以分解为两个大小相等、大小相等、大小相等、大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场转速相同
15、、转向相反的旋转磁场转速相同、转向相反的旋转磁场转速相同、转向相反的旋转磁场B B1 1、B B2 2。问题与讨论问题与讨论问题与讨论问题与讨论单相异步电动机为什么不会单相异步电动机为什么不会自行起动自行起动?顺时针方向旋转的磁场顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩;逆时针对转子产生顺时针方向的电磁转矩;逆时针方向旋转的磁场方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反这两个电磁转矩都大小相等、方向相反,所以,所以单向异步机的转子单向异步机的转子不会自不会自不会自不会自行起动行起
16、动行起动行起动,也就是说,也就是说单相异步电动机的起动转矩为零单相异步电动机的起动转矩为零单相异步电动机的起动转矩为零单相异步电动机的起动转矩为零。合成的脉动磁场在任一时刻都是合成的脉动磁场在任一时刻都是合成的脉动磁场在任一时刻都是合成的脉动磁场在任一时刻都是大小随时间变化,但磁场的轴向不变。大小随时间变化,但磁场的轴向不变。大小随时间变化,但磁场的轴向不变。大小随时间变化,但磁场的轴向不变。如何让单如何让单相异步电相异步电动机动机转动转动起来起来?电容分相法电容分相法电容分相法电容分相法可让单相异步机转动可让单相异步机转动 上上上上图图图图所所所所示示示示分分分分别别别别为为为为单单单单相相
17、相相异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的定定定定子子子子磁磁磁磁场场场场分分分分别别别别在在在在tt =0=0、tt =4545、tt =9090三三三三个个个个时时时时刻刻刻刻时时时时的的的的合合合合成成成成磁场方向。磁场方向。磁场方向。磁场方向。可可可可见见见见合合合合成成成成磁磁磁磁场场场场随随随随着着着着时时时时间间间间按按按按顺顺顺顺时时时时针针针针方方方方向向向向旋旋旋旋转转转转。即即即即加加加加入入入入电电电电容容容容起起起起动动动动绕绕绕绕组组组组后后后后,单单单单相相相相异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的合合合合成成成成磁磁磁磁场场场场就就就就是是是
18、是一个旋转磁场,因此它就可以自行起动了。一个旋转磁场,因此它就可以自行起动了。一个旋转磁场,因此它就可以自行起动了。一个旋转磁场,因此它就可以自行起动了。5.2 异步电动机的电磁转矩和机械转矩异步电动机的电磁转矩和机械转矩1.1.异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩电磁转矩与电源电压的平方成正比:电磁转矩与电源电压的平方成正比:电磁转矩与电源电压的平方成正比:电磁转矩与电源电压的平方成正比:(牛顿(牛顿 米)米)三相异步机转子中各载流导体在旋转磁场作用下,三相异步机转子中各载流导体在旋转磁场作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和,称为受到电磁力所形成的
19、转矩之总和,称为电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩 T T:结构常结构常结构常结构常数数数数每极磁每极磁每极磁每极磁通通通通转子电转子电转子电转子电流流流流转子电转子电转子电转子电路功率路功率路功率路功率因数因数因数因数必须指出:必须指出:TU12的关系并不意味着电动机的工作电压越高,的关系并不意味着电动机的工作电压越高,电动机实际输出的转矩就越大。电动机实际输出的转矩就越大。电动机稳定运行情况下,电动机稳定运行情况下,电动机稳定运行情况下,电动机稳定运行情况下,不论电源电压是高是低,其输出机械转矩的大小,只决定不论电源电压是高是低,其输出机械转矩的大小,只决定不论电源电压是高是低,其输出机械转
20、矩的大小,只决定不论电源电压是高是低,其输出机械转矩的大小,只决定于负载转矩的大小于负载转矩的大小于负载转矩的大小于负载转矩的大小。换言之,当。换言之,当TTL时,电动机稳定在时,电动机稳定在某一速度下运行;若某一速度下运行;若T TL时,电动机加速运行;在时,电动机加速运行;在T n0情况时,电动机处于情况时,电动机处于发电状态,发电状态,发电状态,发电状态,此时在此时在转子导体中转子导体中感应电流,感应电流的方向与原感应电流,感应电流的方向与原感应电流,感应电流的方向与原感应电流,感应电流的方向与原电流方向相反,因此产生的电磁转矩方向也电流方向相反,因此产生的电磁转矩方向也电流方向相反,因
21、此产生的电磁转矩方向也电流方向相反,因此产生的电磁转矩方向也相反,相反,相反,相反,这种制动称为这种制动称为再生发电制动。再生发电制动。再生发电制动。再生发电制动。5.4 常用控制电器常用控制电器5.4.1 5.4.1 常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器1开关电器开关电器HKHK系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图组合开关图符号及外形图组合开关图符号及外形图组合开关图符号及外形图组合开关图符号及外形图组合开关内部解剖图组合开关内部解剖图组合开关内部解剖图组合开关内部解剖图 刀开关刀开关刀开
22、关刀开关适用于不频繁接通和断适用于不频繁接通和断适用于不频繁接通和断适用于不频繁接通和断开电路开电路开电路开电路;组合开关;组合开关;组合开关;组合开关适用于机床设备适用于机床设备适用于机床设备适用于机床设备的电源引入开关的电源引入开关的电源引入开关的电源引入开关。断路器(自动空气开关)简介断路器(自动空气开关)简介断路器(自动空气开关)简介断路器(自动空气开关)简介断路器产品外形图断路器产品外形图U V W弹簧主触头搭钩电磁脱扣器欠电压脱扣器热脱扣器 DZ型低压断路器工作原理图型低压断路器工作原理图 低压断路器的三副主触头串联在被保护的三相主电路中,由于搭钩钩低压断路器的三副主触头串联在被保
23、护的三相主电路中,由于搭钩钩住弹簧,使主触头保持闭合状态。当线路正常工作时,电磁脱扣器中线圈所住弹簧,使主触头保持闭合状态。当线路正常工作时,电磁脱扣器中线圈所产生的吸力不能将它的衔铁吸合。如果线路发生短路和产生较大过电流时,产生的吸力不能将它的衔铁吸合。如果线路发生短路和产生较大过电流时,电磁脱扣器中线圈所产生的吸力增大,将衔铁吸合,并撞击杠杆,把搭钩顶电磁脱扣器中线圈所产生的吸力增大,将衔铁吸合,并撞击杠杆,把搭钩顶上去,在弹簧的作用下切断主触头,实现了上去,在弹簧的作用下切断主触头,实现了短路保护短路保护短路保护短路保护。如果线路上电压下降。如果线路上电压下降或失去电压时,欠电压脱扣器的
24、吸力减小或失去吸力,衔铁被弹簧拉开,撞或失去电压时,欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力,衔铁被弹簧拉开,撞击杠杆,把搭钩顶开,切断主触头,实现了击杠杆,把搭钩顶开,切断主触头,实现了过载保护过载保护过载保护过载保护。工作原理工作原理工作原理工作原理熔断器简介熔断器简介熔断器简介熔断器简介熔断器产品外形图熔断器产品外形图熔断器产品外形图熔断器产品外形图熔断器简称熔断器简称保险丝保险丝保险丝保险丝,是最简单有效,是最简单有效的的短路保护短路保护短路保护短路保护装置。装置。熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合金制成的,当流过熔体的金制成的,当流过熔体的电流大于电流大于电流大于电
25、流大于它的整定值它的整定值它的整定值它的整定值时,时,熔体立刻熔断,切熔体立刻熔断,切熔体立刻熔断,切熔体立刻熔断,切断电源,起到保护作用断电源,起到保护作用断电源,起到保护作用断电源,起到保护作用。一般照明电路,熔体一般照明电路,熔体INIL;熔断器熔体选用的原则熔断器熔体选用的原则熔断器熔体选用的原则熔断器熔体选用的原则 单台电动机:熔体单台电动机:熔体IN(1.52.5)IL;多台电动机:熔体多台电动机:熔体IN(1.52.5)倍)倍最大电机最大电机IN加其余电机的额定电流。加其余电机的额定电流。图符号图符号FU触头系统触头系统触头系统触头系统电磁系统电磁系统电磁系统电磁系统交流接触器简
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