電動機的工作原理及特性

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

2、換向極4；機座6,電樞鐵心沖片,換向器：換向片3；連接片4；云母環(huán)2,2.直流電機的基本工作原理,,發(fā)電機,電動機,簡化為一對磁極,一個線圈,1)感應(yīng)電勢E,2.直流電機的基本方程式,2)電磁轉(zhuǎn)矩T,,,,,,,,-一對磁極的磁通(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-電動勢(V);,-一對磁極的磁通(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.直流電動機的機械特性,1.他激和并激直流電動機的機械特性1)原理電路圖,1)直流電動機機械特性方程式,直流電動機電樞電壓平衡方程式,,,,,上式為直流電動機機械特性的一般表達式,,式中,Ra為電樞電阻.以,代入得:,由,將Ia值再代入,得::,機械特性曲線n=f(T),4.固有(自然)機械特性和人工機械特性1)他激直流電動機的自然機械特性(正轉(zhuǎn))在額定電壓,額定磁通,電樞電路內(nèi)不外接電阻時的機械

4、特性即為自然機械特性.,額定負載時,轉(zhuǎn)速降落不多,是硬特性;,金屬切削機床,冷軋機,造紙機等宜于選用硬特性的電動機.,2)自然機械特性曲線的作法已知電動機的PN,UN,IN,nN,由公式可計算出Ra,Ke ,,,,,,,(1)電樞電阻Ra的估算:,(2)理想空載轉(zhuǎn)速no計算:,(3)額定轉(zhuǎn)矩Nn的計算:,no,TN,找出兩個點,即理想空載點(o,no)和額定運行點(TN,nN),通過這兩點作出自然機械特性.,3)舉例,(1)一

5、臺Z2-51型直流他激電動機,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,求自然機械特性.解:分析 只要求出理想空載點和額定運行點,就可繪出機械特性.,,=0.71,=0.132,=1667r/min,=35Nm,4)電動機人工機械特性(三種),(1)電樞回路串附加電阻Rad的人工機械特性在自然機械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串電阻的人工機械特性方程式:,,附加

6、電阻Rad越大,機械特性越軟.,(2)改變電樞電壓的人工機械特性,U改變,但轉(zhuǎn)速降不變.因此,變電樞電壓的人工機械特性是一簇與自然機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)改變磁通的人工機械特性,從機械特性方程可知,改變磁通時,電動機的理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降落都會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,要防止電動機過載,更要防止飛車,因此,直流他激電動機設(shè)有失磁保護.,串激直流電動機的機械特性,,1)特點:電樞電流就是激磁電流.2)機械特性分析: 第一段,電動機輕載時,機械特性具有雙曲線的形狀,理想空載轉(zhuǎn)速趨近無窮大. 第二段,電動機負載較重時,磁路趨于飽和,機械特性近似一條直線.3)注意事項: 直流串激電動機不允許空載運行----飛車事故.,4 直流他激電動機的起動特性,直流他激電動機的起動電流

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

9、 (b)為制動狀態(tài).1)特點:電動機的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反,電機處于發(fā)電工作狀態(tài).2)制動形式:穩(wěn)定的制動狀態(tài); 過渡的制動狀態(tài).3)制動方法有3種: 反饋制動; 反接制動; 能耗制動.,1.反饋制動,1)實現(xiàn)條件:外部作用使電動機的轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速no.如,電車下坡,起重機下放重物.2

10、)機械特性:正轉(zhuǎn)時,是第一象限的機械特性在第二象限內(nèi)的延伸,如右圖所示.,3)特點:(1)利用位能轉(zhuǎn)矩帶動電動機發(fā)電,將機械能變成電能,向電源饋送.(2)重物下放時電動機的轉(zhuǎn)速仍高于理想空載轉(zhuǎn)速,運行不太安全.,2.反接制動,1)實現(xiàn)條件:電樞電壓或電樞電勢反向.2)分類:(1)電源反接制動.改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的制動.機械特性方程式為;,為了限制制動時比較大的電樞電流,實施電源反接制動時,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)的機械上.,(2)倒拉反接制動.改變電樞電勢方向所產(chǎn)生的制動.如:起重機的重物下降時,電樞反轉(zhuǎn),電勢反向.此時,位能負載轉(zhuǎn)矩TL使重物下放,電動機轉(zhuǎn)矩TM反對重物下放-----制動.特點:適當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,3.能耗制動,1)實現(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.此時電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T與n反向-----制動.2)特點:制動時的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁雇饨与娮璋l(fā)熱而消耗,稱之為“能耗”; 穩(wěn)定性好,電動機不可能反向起動.3)應(yīng)用:要求迅速準確停車的場合;重物恒速下放.,6.直流他激電動機的調(diào)速特性,由直流他激電動機人工機械特性方程式直流電動機的調(diào)速方法:式中, Ke,Kt,Ra 均為常數(shù),因此,電動機有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,電動機電樞電路串電阻后,其人工機械特性如右圖示.,1)應(yīng)用: 起重機,卷揚機;2)缺點:機械特性軟,實現(xiàn)無級調(diào)速困難;3)注意:串電阻調(diào)速與起動特性相似,但起動電阻與調(diào)速電阻不同.,2.改變電動機電樞供電電壓調(diào)速,變電樞電壓調(diào)速的機械特性如右圖.,1)特點:容易實現(xiàn)無級調(diào)速;機械特性是一組平行線,硬度不變;不需用其他起動設(shè)備.2

14、)應(yīng)用;適用于恒轉(zhuǎn)矩負載,組成SCR-M系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用.第11章將重點學(xué)習(xí).,3.改變電動機主磁通調(diào)速,變磁通調(diào)速的機械特性如右圖示.,1)特點:可以實現(xiàn)無級調(diào)速;機械特性軟;調(diào)速范圍不大.2)應(yīng)用:適用于恒功率負載.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:一臺直流他激電機的額定數(shù)據(jù)為;PN=2.2kW,UN=220V.IN=12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7

15、歐 ;如果電動機在額定轉(zhuǎn)矩下運行,求(1)電動機的電樞電壓降到180V時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?(2)激磁電流If=IfM(即磁通為額定值的0.8時)時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?(3)電樞電路串入2歐的附加電阻時,電動機的轉(zhuǎn)速是多少?解:,,(1)此時,U=180V,Ra=1.7歐,=14,例題求解,(2)此時,U=UN=220V,Ra=1.7歐,(3)此時,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),,,1.2三相異步電動機的工作原理及特性,1).三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機由定子和轉(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. 線繞式異步電動機還有滑環(huán),電刷機構(gòu).,鼠籠式三相異步電動機的結(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.機座,鼠籠電動機轉(zhuǎn)子和線繞電動機轉(zhuǎn)子繞組與外部接線,2).三相異步電動機的工作原理,(1)三相正弦交流電通入電動機定子的三相繞組,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)

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

19、異步電動機的轉(zhuǎn)差率S,S是分析異步電動機運行情況的主要參數(shù),且,3).三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場,(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 設(shè)電動機為2極,每相繞組只有一個線圈.,在0-T/2這個區(qū)間,分析有一相電流為零的幾個點.規(guī)定:當電流為正時,從首端進尾端出;電流為負時,從尾端進首端出.,t=0時，iA=0;iB為負，電流實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，如圖(a)中箭頭所示。,t=0時，iA=0;iB為負，iC為正,t=T/6時，ωt=ωT/6=π/3,iA為正(電流從A端流到X端)；iB為負(電流從Y端流到B端)；iC=0。此時的合成磁場如圖(b)所示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時針方向旋轉(zhuǎn)了π/3。,t=T/6時，ωt=ωT/6=π/3,iA為正；iB為負；iC=0,此時的合成磁場如圖(c)所示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時針方向旋轉(zhuǎn)了2π/3。

21、,t=T/3時，ωt=ωT/3=2π/3,iA為正;iB=0；iC為負,此時的合成磁場如圖(d)所示。合成磁場從t=0瞬間所在位置順時針方向旋轉(zhuǎn)了π。按以上分析可以證明：當三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場的方向在空間也不斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。,t=T/2時，ωt=ωT/2=π,iA=0；iB為正；iC為負。,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(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)磁場反向;要改變電動

22、機的轉(zhuǎn)向,只要任意對調(diào)三相電源的兩根接線.,(2)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向,式中,f為電源頻率50HZ;p為電動機的磁極對數(shù).電動機的磁極對數(shù)為1時,同步轉(zhuǎn)速為3000r/min;電動機的磁極對數(shù)為2時,同步轉(zhuǎn)速為1500r/min;電動機的磁極對數(shù)為3時,同步轉(zhuǎn)速為1000r/min.,(3)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(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.,3.三相異步電動機的電路分析,1).定子電路分析 電動機定子和轉(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)電動勢為:,其有效值為 :,定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢,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)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為:,起動瞬間,3.三相

24、異步電動機的額定值,電動機銘牌數(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)過計算得出:額定效率額定負載轉(zhuǎn)矩,額定效率,額定負載轉(zhuǎn)矩,4.三相異步電動機的能流圖,P2等于P1減去電動機的總損耗,電源輸入的功率P1:,電動機的輸出功率P2(銘牌功率),舉例,,解:1)由電勢計算公式得 :,,3)額定轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)子電動勢的頻率,2)轉(zhuǎn)子繞組開路時,f2=f1,得,1)定子每相繞

25、組感應(yīng)電動機E1;2)轉(zhuǎn)子每相開路電壓E20;3)額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子每相繞組感應(yīng)電動勢E2N.,例1:有一臺Y型接線的三相異步電動機,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)磁場每極磁通0.023WB,求:,舉例,例2:一臺4極三相異步電動機,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)子電動勢E20=20V,求: 1)電動機的同步轉(zhuǎn)速;2)電動機起動時的轉(zhuǎn)子電流.,解;1)電動機為4極,磁極對數(shù)p=2,有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)電動機起動時的轉(zhuǎn)子電流,4.三相異步電動機的機械特性,1).三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(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).三相異步電動機的機械特性n=f(T),固有機械特性(自然機械特性):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,電動機的機械特性.,(2)額定工作點 T=TN, n=nN, S=SN;此時有,自然特性上有4個特殊點: (1)理想空載轉(zhuǎn)速點no T=0, n=no, S=0;,(3)起動工作點 T=Tst, n=0,

28、S=1;此時有,(4)臨界工作點 T=Tanm, n=nm, s=Sm;有:,自然機械特性,人工機械特性 介紹4種人工特性,即:降低定子電壓時,定子電路串入電阻或電抗時,變頻率時,線繞電動機轉(zhuǎn)子串電阻時.,(1)降低電壓時的人工特性,電壓越低,人工特性曲線越往左移; 電動機的過載能力和起動轉(zhuǎn)矩會大大降低; 電壓降低,負載轉(zhuǎn)矩不變時,電動機過熱; 電壓降低太多,電動機將帶不動負載(不能起

29、動).,(2)定子電路串入電阻或電抗時的人工特性,定子電路串電阻或電抗時的人工機械特性如右圖中虛線2所示,1為電壓降低時的人工機械特性; 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,起動轉(zhuǎn)矩Tst增大,最大轉(zhuǎn)矩Tmax不變.,(4)三相線繞式異步電動機 轉(zhuǎn)子電路外接電阻時的人工特性,電路圖如右圖中(a)

30、所示,三相轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)電刷機構(gòu)與外接電阻相聯(lián)接;起動轉(zhuǎn)矩增加(有利),理想空載轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩不變.,5.三相異步電動機的起動特性,生產(chǎn)機械對電動機起動的要求是:起動轉(zhuǎn)矩大,起動電流小. 1) .三相鼠籠式異步電動機的起動方法 三相異步電動機起動電流是額定電流的(5-7)倍,為滿足起動要求,三相異步電動機的起動方法分為直接起動和降壓起動兩類.,(1)直接起動(全電壓起動)適用范圍; 電動機功率<20%變壓器容

31、量. 一般中小型鼠籠式異步電動機都采用 全電壓直接起動.,(2) 降壓起動:容量大的電動機起動電流大,為了限制過大的起動電流,采用降壓起動.在工廠常用的降壓起動方法有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 電路圖如右圖;,不足之處:起動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降; 不經(jīng)濟.應(yīng)用場合:電動機空載或輕載起動.,(2)Y- △降壓起動:只有正

32、常運行時定子三相繞組是△接法的電動機才能采用Y- △降壓起動.對于國產(chǎn)JO,JO2,Y,Y2系列電動機,功率大于4.5kW的都是采用△接線.也就是說,大容量電動機都可以用Y- △降壓起動.,Y- △降壓起動的電氣原理圖如右圖所示.起動時,三相繞組接成Y形,運行時,繞組接成△形.電流下降1/3,轉(zhuǎn)矩也下降1/3.,特點: 電動機Y形起動過程中,可提高電動 機的效率和功率因數(shù); 起動轉(zhuǎn)矩小,只適用于空載或輕載起動的場合; 設(shè)備簡單,

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

34、 線繞式電動機在轉(zhuǎn)子電路串電阻,可以獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩以及較小的起動電流,即有良好的起動特性.,(1).逐級切除起動電阻法 (1)電路圖:如右圖.轉(zhuǎn)子外接電阻為三相對稱電阻;當電動機容量大時,一般采用三相不對稱電阻. (2)起動過程:起動初瞬,電阻全部接入;在起動過程中,分三次切除外接電阻,人工特性往上提,電阻全部切除后,通過提刷機構(gòu),使轉(zhuǎn)子繞組短接,機械特性回到自然特性.

35、 (3)特點:在起動過程中,電動機能保持最大的加速轉(zhuǎn)矩.,(2)頻敏變阻器起動法,(1)頻敏變阻器:它是一個鐵損很大的 三相電抗器,鐵心用A3鋼板疊成,三相繞組接成Y形. (2)起動過程:起動初瞬,轉(zhuǎn)子電流頻率接近50Hz,鐵損大,即等效阻抗大,從而限制了起動電流,增大了起動轉(zhuǎn)矩.隨著轉(zhuǎn)速逐步上升,等效阻抗逐步減小;到轉(zhuǎn)速達額定轉(zhuǎn)速,相當轉(zhuǎn)子被短接,起動結(jié)束. (3)特點:起動過程能平滑進行,不需要控制電器;

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

37、 75/320=0.234>0.2 電動機不宜直接起動.,(2)電動機的額定轉(zhuǎn)矩和起動轉(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,則起動轉(zhuǎn)矩僅為起動轉(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.,舉例,解:電動機直接起動時,n=0,S

38、=1,轉(zhuǎn)子電路每相的電動勢 (1)E20=E20l/ =146V,例2:一臺JZR-63-10三相線繞式異步電動機的額定數(shù)為:PN=60kW,nN=577r/min,轉(zhuǎn)子滑環(huán)間的開路線電壓E20l=253V,轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R2=0.0344歐,轉(zhuǎn)子不動時每相繞組的漏抗X20=0.163歐,求:,(1)電動機直接起動時的E2,I2,(2)電動機運行在額定轉(zhuǎn)速時的E2,I2,(3)電動機運行在n=528r/min時的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),6.三相異步電動機的制動特性異步電動機制動方法有3種:反饋制動,反接制動,能耗制動.,1).反饋制動(1)產(chǎn)生條件: 電動機的運行速度高于同步轉(zhuǎn)速.此時S<0,電機進入發(fā)電狀態(tài),電能反饋給電網(wǎng).(2)運行狀態(tài): 有兩種情況.(1)位能轉(zhuǎn)矩負載的起重機在下放重物時的反饋制動狀態(tài). 可使重物勻速下降如右圖

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

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

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

43、組,使繞組有不同的連接,可分別得到雙速,三速,四速電動機,雙速應(yīng)用較多.,4極 2極,變磁極對數(shù)調(diào)速,3)特點: 結(jié)構(gòu)簡單,效率高,特性好;體積大,價格高.在中小機床上應(yīng)用比較多.雙速電動機的高低速轉(zhuǎn)換,一般是先低速,再轉(zhuǎn)換為高速.,雙速電動機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機.(2)原理電路和機械特性與串電阻降壓起動相同.

44、 線繞式異步電動機的起動電阻,適當增大電阻的容量,可作調(diào)速電阻用.(3)特點: 結(jié)構(gòu)簡單,動作可靠;是有級調(diào)速.(4)應(yīng)用: 用于重復(fù)短時工作制的生產(chǎn)機械,如起重機械.,三相電磁調(diào)速異步電動機也屬于變轉(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)電動機的轉(zhuǎn)速.(2)一般采用頻率和電壓同時改變的變頻電源.(3)應(yīng)用范圍:

45、 用于鼠籠式異步電動機.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)詳細介紹.,1.3 控制電機簡介,控制電機的主要作用是用來完成信息的傳遞與交換,而不是進行能量轉(zhuǎn)換.,1) 直流伺服電動機,1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動機相同.(有換向器)2.分類: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).交流伺服電動機(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電源供電.,接線圖,兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu),(2)轉(zhuǎn)子:分為鼠籠型和杯型兩種.(1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細而長,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號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.用于要求運行平滑的系統(tǒng)

47、.產(chǎn)品型號SK系列.,杯型轉(zhuǎn)子伺服電動機結(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,使伺服電動機起動.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)子電阻不同時的機械特性,(4).交流伺服電動機的特性和應(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,電動機轉(zhuǎn)速越高.,不同控制電壓下的機械特性,應(yīng)用舉例,(1)參數(shù):交流伺服電動機輸出功率為0.1-100W(再大則用直流伺服電動機); 電源頻率50-400Hz.(2)應(yīng)用:雷達天線的旋轉(zhuǎn)控制;飛機駕駛盤的控制;流體閥門開關(guān)控制,,應(yīng)用方框圖,2)步進電動機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的一種執(zhí)行元件,(1)分類與結(jié)構(gòu)步進電動機分為反應(yīng)式,永磁式,和混合式三種.三相反應(yīng)式步

49、進電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分構(gòu)成.右圖中,定子有6個磁極,兩個相對的磁極組成一相;轉(zhuǎn)子上有均勻分布的4個齒.,,,,由環(huán)形分配器送來的脈沖信號，對定子繞組輪流通電。設(shè)相序為A→B→C→A。當A相控制繞組通電，而B、C相不通電時，步進電動機的氣隙磁場與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，故電動機轉(zhuǎn)子受到一個反應(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)步進電動機的工作原理,然后B相通電如圖(b)所示,轉(zhuǎn)子在空間沿逆時針方向轉(zhuǎn)過30度,轉(zhuǎn)子前進一步.同理,C相通電時,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖©所示位置;D相通電時,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控制繞組,電動機便一步一步地轉(zhuǎn)動.,(3)通電方式,控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為一個步距角β。步進電動機的通電方式有三種。對于三相反應(yīng)式步進電動機來說，每次只有

51、一相繞組單獨通電，如A→B→C→A，控制繞組每換接三次構(gòu)成一個循環(huán)，這種方式稱為三相單三拍；若每次有兩相繞組同時通電，如AB→BC→CA→AB，每次循環(huán)換接三次，這種方式稱為三相雙三拍；若單相通電和兩相通電輪流進行，如A→AB→B→BC→C→CA→A，這種方式被稱為三相六拍。,(4)小步距角步進電動機,步進電動機無論采用哪種通電方式，步距角都太大，無法滿足生產(chǎn)中對精度的要求，在實際應(yīng)用中一般采用小步距角的步進電動機。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)，對于單相輪流通電方式和雙相輪流通電方式來說，K=1，而對于單雙相輪流通電方式來說，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，必須增大相數(shù)或齒數(shù)。但是，相數(shù)越多的話，它的驅(qū)動電源就越復(fù)雜，并且成本也越高，一般的步進電動機做成二相、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) 測速發(fā)電機測速發(fā)電機將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中.,1.異步(交流)測速發(fā)電機1) 結(jié)構(gòu)特點: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)子可以看成一個導(dǎo)條非常多的鼠籠轉(zhuǎn)子.在激磁電壓一定的情況下,當輸出繞組的負載很小時,測速發(fā)電機的輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比: U0=Kn,轉(zhuǎn)子靜止時,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,3) 交流測速發(fā)電機使用中的幾個問題

54、:,(1)主要技術(shù)指標剩余電壓:測速發(fā)電機轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓.它會使控制系統(tǒng)誤動作.線性誤差 :,(2)使用中應(yīng)注意的問題:輸出特性的線性度,溫度變化的影響,可加溫度補償裝置.,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1度-2度.靈敏度:交流測速發(fā)電機的靈敏度比較低.,2.直流測速發(fā)電機,1)基本原理電氣原理如右圖所示,它是