機(jī)電傳動(dòng)控制

1、1總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)： 4848理論學(xué)時(shí)：理論學(xué)時(shí)：4848實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0 0周學(xué)時(shí)：周學(xué)時(shí)： 4 4 主講：西南科技大學(xué)制造學(xué)院主講：西南科技大學(xué)制造學(xué)院 先進(jìn)制造教研室先進(jìn)制造教研室 中心實(shí)驗(yàn)室中心實(shí)驗(yàn)室 馬有良馬有良13458328979 2 5.55.5 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性)1 (60)1 (0SPfSnn可以看到改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：可以看到改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：（1 1）改變電源頻率）改變電源頻率f f1 1（2 2）改變極對(duì)數(shù)）改變極對(duì)數(shù)p p（3 3）改變轉(zhuǎn)差率）改變轉(zhuǎn)差率s s前兩者是鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，

2、后者是繞線前兩者是鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，后者是繞線式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。下面我們分別討論。式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。下面我們分別討論。3 5.55.5 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性)1 (60)1 (0SPfSnn調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速 改變電源電壓改變電源電壓U U時(shí)，人為特性曲線中時(shí)，人為特性曲線中TmaxTmax變變小，而小，而 不變。不變。mSn0 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍不大。對(duì)于對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍不大。對(duì)于風(fēng)機(jī)設(shè)備的調(diào)速范圍稍寬一點(diǎn)。風(fēng)機(jī)設(shè)備的調(diào)速范圍稍寬一點(diǎn)。4mS這種調(diào)速方法這種調(diào)速方法能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但當(dāng)電調(diào)速，但當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)矩按電壓的

3、平矩按電壓的平方比例減少。方比例減少。所以調(diào)速范圍所以調(diào)速范圍不大。不大。定子串電阻和晶閘管調(diào)壓調(diào)速都屬于這種方法。定子串電阻和晶閘管調(diào)壓調(diào)速都屬于這種方法。51 1、變頻調(diào)速、變頻調(diào)速 5.55.5 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性 變頻調(diào)速就是改變電源電壓的頻率，從而改變變頻調(diào)速就是改變電源電壓的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置f f1 1=50Hz=50Hzf f可變可變整流器先將整流器先將50Hz50Hz的交流電變換為直流電，再由的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相逆變器

4、變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電，供給鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。由此可得到電動(dòng)交流電，供給鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。由此可得到電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并具有硬的機(jī)械特性。機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并具有硬的機(jī)械特性。62 2、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子電路中串不同轉(zhuǎn)子電路中串不同的電阻，其的電阻，其 不變，而不變，而SmSm隨電阻隨電阻的增大而增大，電的增大而增大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。max0Tn0nmS變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速72 2、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速 這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少；但能量損耗較大。少；但能量損耗較大。重

5、復(fù)短期運(yùn)轉(zhuǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備中。重復(fù)短期運(yùn)轉(zhuǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備中。 它只適應(yīng)于繞線式電動(dòng)機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，它只適應(yīng)于繞線式電動(dòng)機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，隨轉(zhuǎn)速降低，特性變軟，啟動(dòng)電阻兼作調(diào)速隨轉(zhuǎn)速降低，特性變軟，啟動(dòng)電阻兼作調(diào)速電阻用，要考慮發(fā)熱和低速損耗。電阻用，要考慮發(fā)熱和低速損耗。83 3、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速 用于多速鼠籠式電機(jī)，不需要平滑調(diào)速，用于多速鼠籠式電機(jī)，不需要平滑調(diào)速，只要幾個(gè)特定速度，以雙速電機(jī)使用最多。其只要幾個(gè)特定速度，以雙速電機(jī)使用最多。其主要是改變每相定子繞組中電流的方向，通過(guò)主要是改變每相定子繞組中電流的方向，通過(guò)改變定子繞組接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。改變定子繞組接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。有

6、兩種：有兩種：YYY 每相繞組由串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián)，極對(duì)數(shù)每相繞組由串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián)，極對(duì)數(shù)減少減少1 1倍，轉(zhuǎn)速提高倍，轉(zhuǎn)速提高1 1倍，屬于恒轉(zhuǎn)倍，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。矩調(diào)速。極對(duì)數(shù)減少極對(duì)數(shù)減少1 1倍，轉(zhuǎn)速提高倍，轉(zhuǎn)速提高1 1倍，但倍，但轉(zhuǎn)矩減少轉(zhuǎn)矩減少1 1倍，屬于恒功率調(diào)速。倍，屬于恒功率調(diào)速。YY9 保證改變極對(duì)數(shù)后轉(zhuǎn)向不變，要注意保證改變極對(duì)數(shù)后轉(zhuǎn)向不變，要注意同時(shí)改變相序，設(shè)計(jì)控制線路時(shí)要特別注同時(shí)改變相序，設(shè)計(jì)控制線路時(shí)要特別注意。一般先低速，后高速，這樣才有大的意。一般先低速，后高速，這樣才有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3 3、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速p=1p=1的繞組接法的繞組接

7、法p=2p=2的繞組接法的繞組接法105.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性1 1、反饋制動(dòng)、反饋制動(dòng)由于某種原因，由于某種原因，使使 ，S S小于小于0 0，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。此時(shí)轉(zhuǎn)子反向態(tài)。此時(shí)轉(zhuǎn)子反向切割磁力線，故電切割磁力線，故電流、轉(zhuǎn)矩均反向，流、轉(zhuǎn)矩均反向，T T起制動(dòng)作用。起制動(dòng)作用。 0nn 11電機(jī)吸收的功率電機(jī)吸收的功率反饋給電網(wǎng)。也反饋給電網(wǎng)。也是發(fā)電制動(dòng)。是發(fā)電制動(dòng)。一種是負(fù)載是位能一種是負(fù)載是位能轉(zhuǎn)矩的下放重物時(shí)。轉(zhuǎn)矩的下放重物時(shí)。一種是發(fā)生在變極一種是發(fā)生在變極或變頻調(diào)速時(shí)?；蜃冾l調(diào)速時(shí)。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特

8、性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性122 2、反接制動(dòng)、反接制動(dòng)a.a.電源反接電源反接 正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，突然改變通電相序，突然改變通電相序，特性曲線變到第三特性曲線變到第三象限，由于慣性作象限，由于慣性作用，用，N N不能突變，不能突變，只能過(guò)渡到第二象只能過(guò)渡到第二象限。限。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性13由于電源反接，由于電源反接，T T變負(fù)，與變負(fù)，與N N相反，相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩一起，使負(fù)載轉(zhuǎn)矩一起，使電機(jī)減速并停止。電機(jī)減速并停止。a b ca b c過(guò)零時(shí)切斷電源過(guò)零時(shí)切斷電源, ,否否則電動(dòng)機(jī)將反向啟動(dòng)。則電動(dòng)機(jī)將反

9、向啟動(dòng)。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性14由于反接制動(dòng)電由于反接制動(dòng)電流很大，應(yīng)在定流很大，應(yīng)在定子中串入電阻。子中串入電阻。特性曲線變?yōu)樘匦郧€變?yōu)? 3，a d ea d e5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性15b.b.倒拉反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng) 使用在起重機(jī)下放位使用在起重機(jī)下放位能負(fù)載時(shí)，為使下降速度能負(fù)載時(shí)，為使下降速度不致太快，在轉(zhuǎn)子中串入不致太快，在轉(zhuǎn)子中串入較大的電阻。較大的電阻。 在位能性負(fù)載的作用在位能性負(fù)載的作用下，電動(dòng)機(jī)沿曲線下，電動(dòng)機(jī)沿曲線2 2減速減速過(guò)零，并在過(guò)零，并在D D點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。5.65

10、.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性16dcba進(jìn)入第四象限后，進(jìn)入第四象限后，N N變負(fù)，變負(fù)，S S大于大于1 1，是反，是反接制動(dòng)。它是一種能接制動(dòng)。它是一種能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的制動(dòng)狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的制動(dòng)狀態(tài)。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性173 3、能耗制動(dòng)、能耗制動(dòng)由于反接制動(dòng)在準(zhǔn)由于反接制動(dòng)在準(zhǔn)確停車上有困難，確停車上有困難，易造成反車，能量易造成反車，能量損耗也較大。損耗也較大。能耗制動(dòng)是先斷開(kāi)電能耗制動(dòng)是先斷開(kāi)電源，加低壓直流電于源，加低壓直流電于定子，建立一個(gè)固定定子，建立一個(gè)固定不變的磁場(chǎng)。不變的磁場(chǎng)。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制

11、動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性18 則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流與該磁場(chǎng)相的電流與該磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生與實(shí)互作用，產(chǎn)生與實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的際運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在它的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，電動(dòng)機(jī)迅作用下，電動(dòng)機(jī)迅速下降并能準(zhǔn)確停速下降并能準(zhǔn)確停車。車。5.65.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性19結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通單相交流電）；結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通單相交流電）； 轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 定子定子繞組繞組定子中通入單相定子中通入單相交流電后，形成交流電后，形成脈動(dòng)磁場(chǎng)脈動(dòng)磁場(chǎng)。其磁。其磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦感應(yīng)強(qiáng)度按正弦分布，

12、且隨時(shí)間分布，且隨時(shí)間按正弦變化。按正弦變化。5.7 5.7 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)20單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)的特點(diǎn)：（1 1）自身沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）自身沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 .F轉(zhuǎn)子導(dǎo)條轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流及電流 當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒(méi)小相等方向相反，所以沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。5.7 5.7 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)21（2 2）轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方）轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方

13、向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其原理分析如下：向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其原理分析如下： 定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)（定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)（ ），可用），可用正、反兩正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成而等效。即：個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成而等效。即：- + -= + -= mt m 5.7 5.7 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)22脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解 - + + - 2302s121ss1T2T正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成轉(zhuǎn)矩特性正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩s起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。為零。01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反反24KDU1I2ICWSTW: 主繞組主繞組ST：?jiǎn)?dòng)繞組：?jiǎn)?dòng)繞組K：離心開(kāi)關(guān)：離

14、心開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)開(kāi)關(guān)K K閉合，使兩閉合，使兩繞組電流繞組電流 相位差約為相位差約為9090，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)；轉(zhuǎn)動(dòng)正常以后電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)；轉(zhuǎn)動(dòng)正常以后離心開(kāi)關(guān)被甩開(kāi)，啟動(dòng)繞組離心開(kāi)關(guān)被甩開(kāi)，啟動(dòng)繞組被切斷。被切斷。21II、工作原理工作原理電容分相式起動(dòng)電容分相式起動(dòng) 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)25罩極式單相電機(jī)罩極式單相電機(jī)定子定子磁極磁極轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子短路短路環(huán)環(huán) 定子通入電流以后，部分定子通入電流以后，部分磁通穿過(guò)短路環(huán)，并在其中產(chǎn)磁通穿過(guò)短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路阻礙磁通的變

15、化，致使有短路環(huán)部分和沒(méi)有短路環(huán)部分產(chǎn)生環(huán)部分和沒(méi)有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)。 圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆](méi)圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆](méi)有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。5.7 5.7 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)26 單相異步電動(dòng)機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動(dòng)工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械箱、電

16、風(fēng)扇）、電動(dòng)工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動(dòng)化儀表等。、自動(dòng)化儀表等。 三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行 三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，若其中一相和電三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，若其中一相和電源斷開(kāi)，則變成單相運(yùn)行。此時(shí)和單相電機(jī)一樣，源斷開(kāi)，則變成單相運(yùn)行。此時(shí)和單相電機(jī)一樣，電機(jī)仍會(huì)按原來(lái)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電機(jī)仍會(huì)按原來(lái)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電機(jī)過(guò)熱。使電變?yōu)閱蜗喙╇姡娏鲗⒆兇?，?dǎo)致電機(jī)過(guò)熱。使用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動(dòng)機(jī)若在啟用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動(dòng)機(jī)若在啟動(dòng)前有一相斷電，和單相電機(jī)一樣將不能啟動(dòng)。

17、此動(dòng)前有一相斷電，和單相電機(jī)一樣將不能啟動(dòng)。此時(shí)只能聽(tīng)到嗡嗡聲，長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)不了，也會(huì)過(guò)熱，時(shí)只能聽(tīng)到嗡嗡聲，長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)不了，也會(huì)過(guò)熱，必須趕快排除故障。必須趕快排除故障。27 其結(jié)構(gòu)上定子為三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子為直其結(jié)構(gòu)上定子為三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子為直流電勵(lì)磁磁極。其工作原理：三相對(duì)稱交流電流電勵(lì)磁磁極。其工作原理：三相對(duì)稱交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子磁極相互作用，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子磁極相互作用，使轉(zhuǎn)子與電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起以與電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。其機(jī)械。其機(jī)械特性為：特性為：同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流調(diào)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)可改變功率因數(shù)的大小節(jié)可改變功率因數(shù)的大小和性質(zhì)（感性或容性）。和性質(zhì)（感性或容性）。5.8 5.8 同步電動(dòng)機(jī)