電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性

1、第1章 電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性,掌握直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)方程式，轉(zhuǎn)矩方程式和電壓平衡方程式；三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率的概念; 掌握電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，特別是人工機(jī)械特性；掌握電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，制動(dòng)，調(diào)速的各種方法和應(yīng)用場(chǎng)所；了解用機(jī)械特性來(lái)分析電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方法;了解常用控制電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合.,1.1直流電機(jī)的工作原理及特性,1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),主磁極,電樞,換向器,電刷裝置,直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖,剖面圖：電樞1；主磁極2；

2、換向極4；機(jī)座6,電樞鐵心沖片,換向器：換向片3；連接片4；云母環(huán)2,2.直流電機(jī)的基本工作原理,,發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī),簡(jiǎn)化為一對(duì)磁極,一個(gè)線圈,1)感應(yīng)電勢(shì)E,2.直流電機(jī)的基本方程式,2)電磁轉(zhuǎn)矩T,,,,,,,,-一對(duì)磁極的磁通(Wb);n-電樞轉(zhuǎn)速(r/min); Ke -與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).,式中:E-電動(dòng)勢(shì)(V);,-一對(duì)磁極的磁通(Wb); Ia-電樞電流(A); Kt-與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).,式

3、中:T-電磁轉(zhuǎn)矩(Nm);,,3.直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,1.他激和并激直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1)原理電路圖,1)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式,直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓平衡方程式,,,,,上式為直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式,,式中,Ra為電樞電阻.以,代入得:,由,將Ia值再代入,得::,機(jī)械特性曲線n=f(T),4.固有(自然)機(jī)械特性和人工機(jī)械特性1)他激直流電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性(正轉(zhuǎn))在額定電壓,額定磁通,電樞電路內(nèi)不外接電阻時(shí)的機(jī)械

4、特性即為自然機(jī)械特性.,額定負(fù)載時(shí),轉(zhuǎn)速降落不多,是硬特性;,金屬切削機(jī)床,冷軋機(jī),造紙機(jī)等宜于選用硬特性的電動(dòng)機(jī).,2)自然機(jī)械特性曲線的作法已知電動(dòng)機(jī)的PN,UN,IN,nN,由公式可計(jì)算出Ra,Ke ,,,,,,,(1)電樞電阻Ra的估算:,(2)理想空載轉(zhuǎn)速no計(jì)算:,(3)額定轉(zhuǎn)矩Nn的計(jì)算:,no,TN,找出兩個(gè)點(diǎn),即理想空載點(diǎn)(o,no)和額定運(yùn)行點(diǎn)(TN,nN),通過(guò)這兩點(diǎn)作出自然機(jī)械特性.,3)舉例,(1)一

5、臺(tái)Z2-51型直流他激電動(dòng)機(jī),已知額定功率5.5kW,額定電壓220V,額定電流31A,額定轉(zhuǎn)速1500r/min,忽略損耗,求自然機(jī)械特性.解:分析 只要求出理想空載點(diǎn)和額定運(yùn)行點(diǎn),就可繪出機(jī)械特性.,,=0.71,=0.132,=1667r/min,=35Nm,4)電動(dòng)機(jī)人工機(jī)械特性(三種),(1)電樞回路串附加電阻Rad的人工機(jī)械特性在自然機(jī)械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串電阻的人工機(jī)械特性方程式:,,附加

6、電阻Rad越大,機(jī)械特性越軟.,(2)改變電樞電壓的人工機(jī)械特性,U改變,但轉(zhuǎn)速降不變.因此,變電樞電壓的人工機(jī)械特性是一簇與自然機(jī)械特性平行的特性曲線.只允許在額定電壓以下調(diào)節(jié).在后面的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)學(xué)習(xí)中有廣泛的應(yīng)用.,,隨U的變化而變化,(3)改變磁通的人工機(jī)械特性,從機(jī)械特性方程可知,改變磁通時(shí),電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降落都會(huì)隨磁通的變化而變化.磁通只能在額定值以下調(diào)節(jié),理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降落都要增大-------

7、弱磁增速.使用中,要防止電動(dòng)機(jī)過(guò)載,更要防止飛車(chē),因此,直流他激電動(dòng)機(jī)設(shè)有失磁保護(hù).,串激直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,1)特點(diǎn):電樞電流就是激磁電流.2)機(jī)械特性分析: 第一段,電動(dòng)機(jī)輕載時(shí),機(jī)械特性具有雙曲線的形狀,理想空載轉(zhuǎn)速趨近無(wú)窮大. 第二段,電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí),磁路趨于飽和,機(jī)械特性近似一條直線.3)注意事項(xiàng): 直流串激電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行----飛車(chē)事故.,4 直流他激電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性,直流他激電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流

8、是額定電流的(10-20)倍,不允許直接起動(dòng).限制其起動(dòng)電流的方法有兩種.1.降壓起動(dòng): 組成SCR-M自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)環(huán)節(jié).是后面學(xué)習(xí)的一個(gè)重點(diǎn).2.電樞電路串外接電阻起動(dòng) 右圖為具有三段起動(dòng)電阻的他激電動(dòng)機(jī)電路原理圖和起動(dòng)特性, 其起動(dòng)特性就是前面剛剛學(xué)習(xí)過(guò)的一種人工機(jī)械特性.,5.直流他激電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性,直流他激電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)分為電動(dòng)狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài),如右圖所示.圖中,(a)為電動(dòng)狀態(tài);

9、 (b)為制動(dòng)狀態(tài).1)特點(diǎn):電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反,電機(jī)處于發(fā)電工作狀態(tài).2)制動(dòng)形式:穩(wěn)定的制動(dòng)狀態(tài); 過(guò)渡的制動(dòng)狀態(tài).3)制動(dòng)方法有3種: 反饋制動(dòng); 反接制動(dòng); 能耗制動(dòng).,1.反饋制動(dòng),1)實(shí)現(xiàn)條件:外部作用使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速no.如,電車(chē)下坡,起重機(jī)下放重物.2

10、)機(jī)械特性:正轉(zhuǎn)時(shí),是第一象限的機(jī)械特性在第二象限內(nèi)的延伸,如右圖所示.,3)特點(diǎn):(1)利用位能轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電,將機(jī)械能變成電能,向電源饋送.(2)重物下放時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速仍高于理想空載轉(zhuǎn)速,運(yùn)行不太安全.,2.反接制動(dòng),1)實(shí)現(xiàn)條件:電樞電壓或電樞電勢(shì)反向.2)分類(lèi):(1)電源反接制動(dòng).改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的制動(dòng).機(jī)械特性方程式為;,為了限制制動(dòng)時(shí)比較大的電樞電流,實(shí)施電源反接制動(dòng)時(shí),一定要在電樞電路中串入限流電阻

11、. 應(yīng)用在需要迅速減速或頻繁正反轉(zhuǎn)的機(jī)械上.,(2)倒拉反接制動(dòng).改變電樞電勢(shì)方向所產(chǎn)生的制動(dòng).如:起重機(jī)的重物下降時(shí),電樞反轉(zhuǎn),電勢(shì)反向.此時(shí),位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL使重物下放,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TM反對(duì)重物下放-----制動(dòng).特點(diǎn):適當(dāng)選擇電樞電路中的附加電阻,可以得到低的轉(zhuǎn)速,保證安全; 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差.制動(dòng)特性如右圖所示.是第一象限在第四象限的延伸或第三象限在第二象限的延伸.,反接制動(dòng),3.能耗制動(dòng),1)實(shí)現(xiàn)條件:將電樞電壓突然降

12、為零,串一外接電阻使電樞短接.此時(shí)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T與n反向-----制動(dòng).2)特點(diǎn):制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁雇饨与娮璋l(fā)熱而消耗,稱(chēng)之為“能耗”; 穩(wěn)定性好,電動(dòng)機(jī)不可能反向起動(dòng).3)應(yīng)用:要求迅速準(zhǔn)確停車(chē)的場(chǎng)合;重物恒速下放.,6.直流他激電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性,由直流他激電動(dòng)機(jī)人工機(jī)械特性方程式直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法:式中, Ke,Kt,Ra 均為常數(shù),因此,電動(dòng)機(jī)有3種調(diào)速方法 1.變電樞電路外接電阻R

13、ad; 2.變電樞電壓U; 3.變磁通 .,1.改變電樞電路外接電阻調(diào)速,電動(dòng)機(jī)電樞電路串電阻后,其人工機(jī)械特性如右圖示.,1)應(yīng)用: 起重機(jī),卷?yè)P(yáng)機(jī);2)缺點(diǎn):機(jī)械特性軟,實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速困難;3)注意:串電阻調(diào)速與起動(dòng)特性相似,但起動(dòng)電阻與調(diào)速電阻不同.,2.改變電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓調(diào)速,變電樞電壓調(diào)速的機(jī)械特性如右圖.,1)特點(diǎn):容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速;機(jī)械特性是一組平行線,硬度不變;不需用其他起動(dòng)設(shè)備.2

14、)應(yīng)用;適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,組成SCR-M系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用.第11章將重點(diǎn)學(xué)習(xí).,3.改變電動(dòng)機(jī)主磁通調(diào)速,變磁通調(diào)速的機(jī)械特性如右圖示.,1)特點(diǎn):可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速;機(jī)械特性軟;調(diào)速范圍不大.2)應(yīng)用:適用于恒功率負(fù)載.一般與調(diào)壓配合使用.3)注意:在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)--------弱磁增速.,例題,例:一臺(tái)直流他激電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為;PN=2.2kW,UN=220V.IN=12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7

15、歐 ;如果電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行,求(1)電動(dòng)機(jī)的電樞電壓降到180V時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少?(2)激磁電流If=IfM(即磁通為額定值的0.8時(shí))時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少?(3)電樞電路串入2歐的附加電阻時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少?解:,,(1)此時(shí),U=180V,Ra=1.7歐,=14,例題求解,(2)此時(shí),U=UN=220V,Ra=1.7歐,(3)此時(shí),U=UNa=220V;電樞電路總電阻R=Ra+Rad=1.7+2=3.7,(

16、以上轉(zhuǎn)速單位為r/min),,,1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性,1).三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙. (1)定子 定子由鐵心,繞組,機(jī)座三部分組成. 鐵心由0.5mm的硅鋼片疊壓而成; 三相繞組連接成星形或三角形; 機(jī)座一般用鑄鐵作成,主要用于固定和支撐定子鐵心. (2)轉(zhuǎn)子

17、轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成. 轉(zhuǎn)子同樣由硅鋼片疊壓而成,壓裝在轉(zhuǎn)軸上; 轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和線繞式兩種. 線繞式異步電動(dòng)機(jī)還有滑環(huán),電刷機(jī)構(gòu).,鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,5.定子鐵心,6.定子繞組,7.轉(zhuǎn)軸,8.轉(zhuǎn)子,9.風(fēng)扇,11.軸承,12.機(jī)座,鼠籠電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和線繞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與外部接線,2).三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,(1)三相正弦交流電通入電動(dòng)機(jī)定子的三相繞組,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)

18、速稱(chēng)之為同步轉(zhuǎn)速;(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì);(3)轉(zhuǎn)子繞組中感生電流;(4)轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中產(chǎn)生力,形成電磁轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了. 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)不到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速,否則,就不能切割磁力線,就沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì),電動(dòng)機(jī)就停下來(lái)了.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速不一樣,差那么一些,稱(chēng)之為異步. 設(shè)同步轉(zhuǎn)速為no,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n,則轉(zhuǎn)速差為 ; no-n; 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速之比定義為

19、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S,S是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的主要參數(shù),且,3).三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),(1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 設(shè)電動(dòng)機(jī)為2極,每相繞組只有一個(gè)線圈.,在0-T/2這個(gè)區(qū)間,分析有一相電流為零的幾個(gè)點(diǎn).規(guī)定:當(dāng)電流為正時(shí),從首端進(jìn)尾端出;電流為負(fù)時(shí),從尾端進(jìn)首端出.,t=0時(shí)，iA=0;iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端；iC為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從C端流到Z端。按右手螺旋法則確定三

20、相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，如圖(a)中箭頭所示。,t=0時(shí)，iA=0;iB為負(fù)，iC為正,t=T/6時(shí)，ωt=ωT/6=π/3,iA為正(電流從A端流到X端)；iB為負(fù)(電流從Y端流到B端)；iC=0。此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖(b)所示，合成磁場(chǎng)已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了π/3。,t=T/6時(shí)，ωt=ωT/6=π/3,iA為正；iB為負(fù)；iC=0,此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖(c)所示，合成磁場(chǎng)已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了2π/3。

21、,t=T/3時(shí)，ωt=ωT/3=2π/3,iA為正;iB=0；iC為負(fù),此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖(d)所示。合成磁場(chǎng)從t=0瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了π。按以上分析可以證明：當(dāng)三相電流隨時(shí)間不斷變化時(shí)，合成磁場(chǎng)的方向在空間也不斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,t=T/2時(shí)，ωt=ωT/2=π,iA=0；iB為正；iC為負(fù)。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與三相交流電的相序一致;改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈?即A-B-C變?yōu)镃-B-A,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向;要改變電動(dòng)

22、機(jī)的轉(zhuǎn)向,只要任意對(duì)調(diào)三相電源的兩根接線.,(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向,式中,f為電源頻率50HZ;p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù).電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)為1時(shí),同步轉(zhuǎn)速為3000r/min;電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)為2時(shí),同步轉(zhuǎn)速為1500r/min;電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)為3時(shí),同步轉(zhuǎn)速為1000r/min.,(3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度-----同步轉(zhuǎn)速no,(4)定子繞組線端連接方式,,注意:三相繞組連接成星形,每相繞組承受相電壓220V;

23、 三相繞組連接成三角形,每相繞組承受線電壓380V.,3.三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析,1).定子電路分析 電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2.定子每相繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:,其有效值為 :,定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢(shì),定子電路分析,其大小為:,忽略R1和X1上的電壓降,有:,考慮定子電流產(chǎn)生的漏磁通,用復(fù)數(shù)表示為:,一相電路圖,2).轉(zhuǎn)子電路分析,其中,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為:,起動(dòng)瞬間,3.三相

24、異步電動(dòng)機(jī)的額定值,電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù):額定功率PN;額定電壓UN;額定頻率f=50Hz;額定電流IN;額定轉(zhuǎn)速nN;有的參數(shù)要經(jīng)過(guò)計(jì)算得出:額定效率額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩,額定效率,額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩,4.三相異步電動(dòng)機(jī)的能流圖,P2等于P1減去電動(dòng)機(jī)的總損耗,電源輸入的功率P1:,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P2(銘牌功率),舉例,,解:1)由電勢(shì)計(jì)算公式得 :,,3)額定轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率,2)轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí),f2=f1,得,1)定子每相繞

25、組感應(yīng)電動(dòng)機(jī)E1;2)轉(zhuǎn)子每相開(kāi)路電壓E20;3)額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2N.,例1:有一臺(tái)Y型接線的三相異步電動(dòng)機(jī),其額定參數(shù)為:功率90KW,UN=3000V,IN=22.9A,電源頻率f=50Hz,額定轉(zhuǎn)差率SN=28.5%,定子每相繞組匝數(shù)N1=320,轉(zhuǎn)子每相繞組匝數(shù)N2=20,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通0.023WB,求:,舉例,例2:一臺(tái)4極三相異步電動(dòng)機(jī),電源頻率50Hz, 額定轉(zhuǎn)速1440r/min,轉(zhuǎn)子電阻0.

26、02歐,轉(zhuǎn)子電抗0.08歐,轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E20=20V,求: 1)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速;2)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電流.,解;1)電動(dòng)機(jī)為4極,磁極對(duì)數(shù)p=2,有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電流,4.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,1).三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的:,代入,用,代入,合并上面幾個(gè)式子得轉(zhuǎn)矩又一公

27、式:,注意,轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比,2).三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T),固有機(jī)械特性(自然機(jī)械特性):在額定電壓和額定頻率下,定子和轉(zhuǎn)子電路中不接任何電阻或電抗時(shí),電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性.,(2)額定工作點(diǎn) T=TN, n=nN, S=SN;此時(shí)有,自然特性上有4個(gè)特殊點(diǎn): (1)理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)no T=0, n=no, S=0;,(3)起動(dòng)工作點(diǎn) T=Tst, n=0,

28、S=1;此時(shí)有,(4)臨界工作點(diǎn) T=Tanm, n=nm, s=Sm;有:,自然機(jī)械特性,人工機(jī)械特性 介紹4種人工特性,即:降低定子電壓時(shí),定子電路串入電阻或電抗時(shí),變頻率時(shí),線繞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時(shí).,(1)降低電壓時(shí)的人工特性,電壓越低,人工特性曲線越往左移; 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)大大降低; 電壓降低,負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí),電動(dòng)機(jī)過(guò)熱; 電壓降低太多,電動(dòng)機(jī)將帶不動(dòng)負(fù)載(不能起

29、動(dòng)).,(2)定子電路串入電阻或電抗時(shí)的人工特性,定子電路串電阻或電抗時(shí)的人工機(jī)械特性如右圖中虛線2所示,1為電壓降低時(shí)的人工機(jī)械特性; 曲線2與曲線1相比較,最大轉(zhuǎn)矩要大一些.,(3)改變定子電源頻率時(shí)的人工特性,隨著頻率的降低,理想空載轉(zhuǎn)速只能在電源額定頻率以下調(diào)節(jié);轉(zhuǎn)速no減小,臨界轉(zhuǎn)差率Sm減小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst增大,最大轉(zhuǎn)矩Tmax不變.,(4)三相線繞式異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子電路外接電阻時(shí)的人工特性,電路圖如右圖中(a)

30、所示,三相轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)滑環(huán)電刷機(jī)構(gòu)與外接電阻相聯(lián)接;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加(有利),理想空載轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩不變.,5.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性,生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求是:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,起動(dòng)電流小. 1) .三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流是額定電流的(5-7)倍,為滿(mǎn)足起動(dòng)要求,三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法分為直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩類(lèi).,(1)直接起動(dòng)(全電壓起動(dòng))適用范圍; 電動(dòng)機(jī)功率<20%變壓器容

31、量. 一般中小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)都采用 全電壓直接起動(dòng).,(2) 降壓起動(dòng):容量大的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大,為了限制過(guò)大的起動(dòng)電流,采用降壓起動(dòng).在工廠常用的降壓起動(dòng)方法有4種:定子串電阻或電抗器,Y-△變換,自耦變壓器,延邊三角形.,(1)定子繞組串電阻或電抗器降壓起動(dòng) 電路圖如右圖;,不足之處:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降; 不經(jīng)濟(jì).應(yīng)用場(chǎng)合:電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng).,(2)Y- △降壓起動(dòng):只有正

32、常運(yùn)行時(shí)定子三相繞組是△接法的電動(dòng)機(jī)才能采用Y- △降壓起動(dòng).對(duì)于國(guó)產(chǎn)JO,JO2,Y,Y2系列電動(dòng)機(jī),功率大于4.5kW的都是采用△接線.也就是說(shuō),大容量電動(dòng)機(jī)都可以用Y- △降壓起動(dòng).,Y- △降壓起動(dòng)的電氣原理圖如右圖所示.起動(dòng)時(shí),三相繞組接成Y形,運(yùn)行時(shí),繞組接成△形.電流下降1/3,轉(zhuǎn)矩也下降1/3.,特點(diǎn): 電動(dòng)機(jī)Y形起動(dòng)過(guò)程中,可提高電動(dòng) 機(jī)的效率和功率因數(shù); 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,只適用于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合; 設(shè)備簡(jiǎn)單,

33、經(jīng)濟(jì);在機(jī)床工業(yè)上應(yīng)用較普遍.,(3)自耦變壓器降壓起動(dòng),特點(diǎn): 起動(dòng)電流小,而且可以調(diào)節(jié); 不適用于頻繁起動(dòng); 體積大,重量重,價(jià)格高.,與定子串電阻或電抗器起動(dòng)相比較,在相同的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩情況下,起動(dòng)電流要小.,(4)延邊三角形起動(dòng),對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組和繞組出線有特殊要求; 起動(dòng)時(shí)繞組一部分Y形,一部分△形接線;運(yùn)行時(shí)繞組△接線. 制造成本高,接線復(fù)雜.,2).三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法.

34、 線繞式電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子電路串電阻,可以獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及較小的起動(dòng)電流,即有良好的起動(dòng)特性.,(1).逐級(jí)切除起動(dòng)電阻法 (1)電路圖:如右圖.轉(zhuǎn)子外接電阻為三相對(duì)稱(chēng)電阻;當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量大時(shí),一般采用三相不對(duì)稱(chēng)電阻. (2)起動(dòng)過(guò)程:起動(dòng)初瞬,電阻全部接入;在起動(dòng)過(guò)程中,分三次切除外接電阻,人工特性往上提,電阻全部切除后,通過(guò)提刷機(jī)構(gòu),使轉(zhuǎn)子繞組短接,機(jī)械特性回到自然特性.

35、 (3)特點(diǎn):在起動(dòng)過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)能保持最大的加速轉(zhuǎn)矩.,(2)頻敏變阻器起動(dòng)法,(1)頻敏變阻器:它是一個(gè)鐵損很大的 三相電抗器,鐵心用A3鋼板疊成,三相繞組接成Y形. (2)起動(dòng)過(guò)程:起動(dòng)初瞬,轉(zhuǎn)子電流頻率接近50Hz,鐵損大,即等效阻抗大,從而限制了起動(dòng)電流,增大了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩.隨著轉(zhuǎn)速逐步上升,等效阻抗逐步減小;到轉(zhuǎn)速達(dá)額定轉(zhuǎn)速,相當(dāng)轉(zhuǎn)子被短接,起動(dòng)結(jié)束. (3)特點(diǎn):起動(dòng)過(guò)程能平滑進(jìn)行,不需要控制電器;

36、 功率因數(shù)低; 只能用于起動(dòng),而串電阻起動(dòng)時(shí),電阻還可用于調(diào)速.,3.舉例,例1:一臺(tái)Y280S-4三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,電動(dòng)機(jī)由320kVA的變壓器單獨(dú)供電,電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=200Nm,問(wèn)(1)電動(dòng)機(jī)能否直接起動(dòng)?(2)電動(dòng)機(jī)能否用Y- △降壓起動(dòng)?,解(1)電動(dòng)機(jī)額定功率與供電變壓器容量之比為

37、 75/320=0.234>0.2 電動(dòng)機(jī)不宜直接起動(dòng).,(2)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為 TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTst=1.9TN=1.9X484=920Nm如果采用Y- △降壓起動(dòng),則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三分之一,即TstY=1/3X920=307>200=TL因此,可以采用Y- △降壓起動(dòng).,舉例,解:電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí),n=0,S

38、=1,轉(zhuǎn)子電路每相的電動(dòng)勢(shì) (1)E20=E20l/ =146V,例2:一臺(tái)JZR-63-10三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)為:PN=60kW,nN=577r/min,轉(zhuǎn)子滑環(huán)間的開(kāi)路線電壓E20l=253V,轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R2=0.0344歐,轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)每相繞組的漏抗X20=0.163歐,求:,(1)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的E2,I2,(2)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的E2,I2,(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在n=528r/min時(shí)的E

39、2,轉(zhuǎn)子電路每相應(yīng)串電阻R及,得,得R=0.0732歐; 由,由下式,(3),(2),6.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方法有3種:反饋制動(dòng),反接制動(dòng),能耗制動(dòng).,1).反饋制動(dòng)(1)產(chǎn)生條件: 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度高于同步轉(zhuǎn)速.此時(shí)S<0,電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài),電能反饋給電網(wǎng).(2)運(yùn)行狀態(tài): 有兩種情況.(1)位能轉(zhuǎn)矩負(fù)載的起重機(jī)在下放重物時(shí)的反饋制動(dòng)狀態(tài). 可使重物勻速下降如右圖

40、中a點(diǎn).b點(diǎn)是改變轉(zhuǎn)子外接電阻后的穩(wěn)定工作點(diǎn).,(2)多速電動(dòng)機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)的同步速突然降低時(shí)的反饋制動(dòng)狀態(tài).,2).反接制動(dòng):分為電源反接和倒拉制動(dòng).,電源反接是突然改變?nèi)嚯娫吹南嘈?旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向;而倒拉制動(dòng)則出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子位能負(fù)載超過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩的時(shí)候.(1)電源反接: 轉(zhuǎn)子在由正變負(fù)的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下迅速減速.反接制動(dòng)時(shí)電流大,要在定子電路串電阻.,在右圖c點(diǎn)要切斷電源(n=0),否則電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng).,反接

41、制動(dòng):分為電源反接和倒拉制動(dòng).,(2)倒拉制動(dòng): 電動(dòng)機(jī)減速至右圖c點(diǎn),由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩,起重機(jī)的重物迫使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài).,3).能耗制動(dòng) (1)產(chǎn)生條件: 電動(dòng)機(jī)定子繞組脫離交流電源后,立即通入低壓直流電,直流電建立一個(gè)恒穩(wěn)磁場(chǎng),產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)貯存的能量消耗在電阻上.,(2)機(jī)械特性:制動(dòng)時(shí),特性從下圖中的特性曲線1之a(chǎn)點(diǎn)平移至特性曲線2之b點(diǎn),在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩

42、的共同作用下,沿曲線2迅速減速,到n=0. (3)特點(diǎn):當(dāng)n=0時(shí),T=0,電動(dòng)機(jī)不可能反方向起動(dòng),能使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確停車(chē).,7.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性,由基本公式,異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有三種:變磁極對(duì)數(shù)p;變轉(zhuǎn)差率S;變頻率f.,可得異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程式為:,和基本公式,1).變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速(1)方法: 改變定子繞組的連接,可以得到兩個(gè)不同的磁極對(duì)數(shù).(2)多速電動(dòng)機(jī): 最多在電動(dòng)機(jī)中嵌入兩套繞

43、組,使繞組有不同的連接,可分別得到雙速,三速,四速電動(dòng)機(jī),雙速應(yīng)用較多.,4極 2極,變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速,3)特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,效率高,特性好;體積大,價(jià)格高.在中小機(jī)床上應(yīng)用比較多.雙速電動(dòng)機(jī)的高低速轉(zhuǎn)換,一般是先低速,再轉(zhuǎn)換為高速.,雙速電動(dòng)機(jī)Y/YY,2).轉(zhuǎn)子電路串電阻(變轉(zhuǎn)差率)調(diào)速(1)應(yīng)用范圍: 只適用于線繞式異步電動(dòng)機(jī).(2)原理電路和機(jī)械特性與串電阻降壓起動(dòng)相同.

44、 線繞式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電阻,適當(dāng)增大電阻的容量,可作調(diào)速電阻用.(3)特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠;是有級(jí)調(diào)速.(4)應(yīng)用: 用于重復(fù)短時(shí)工作制的生產(chǎn)機(jī)械,如起重機(jī)械.,三相電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)也屬于變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,3).變頻調(diào)速(1)原理: 由上式可知,改變交流電源的頻率,就可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.(2)一般采用頻率和電壓同時(shí)改變的變頻電源.(3)應(yīng)用范圍:

45、 用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī).組成SCR-M調(diào)速系統(tǒng).變頻調(diào)速是交流調(diào)速發(fā)展的方向.有關(guān)內(nèi)容在后面的章節(jié)詳細(xì)介紹.,1.3 控制電機(jī)簡(jiǎn)介,控制電機(jī)的主要作用是用來(lái)完成信息的傳遞與交換,而不是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換.,1) 直流伺服電動(dòng)機(jī),1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動(dòng)機(jī)相同.(有換向器)2.分類(lèi):電磁式(他激式); 永磁式,3.電氣原理圖:如右圖.其中(a)為電磁式(b)為永磁式.4.參數(shù):輸出功率1-60

46、0W.,2).交流伺服電動(dòng)機(jī)(1)結(jié)構(gòu),(1)定子:定子由硅鋼片疊成;在定子鐵心的內(nèi)圓表面嵌有兩套相差90度電角度的繞組:激磁繞組WF,控制繞組WC;這兩套繞組分別由兩個(gè)電源供電.,接線圖,兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),(2)轉(zhuǎn)子:分為鼠籠型和杯型兩種.(1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細(xì)而長(zhǎng),轉(zhuǎn)子導(dǎo)體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號(hào)SL系列.(2)空心杯型轉(zhuǎn)子作成薄壁圓筒形,放在內(nèi)外定子之間.用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng)

47、.產(chǎn)品型號(hào)SK系列.,杯型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子5,(2).基本工作原理,兩相繞組WF和WC分別通入頻率相同的交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使伺服電動(dòng)機(jī)起動(dòng).取消WC后,要防止自轉(zhuǎn).(3).消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施 加大轉(zhuǎn)子電阻.如:采用薄壁杯形轉(zhuǎn)子.鼠籠條用高阻材料黃銅,,轉(zhuǎn)子電阻不同時(shí)的機(jī)械特性,(4).交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性和應(yīng)用,控制方法;有三種.幅值控制,相位控

48、制,幅-相控制幅值控制原理圖:控制電壓Uc越高,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高.,不同控制電壓下的機(jī)械特性,應(yīng)用舉例,(1)參數(shù):交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率為0.1-100W(再大則用直流伺服電動(dòng)機(jī)); 電源頻率50-400Hz.(2)應(yīng)用:雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)控制;飛機(jī)駕駛盤(pán)的控制;流體閥門(mén)開(kāi)關(guān)控制,,應(yīng)用方框圖,2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的一種執(zhí)行元件,(1)分類(lèi)與結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為反應(yīng)式,永磁式,和混合式三種.三相反應(yīng)式步

49、進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分構(gòu)成.右圖中,定子有6個(gè)磁極,兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相;轉(zhuǎn)子上有均勻分布的4個(gè)齒.,,,,由環(huán)形分配器送來(lái)的脈沖信號(hào)，對(duì)定子繞組輪流通電。設(shè)相序?yàn)锳→B→C→A。當(dāng)A相控制繞組通電，而B(niǎo)、C相不通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)與A相繞組軸線重合，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩(靜轉(zhuǎn)矩)的作用，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，使轉(zhuǎn)子的齒1和齒3旋轉(zhuǎn)到與A相繞組軸線相同的位置上，如圖(

50、a)所示，,(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理,然后B相通電如圖(b)所示,轉(zhuǎn)子在空間沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30度,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一步.同理,C相通電時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖©所示位置;D相通電時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖(d)所示位置.按A-B-C-A順序不斷地接通和斷開(kāi)控制繞組,電動(dòng)機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng).,(3)通電方式,控制繞組每改變一次通電方式，稱(chēng)為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為一個(gè)步距角β。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電方式有三種。對(duì)于三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，每次只有

51、一相繞組單獨(dú)通電，如A→B→C→A，控制繞組每換接三次構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，這種方式稱(chēng)為三相單三拍；若每次有兩相繞組同時(shí)通電，如AB→BC→CA→AB，每次循環(huán)換接三次，這種方式稱(chēng)為三相雙三拍；若單相通電和兩相通電輪流進(jìn)行，如A→AB→B→BC→C→CA→A，這種方式被稱(chēng)為三相六拍。,(4)小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無(wú)論采用哪種通電方式，步距角都太大，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)中對(duì)精度的要求，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為z，定子

52、相數(shù)為m，則齒距角τ和步距角β為:Τ=360/ z β=360/K m z其中K為狀態(tài)系數(shù)，對(duì)于單相輪流通電方式和雙相輪流通電方式來(lái)說(shuō)，K=1，而對(duì)于單雙相輪流通電方式來(lái)說(shuō)，K=2。從上式可知，步距角與相數(shù)及齒數(shù)有關(guān)，要想獲得小的步距角的話(huà)，必須增大相數(shù)或齒數(shù)。但是，相數(shù)越多的話(huà)，它的驅(qū)動(dòng)電源就越復(fù)雜，并且成本也越高，一般的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做成二相、三相、四相、五相或六相。因此，減小步距角的根本方法是增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)z。

53、,3) 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào),廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中.,1.異步(交流)測(cè)速發(fā)電機(jī)1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子上有兩套互差90度電角度的激磁繞組WF和輸出繞組WC;轉(zhuǎn)子為空心杯形.2) 工作原理:杯形轉(zhuǎn)子可以看成一個(gè)導(dǎo)條非常多的鼠籠轉(zhuǎn)子.在激磁電壓一定的情況下,當(dāng)輸出繞組的負(fù)載很小時(shí),測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比: U0=Kn,轉(zhuǎn)子靜止時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),3) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)使用中的幾個(gè)問(wèn)題

54、:,(1)主要技術(shù)指標(biāo)剩余電壓:測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的輸出電壓.它會(huì)使控制系統(tǒng)誤動(dòng)作.線性誤差 :,(2)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題:輸出特性的線性度,溫度變化的影響,可加溫度補(bǔ)償裝置.,輸出特性的線性度,由非線性引起的誤差.一般系統(tǒng)要求1% -2%;精密系統(tǒng)要求0.1%-0.25%.相位誤差:一般要求不超過(guò)1度-2度.靈敏度:交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度比較低.,2.直流測(cè)速發(fā)電機(jī),1)基本原理電氣原理如右圖所示,它是