電工學(xué)-第6章電動機課件

1、 第 6 章 電 動 機 6.1 電機概述 6.2 三相異步電動機的工作原理 6.5 三相異步電動機的機械特性 6.4 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) 6.6 三相異步電動機的起動 6.7 三相異步電動機的調(diào)速 *6.8 單相異步電動機 6.3 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) *6.9 交流伺服電動機*6.10 步進(jìn)電動機 *6.11 三相同步電動機 *6.12 直流電動機 *6.13 電動機的選擇 下一章 上一章 返回主頁 1 電機是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 電能 機械能 種類： (1) 動力電機：直流電機和交流電機 他勵電機 并勵電機 串勵電機 復(fù)勵電機 6.1 電 機 概 述 異步電機 同

2、步電機 2大連理工大學(xué)電氣工程系 (2) 控制電機 伺服電動機：電壓信號轉(zhuǎn)化為角位移或角速度； 測速發(fā)電機：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號； 自 整 角 機 ：實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受； 步進(jìn)電動機：電脈沖信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號變換成電壓信號； 感應(yīng)同步器：轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號。 3大連理工大學(xué)電氣工程系iUiViW tiO1. 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生一、旋轉(zhuǎn)磁場三相 (多相) 繞組中流過三相 (多相) 電流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入 iU V1 V2 通入 iV W1 W2 通入 iW 6.2 三相異步電動機的工作原理 4大連理工大學(xué)電氣工程系t = 0W2

3、U1V2W1U2V1U1W2V1U2W1V2NSt = 90NSiUiViW tiO5大連理工大學(xué)電氣工程系U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組都用兩個線圈串聯(lián)組成：形成的磁場則是兩對磁極，即 p = 2 U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t = 0t = 906大連理工大學(xué)電氣工程系2. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n0 同步轉(zhuǎn)速電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈電流每秒變化 50 周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 50 圈 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 3000 圈電流每分變化 (5060) 周p = 1 時：電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)

4、半圈電流每秒變化 50 周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 25 圈 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 1500 圈電流每分變化 (2560) 周p = 2 時：7大連理工大學(xué)電氣工程系 p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f = 50 Hz 時，不同磁極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下： 60 f1pn0 = 磁極對數(shù)為 p 時 8大連理工大學(xué)電氣工程系3. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向為：U1V1W1與三相繞組中的三相電流的相序 L1 L2 L3 一致L1 L2 L3L1 L2 L3n0n09大連理工大學(xué)電氣工程系二、工作原理1. 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 右手定則 左手定則10大連理工大學(xué)電氣工程系NS 用

5、右手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng) 電流的方向。 用左手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組受到的 電磁力的方向。 電磁力 F 電磁轉(zhuǎn)矩 T 。 T 與 n0 同方向。n0Fn 11大連理工大學(xué)電氣工程系 電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系： n 與 n0 方向一致。 n n0，轉(zhuǎn)差率 :起動 (堵轉(zhuǎn)) 時: n = 0，s = 1 理想空載時: n = n0，s = 0 正常工作時: 0 s TL 加速運行當(dāng) T2 TL 電動機能起動，否則將起動不了。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù): Y系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動電流:MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =27大連理工大

6、學(xué)電氣工程系 例6.5.1 某三相異步電動機，額定功率 PN = 45 kW，額定轉(zhuǎn)速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負(fù)載：(1) 長期運行; (2) 短期運行; (3) 直接起動。解 (1) 電動機的額定轉(zhuǎn)矩由于TN TL，故可以帶此負(fù)載短時運行。 (3) 電動機的起動轉(zhuǎn)矩由于TS TL，故可以帶此負(fù)載直接運行。 TS = KSTN = 2.0145 Nm = 290 Nm 28大連理工大學(xué)電氣工程系二、人為特性1. 定子電壓降低時的人為特性UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2 +R TM n0nO

7、T2. 轉(zhuǎn)子電阻增加時的人為特性 轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻: TS TMn0nMnOT29大連理工大學(xué)電氣工程系異步機的起動特性： 起動電流大: IS = KI IN = (57)IN 起動轉(zhuǎn)矩小: TS = KSTN = (1.62.2)TN影響： 頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。 大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。6.6 三相異步電動機的起動 良好的起動性能: 起動電流小 起動轉(zhuǎn)矩大30大連理工大學(xué)電氣工程系一、籠型異步電動機的起動1.直接起動 (全壓起動) (a) 小容量的電動機； (b) 電源容量足夠大時。規(guī)定： 7.5 kW 以下直接起動 7.5 kW 以上，且電源容量能滿足

8、起動電流倍數(shù) 3 + 1 4IS INKC =電源容量 (kVA)電機功率 (kW)31大連理工大學(xué)電氣工程系 星形三角形減壓起動 適用于：正常運行為形聯(lián)結(jié)的電動機。 2. 減壓起動起動時運行時UVWUNI1LYUVWUNI1L 32大連理工大學(xué)電氣工程系定子線電壓比定子相電壓比起動電流比起動轉(zhuǎn)矩比電源電流比Y形起動與形起動時起動電流和起動轉(zhuǎn)矩比較定子相電流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS21333大連理

9、工大學(xué)電氣工程系(2) 自耦變壓器減壓起動降壓比KA=UUN定子線電壓比定子相電壓比M3U UN定子相電流比起動電流比電源電流比起動轉(zhuǎn)矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb2234大連理工大學(xué)電氣工程系(3) 軟起動器起動3 軟起動器 M3uOtuNtsiOtiRtsiL限壓起動模式限流起動模式35大連理工大學(xué)電氣工程系 例6.6.1 一臺 Y250M-6 型三相籠型異步電動機，UN3

10、80 V，三角形聯(lián)結(jié)，PN = 37 kW，nN = 985 r/min，IN = 72 A，KS = 1.8，KC = 6.5。已知電動機起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL = 250 Nm，從電源取用的電流不得超過360 A，試問：(1) 能否直接起動？(2) 能否采用星形三角形起動？(3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動？ 解 (1) 電動機的額定轉(zhuǎn)矩直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于I= IS 360 A，所以不能直接起動。TN = = Nm =359 Nm60 2PN nN60 23.1437103985TS = KSTN = 1.8359 Nm = 646 NmIS = KCIN

11、= 6.572 A = 468 A 36大連理工大學(xué)電氣工程系(2) 星形三角形起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于 TSY TL， IS 360 A，所以可以采用自耦變壓器起動。TSY = TS = 646 Nm = 215 Nm1313 ISY = IS = 468 A = 156 A1313TSa = KATS = 0.8 646 Nm = 413 Nm22IS = KAIb= KAI = 0.8 468 A = 300 A22237大連理工大學(xué)電氣工程系二、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動方法1. 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻起動 減小起動電流 增大起動轉(zhuǎn)矩 2. 轉(zhuǎn)子電路串頻 敏變阻器起動 頻敏變阻器： 頻率

12、高，損耗大，電阻大； 頻率低，則反之。 轉(zhuǎn)子電路起動時: 轉(zhuǎn)子電路運行時:f2 高，電阻大，f2 低，電阻小，自動切除變阻器。 R2n0TnOTsR2Ts R2R2Ts 大， Is 小。38大連理工大學(xué)電氣工程系(1) 改變同步轉(zhuǎn)速 n0 改變頻率 f1 和磁極對數(shù) p(2) 改變轉(zhuǎn)差率 s 調(diào)速方法：6.7 三相異步電動機的調(diào)速 n = (1s) n0 = (1s) p60 f1 調(diào)速：在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要 人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。一、變頻調(diào)速3 變頻器 M339大連理工大學(xué)電氣工程系二、變極調(diào)速U1U2U3U4(a) p = 2(b) p = 1U1U2U3U440大連理工大學(xué)電

13、氣工程系三、變壓調(diào)速四、轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速 UN0.9UNn0nMnOTR2R2 +RTM n0nOT41大連理工大學(xué)電氣工程系五、串級調(diào)速I2nsI2 T 若相位相同T若相位相反I2nsI2TT 在轉(zhuǎn)子電路中串入與 E2 頻率相同，相位相同或相反的附加電動勢 Ea 。I2 = E2EaR2 (sX2) 22引入Ea 引入Ea 42大連理工大學(xué)電氣工程系 例6.7.1 一臺繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，轉(zhuǎn)子繞組每相的電阻 R2= 0.022，漏電抗 X2 = 0.275，額定轉(zhuǎn)速 nN=1 440 r/min。(1) 要使起動轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子繞組的每相電路中應(yīng)串聯(lián)多大的起動電阻？(2) 在額定

14、負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況下，在轉(zhuǎn)子繞組的每相電路中應(yīng)串聯(lián)多大的調(diào)速電阻才能將轉(zhuǎn)速降至1 200 r/min？ O sN sMN s sM sTTMTN解M M(2) 將轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻 前后的轉(zhuǎn)矩特性 OM 段都近似用直線代替。 (1) Rst X2 R2 (0.2750.022) 0.253 43大連理工大學(xué)電氣工程系未串聯(lián)調(diào)速電阻前的轉(zhuǎn)差率 sN 和臨界轉(zhuǎn)差率 sMN串聯(lián)調(diào)速電阻后的轉(zhuǎn)差率串聯(lián)調(diào)速電阻后的臨界轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子每相繞組的總電阻應(yīng)串聯(lián)的調(diào)速電阻 Rst = R2S R2 = (0.11 0.022) = 0.088 = = 0.041 500 1 440 1 500n0 nNn0sN=R2 X2

15、sMN = 0.08 0.0220.275= = 0.21 5001 200 1 500n0nn0s =0.04sM = s = s = 0.2 = 0.4 TMTNsMNsN0.08R2S = sMX2 = 0.40.275 = 0.11 44大連理工大學(xué)電氣工程系 一、脈振磁場* 6.8 單相異步電動機 Fm Rmm Fm Rm m Rm FmtOt1t2t3t4t5t6t7t845大連理工大學(xué)電氣工程系二、工作原理 無起動轉(zhuǎn)矩，有運行轉(zhuǎn)矩。TRsF1TFsRTOs(a) 轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)(b) 轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)TFsR1TRsFTOs46大連理工大學(xué)電氣工程系1. 兩相起動 原理：兩

16、相電流旋轉(zhuǎn)磁場起動轉(zhuǎn)矩三、起動方法轉(zhuǎn)子CW1S1iWiSW2S22. 罩極起動n轉(zhuǎn)子 勵磁繞組 短路環(huán) 47大連理工大學(xué)電氣工程系* 6.9 交流伺服電動機交流伺服電動機是兩相異步電動機。 機械特性Tn0.25UCUC0.75UC0.5UCO原理圖 轉(zhuǎn)速控制方式： 幅值控制、相位控制、幅相控制。 uL +C+uCL48大連理工大學(xué)電氣工程系 步進(jìn)電動機將電信號轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速。 * 6.10 步進(jìn)電動機一、步進(jìn)電動機的結(jié)構(gòu) U2 V1V2 U1 W2W1 123449大連理工大學(xué)電氣工程系(b) V 相通電通電順序：U V W U(a) U 相通電二、步進(jìn)電動機的工作原理 每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度

17、稱步距角。(c) W 相通電W2U1V1W1U2V212343412W2U1V1W1U2V23412W2U1V1W1U2V21. m 相單 m 拍50大連理工大學(xué)電氣工程系(a) UV 相通電U1W2V1W1U2V234122. m 相雙 m 拍W2V1W1U2V23412U1W2V1W1U2V23412U1(b) VW 相通電 (c) WU 相通電通電順序：UV VW WU UV通電順序：U UV V VW W WU U3. m 相 2m 拍步距角 與轉(zhuǎn)子齒數(shù) Z 和拍數(shù) N 的關(guān)系360 ZN =轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速60f ZNn =51大連理工大學(xué)電氣工程系* 6.11 三相同步電動機 U1

18、U2V1V2W1W2NSIf 特點：通過改變轉(zhuǎn)子 If，可以調(diào)節(jié)電動機的 。原理圖機械特性nTn0O52大連理工大學(xué)電氣工程系* 6.12 直流電動機一、工作原理 在兩電刷之間加入直流電壓，則在繞組中產(chǎn)生電流，通電導(dǎo)體又受到力的作用，產(chǎn)生電磁力矩。由于換向器的作用，在 N (S) 極下受力方向不變，使電樞旋轉(zhuǎn)起來。 FSNiae F e 53大連理工大學(xué)電氣工程系1. 電磁轉(zhuǎn)矩 T = CT Ia式中： 每極磁通； Ia 電樞電流； CT 電機結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)。2. 電動勢 E = CE nE 與 Ia 反向E 為反電動勢， 直流電動機分類： 他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機。 54大連理工大學(xué)電氣工程系二、他勵電動機 Ia If M+Ua+Uf+E勵磁電流電樞電流電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系Ia = UaERaUf RfIf =E CEn = =UaRa IaCEUa CEn = T RaCECT 255大連理工大學(xué)電氣工程系nOT他/并勵串勵復(fù)勵 直流電動機的機械特性 改變電樞電壓(2) 改變磁通(3) 改變電樞電路電阻 直流他勵電動機調(diào)速方法：56大連理工大學(xué)電氣工程系三、并勵和串勵電動機 U = Ua = UfI = IaIfU = UaUfI = Ia = IfE CEn = = U(RaRf)I CE =