电工电子-电机及其控制PPT讲稿.ppt
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1、电工电子-电机及其控制第1页,共88页,编辑于2022年,星期一第第4章章电机及其控制电机及其控制v项目一项目一三相异步电动机的认识三相异步电动机的认识v项目二项目二三相异步电动机的启动控制三相异步电动机的启动控制v项目三项目三三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制v项目四项目四三相异步电动机的变速控制三相异步电动机的变速控制v项目五项目五三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第2页,共88页,编辑于2022年,星期一项目一三相异步电动机的认识v任务一任务一认识三相异步电动机的结构认识三相异步电动机的结构v任务二任务二学习三相异步电动机的工作原理学习三相异步电动机的工作原理v任
2、务三任务三了解三相异步电动机的电磁转矩和机了解三相异步电动机的电磁转矩和机械特性械特性v任务四任务四学习三相异步电动机的铭牌及其选择学习三相异步电动机的铭牌及其选择第3页,共88页,编辑于2022年,星期一v项目引入项目引入v你见过如图所示的搬运工具吗?v你知道电动葫芦的动力源是什么吗?v这个动力源的结构如何?v它是怎样工作的?v任务目标任务目标v(1)了解三相异步电动机的结构,理解其工作原理,并掌握其特性;v(2)理解电动机铭牌上技术数据的意义,能根据需要正确地选择和使用电动机。车间常用的电车间常用的电动葫芦动葫芦第4页,共88页,编辑于2022年,星期一三相异步电动机第5页,共88页,编辑
3、于2022年,星期一任务一认识三相异步电动机的结构(a)电动机结构(b)电动机外形1-散热筋2-吊环3-转轴4-转子5-风扇6-罩壳7-轴承盖8-端盖9-接线盒10-机座11-轴承12-铭牌由定子和转子构成,在定子和转子之间留有一定的气隙。还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。第6页,共88页,编辑于2022年,星期一(a)定子铁心(b)定子硅钢片(c)转子硅钢片固定部分,用来产生旋转磁场的一般由定子铁芯、定子绕组和外壳等组成。定子定子第7页,共88页,编辑于2022年,星期一由三个彼此独立的绕组组成(每个绕组即为一相),通入三相对称电流时,就会产生旋转磁场。在空间彼此相隔120电角度,每相
4、绕组的多个线圈均匀分布嵌放在定子铁芯槽中。(a)星形接法(b)三角形接法定子绕组定子绕组第8页,共88页,编辑于2022年,星期一作用:产生旋转力矩,拖动生产机械旋转。组成:转子铁芯、转子绕组、转轴等。转子绕组:笼型转子和绕线型转子两种。(a)笼型绕组(b)转子外形铸铝的笼型转子1-铸铝条2-风叶3-转子铁心转子转子第9页,共88页,编辑于2022年,星期一绕线型转子绕线型转子1-转子三相绕组2-转子铁心3-集电环4-转子绕组接线头5-电刷6-刷架7-电刷外接线8-镀锌钢丝箍9-转轴10-定子绕组第10页,共88页,编辑于2022年,星期一接线示意图提刷装置第11页,共88页,编辑于2022年
5、,星期一其他附件其他附件其他附件有端盖、轴承、轴承盖、风叶、风罩和接线盒等。想一想:想一想:定子和转子的铁心为什么用硅钢片叠成?笼型转子上有绕组吗?第12页,共88页,编辑于2022年,星期一任务二学习三相异步电动机的工作原理定律定律电磁感应、全电流、电路、电磁力等。电磁感应、全电流、电路、电磁力等。旋转磁场旋转磁场电动机旋转的动力。电动机旋转的动力。基本原理基本原理在在定子定子绕组中,通入三相交流电所产生的绕组中,通入三相交流电所产生的旋旋转磁场转磁场与与转子转子绕组中的绕组中的感应电流感应电流相互作用产生的相互作用产生的电磁力电磁力形成形成电磁转矩电磁转矩,驱动转子转动驱动转子转动,从而使
6、电动机工作。,从而使电动机工作。(1)三相交流电可产生旋转磁场)三相交流电可产生旋转磁场(2)转子转动原理)转子转动原理第13页,共88页,编辑于2022年,星期一1旋转磁场第14页,共88页,编辑于2022年,星期一定子三相电流产生的旋转磁场v三相定子绕组及其波形三相定子绕组及其波形 星形连接星形连接三相对称电流波形三相对称电流波形iA=Imsin t 参考方向参考方向iB=Imsin(t120)iC=Imsin(t+120)三相电流互成三相电流互成120,相序,相序A-B-C第15页,共88页,编辑于2022年,星期一 t=0 t=60 t=90 t=180vv三相电流产生的旋转磁场三相电
7、流产生的旋转磁场顺时针转顺时针转60o顺时针转顺时针转90o顺时针转顺时针转180o磁场磁场三相对称交流电流,产生三相对称交流电流,产生一对磁极(磁极对数一对磁极(磁极对数p=1)合成的随时间变化的)合成的随时间变化的旋转磁场旋转磁场。当电流当电流经过一个周期的变化经过一个周期的变化(t=0360)时,合成磁场也)时,合成磁场也顺时针方向旋转顺时针方向旋转360的空间角度。的空间角度。第16页,共88页,编辑于2022年,星期一vv 改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向2旋转磁场的转向相序相序A-B-C相序相序A-C-Bt=0t=60第17页,共88页,编辑于2022年,星期一旋转磁场的转速为
8、 n060f1/p(r/min)n0电动机同步转速(即旋转磁场的转速),单位为r/min;f1定子电流频率,单位为Hz;P磁极对数(由三相定子绕组的布置和连接决定),pl为二极,p2为四极,p3为六极,依次类推。第18页,共88页,编辑于2022年,星期一2.三相异步电动机的转动原理定子绕组通电定子绕组通电旋转磁场旋转磁场感应电动势(右手定则)感应电动势(右手定则)转子感应电流转子感应电流 受电磁力受电磁力F作用作用(左手定则)(左手定则)对转轴产生电磁转矩对转轴产生电磁转矩T(顺时针)(顺时针)转子以转速转子以转速n顺着旋顺着旋转磁场的方向旋转转磁场的方向旋转 同步转速同步转速转子转子感应电
9、流感应电流旋转磁场旋转磁场定子绕组定子绕组转转子转速感应电动机:感应电动机:电磁感应传递能量电磁感应传递能量第19页,共88页,编辑于2022年,星期一同步转速n0v三相交流电产生的旋转磁场的转速v n0=60f1/p转/分(r/min)v p 磁极对数(由三相定子绕组的布置磁极对数(由三相定子绕组的布置和连接决定)。和连接决定)。p=l为为2极;极;p=2为为4极;极;p=3为为6极极f1(Hz):定子电流频率):定子电流频率磁极对数Pl23456同步转速n0(r/min)300015001000750600500电动机电动机p 固定,且固定,且f1也固定,则也固定,则n0也是固定的也是固定
10、的第20页,共88页,编辑于2022年,星期一“异步v异步电动机转子转速n不可能达到同步转速n0“异步”电动机工作的必要条件(nn0)异步电动机的转速异步电动机的转速第21页,共88页,编辑于2022年,星期一v转差电动机的同步转速n0与转子的转速n之差。v转差率s转差与同步转速n0的比值vs=(n0n)/n0100%vn=(1s)60f1/p转差第22页,共88页,编辑于2022年,星期一v电动机启动时n=0,s=1;v当n=n0时(理想空载运行),s=0;稳定运行时,n接近n0,s很小,一般在2%7%。v例:一台四极异步电动机,三相电源频率为50Hz,额定转差率为0.04,则其在额定运行时
11、转速为vn=(1s)60f/pv=(10.04)6050/2=1440r/min转差率第23页,共88页,编辑于2022年,星期一想一想:想一想:异步电动机的定子旋转磁场与转子磁场是不是同步的?三相异步电动机的同步转速由哪些因素确定?怎样改变三相异步电动机的转向?与通入定子绕组的三相交流电的相序有关吗?第24页,共88页,编辑于2022年,星期一任务三了解三相异步电动机的电磁转矩和机械特性v1.电磁转矩v2机械特性第25页,共88页,编辑于2022年,星期一1电磁转矩v电磁转矩T的产生转子电流I2在旋转磁场中受到电磁阻力的作用:vT=kTI2cos2vT(Nm)电动机的电磁转矩;v(Wb)旋转
12、磁场每极的磁通量;vI2(A)转子电流的有效值;vkT与电动机结构相关的常数;vcos2转子电路的功率因数。转子电流的有功分量转子电流的有功分量第26页,共88页,编辑于2022年,星期一2.机械特性曲线v(1)三相异步电动机的转矩特性T=f(s)v当定子外加电压U1和频率f1一定时(磁通量基本不变),转矩T与转差率s的关系曲线T=f(s)。v(2)三相异步电动机的机械特性n=f(T)v转速与转矩的关系曲线第27页,共88页,编辑于2022年,星期一(1)三相异步电动机的转矩特性理想空载:理想空载:s=0,n=n0,T=0临界转矩:最大值临界转矩:最大值Tm临界转差率临界转差率Sm额定转矩额定
13、转矩TN启动转矩启动转矩Tst第28页,共88页,编辑于2022年,星期一(2)三相异步电动机的机械特性稳定区稳定区硬特性硬特性不稳定区不稳定区在稳定区内某一点在稳定区内某一点时,电磁转矩与负时,电磁转矩与负载转矩相平衡而保载转矩相平衡而保持匀速转动。持匀速转动。自动自动适应负载转矩的变化适应负载转矩的变化不能不能自动适应负载转矩自动适应负载转矩的变化的变化第29页,共88页,编辑于2022年,星期一vTN:电动机在额定电压下,带上额定负载,以额定转速运行,输出额定功率时的转矩;v是电动机长期持续工作时轴上输出转矩的最大值。v TN=9550PN/nNvPN(kW)异步电动机的额定功率;vnN
14、(r/min)异步电动机的额定转速;vTN(Nm)异步电动机的额定转矩。额定转矩TN第30页,共88页,编辑于2022年,星期一vTm:电动机转矩的最大值表示。v“闷车”当负载转矩超过Tm时,电动机将带不动负载而发生停车。此时电动机的电流(堵转电流)立即增大到额定电流值的67倍,将引起电动机严重过热,甚至烧坏。v过载能力允许电动机短时间接近Tm过载运行。v过载系数最大转矩Tm与额定转矩TN之比=Tm/TNv一般为1.82.2最大转矩(临界转矩)Tm第31页,共88页,编辑于2022年,星期一vTst:电动机在接通电源被启动的最初瞬间,n=0,s=1时的转矩。v启动能力(Tst/TN)取1.32
15、.2v为保证电动机能够启动,则TstTLv电动机一旦启动,会迅速进入机械特性的稳定区运行。v堵转现象:当TstTL时,电动机无法启动,电流达最大,造成电动机过热,也会烧坏电动机。启动转矩Tst电动机静止时的电动机静止时的负载转矩负载转矩第32页,共88页,编辑于2022年,星期一例例4.1某三相异步鼠笼式电动机,其额定功率PN=55kW,额定转速nN=1480r/min,=2.2,st=1.3。这台电动机的额定转速TN、启动转矩Tst和最大转矩TM各为多少?解:由式(4-9)计算电动机的额定转矩得TN=955055/1480354.9(Nm)Tst=1.3354.9461(Nm)TM=2.23
16、54.9780(Nm)第33页,共88页,编辑于2022年,星期一v想一想想一想:v三相异步电动机的电磁转矩是怎样产生的?电磁转矩与定子电压U1有何关系?v三相异步电动机接通电源后,如果转轴受阻而长时间不能启动有何后果?v三相异步电动机带额定负载运行时,如果电源电压降低,电动机的转矩、转速及电流有无变化?如何变化?v异步电动机长时间过载运行时,为什么会造成电动机过热?当电动机运行过程中负载转矩增加而大于TM时,将会发生什么情况?第34页,共88页,编辑于2022年,星期一任务四学习三相异步电动机的铭牌及其选择v1.电动机的铭牌v例:Y132M-4型三相异步电动机。vv表表 三相异步电动机的铭牌
17、三相异步电动机的铭牌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接法转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月日电机厂第35页,共88页,编辑于2022年,星期一v(1)型号v(2)电压及接法v(3)电流v(4)功率、功率因数和效率v(5)频率v(6)转速v(7)绝缘等级v(8)工作方式第36页,共88页,编辑于2022年,星期一v型号:表示电动机类型、用途和技术特征的代号。vY132M-4vY三相鼠笼型异步电动机,名称代号的意义;v132机座中心高132mm;vM机座长度代号(L/长机座,M/中机座,S/短机座v4磁极数(磁极对数p=2)(1)型
18、号大写拼音字母和大写拼音字母和数字组成数字组成第37页,共88页,编辑于2022年,星期一表常用三相异步电动机产品名称代号及汉字意义产产品品名名称称新代号(旧代号)新代号(旧代号)汉汉字字意意义义适适用用场场合合鼠笼式异步电动机Y,Y-L(J,JO)异步一般用途绕线式异步电动机YR(JR,JRO)异步绕线小容量电源场合防爆型异步电动机YB(JB,JBS)异步防爆石油、化工、煤矿井下防爆安全型异步电动机YA(JA)异步安全石油、化工、煤矿井下高启动转矩异步电动机YQ(JQ,JQO)异步启动静负荷、惯性较大的机器表中表中Y、Y-L系列是新产品。系列是新产品。Y系列定子绕组是铜线,系列定子绕组是铜线
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