Ch.12電機(jī)電器及其控制

Chapter12

電機(jī)電器及其控制磁路與變壓器三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)的控制1chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1磁路與變壓器12.1.1磁路與磁路的歐姆定律12.1.2鐵心線圈12.1.3變壓器12.1.4特殊變壓器2chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1.1磁路與磁路的歐姆定律一、磁場的基本物理量2.磁通Φ

垂直穿過某一截面積S的磁力線總數(shù)。單位：Wb(韋伯)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B

表示磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，是個(gè)矢量。單位：特斯拉（T）即韋伯/米2

1T=1Wb/m2

計(jì)算公式：B=Φ/S3chapter012章電機(jī)電器及其控制3.磁導(dǎo)率μ：衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量。（亨/米）真空中的磁導(dǎo)率()為常數(shù)一般材料的磁導(dǎo)率和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料4chapter012章電機(jī)電器及其控制非磁性物質(zhì)：空氣、陶瓷、玻璃、橡膠磁性材料：鐵、鎳、鈷及其合金等根據(jù)磁導(dǎo)率的不同，物質(zhì)可分為：5chapter012章電機(jī)電器及其控制4.磁場強(qiáng)度H：單位：安/米（A/m）注意事項(xiàng)：磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B

的名稱很相似，切忌混淆。H是為計(jì)算方便引入的物理量。在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與同一點(diǎn)的磁導(dǎo)率μ的比值稱為該點(diǎn)的磁場強(qiáng)度H，即：H=B/μ。6chapter012章電機(jī)電器及其控制二、磁路及磁性材料的磁性能1、磁路由磁性材料做成的磁通的路徑。＋i－uΦ變壓器的磁路E型電磁鐵的磁路7chapter012章電機(jī)電器及其控制2、磁性材料的磁性能高導(dǎo)磁性磁飽和性＋I(xiàn)－UΦ磁化曲線OHBB0B8chapter012章電機(jī)電器及其控制磁滯回線OHB????BrHc磁滯性＋i－uΦ剩磁感應(yīng)強(qiáng)度矯頑磁力9chapter012章電機(jī)電器及其控制按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料HB具有較小的剩磁Br和矯頑磁力Hc，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。10chapter012章電機(jī)電器及其控制一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。HB(2)永磁材料具有較大的剩磁Br和矯頑磁力Hc

，磁滯回線較寬。11chapter012章電機(jī)電器及其控制(3)矩磁材料HB在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。具有較大的剩磁Br和較小的矯頑磁力Hc，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。12chapter012章電機(jī)電器及其控制三、磁路的歐姆定律

在無分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路長度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。NI：稱為磁動勢(磁通勢）一般用F

表示。F=NI13chapter012章電機(jī)電器及其控制總磁動勢

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場強(qiáng)度不等）中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。例：IN14chapter012章電機(jī)電器及其控制對于均勻磁路磁路中的歐姆定律

磁路的歐姆定律：則：INSL注：因磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。令：Rm

稱為磁阻15chapter012章電機(jī)電器及其控制磁路與電路的比較磁路磁動勢F磁通磁阻電路電動勢E電流密度J電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR16chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1.2鐵心線圈勵(lì)磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流勵(lì)磁電流直流

-------直流磁路交流-------交流磁路17chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1.2.1直流鐵心線圈IU直流磁路的特點(diǎn):

一定一定磁動勢F=IN一定磁通和磁阻成反比（線圈中沒有反電動勢）（R

為線圈的電阻）18chapter012章電機(jī)電器及其控制直流鐵心線圈的特點(diǎn)：勵(lì)磁電流I=U/R，I由外加電壓U及勵(lì)磁繞組的電阻R決定，與磁路特性無關(guān)。勵(lì)磁電流I產(chǎn)生的磁通是恒定磁通，不會在線圈和鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。磁通的大小不僅與線圈的電流有關(guān)，還決定于磁路中的磁阻Rm。功率損耗P=I2R由線圈中的電流和電阻決定。19chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1.2.2交流鐵心線圈一電磁關(guān)系–+e–+e+–uNi（磁動勢）主磁通：通過鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心與i不是線性關(guān)系。20chapter012章電機(jī)電器及其控制二電壓電流關(guān)系根據(jù)KVL:+––+–+eeuNi式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻

L是漏磁電感由于線圈電阻

R

和漏磁通較小，可忽略，故有+-uRLL++--eei21chapter012章電機(jī)電器及其控制設(shè)主磁通則有效值當(dāng)電源電壓u為正弦量時(shí)，Φ和e都為同頻率的正弦量相量表達(dá)式22chapter012章電機(jī)電器及其控制+––+euNi結(jié)論：在電源頻率f和線圈匝數(shù)N一定時(shí)，主磁通的幅值只與外加電源的電壓有效值有關(guān)，而與鐵心材料及尺寸無關(guān)。23chapter012章電機(jī)電器及其控制三功率損耗交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損（Pcu）在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu

表示。Pcu

=RI2式中：R是線圈的電阻；I是線圈中電流的有效值。2.鐵損（PFe）在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui24chapter012章電機(jī)電器及其控制（1）磁滯損耗（Ph）由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。磁滯損耗的大小：單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場交變的頻率f。OHB

磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。

減少磁滯損耗的措施：選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。25chapter012章電機(jī)電器及其控制(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。

渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施：鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。交流鐵心線圈工作時(shí)的功率損耗為：26chapter012章電機(jī)電器及其控制12.1.3變壓器

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：一、概述27chapter012章電機(jī)電器及其控制變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心28chapter012章電機(jī)電器及其控制變壓器的分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式變壓器符號29chapter012章電機(jī)電器及其控制二、變壓器的工作原理單相變壓器+–+–一次繞組N1二次繞組N2鐵心一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。30chapter012章電機(jī)電器及其控制

空載運(yùn)行情況1.電壓變換一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。+–+–+–+–1忽略一次繞組的電阻及漏磁通的影響，（匝比）K為變比結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。31chapter012章電機(jī)電器及其控制2.電流變換有載運(yùn)行可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的電阻壓降和漏磁通均可忽略，故有由上式，若U1、f不變，則m基本不變，近于常數(shù)?？蛰d：有載：+–|Z2|+–+–+–32chapter012章電機(jī)電器及其控制一般情況下：I0(2~10)%I1N很小可忽略?；蚪Y(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比?；颍?.提供產(chǎn)生m的磁勢2.提供用于補(bǔ)償作用

的磁勢磁勢平衡式：空載磁勢有載磁勢33chapter012章電機(jī)電器及其控制3.阻抗變換由圖可知：結(jié)論：變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。

+–+–+–34chapter012章電機(jī)電器及其控制(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號源R0RL+–R0+–+–解:例1:

如圖，交流信號源的電動勢E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求:（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時(shí),信號源輸出多大功率？35chapter012章電機(jī)電器及其控制信號源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負(fù)載直接接到信號源上時(shí)，輸出功率為：36chapter012章電機(jī)電器及其控制額定電壓U1N、U2N

變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值單相：U1N，一次側(cè)電壓，

U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓額定電流I1N、I2N

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流三、變壓器的技術(shù)指標(biāo)37chapter012章電機(jī)電器及其控制

額定容量

SN

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

一次側(cè)輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)38chapter012章電機(jī)電器及其控制四變壓器的外特性與效率1.變壓器的外特性當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系，U2=f(I2)。

U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：cos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O39chapter012章電機(jī)電器及其控制2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造成的損耗。鐵損(PFe)：變壓器的效率為40chapter012章電機(jī)電器及其控制當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同名端。??AXax?AXax1.同名端

同名端用“?”表示。+–+++–––同名端和繞組的繞向有關(guān)。

五、變壓器繞組的同名端及其接法?41chapter012章電機(jī)電器及其控制聯(lián)接

2－3變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為110V的繞組：2.線圈的接法??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：+–+–電源電壓為110V時(shí)：42chapter012章電機(jī)電器及其控制問題1：在110V

情況下，如果只用一個(gè)繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組必須并接）一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：??1324若兩種接法鐵心中的磁通相等，則：+–43chapter012章電機(jī)電器及其控制問題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在同名端不明確時(shí)，一定要先測定同名端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應(yīng)電勢??1324’+–44chapter012章電機(jī)電器及其控制方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測量：

說明A與x

或X與a

是同極性端.V若

說明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：aAXxV3.同極性端的測定方法+–45chapter012章電機(jī)電器及其控制方法二：直流法如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表正偏，則A-a為同極性端;Xx電流表+_Aa+–S如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表反偏，則A-x為同極性端。46chapter012章電機(jī)電器及其控制使用時(shí)，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側(cè)千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會迅速增加。12.1.4特殊變壓器一、自耦變壓器ABP+–+–47chapter012章電機(jī)電器及其控制電流表被測電流=電流表讀數(shù)N2/N1二次側(cè)不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。使用注意事項(xiàng)：二、電流互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i248chapter012章電機(jī)電器及其控制12.2.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)12.2三相異步電動機(jī)12.2.2三相異步電動機(jī)的工作原理12.2.3三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性12.2.4三相異步電動機(jī)的運(yùn)行12.2.5三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)49chapter012章電機(jī)電器及其控制電動機(jī)的分類：鼠籠式異步交流電動機(jī)授課內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性、控制方法

電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)三相電動機(jī)單相電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動機(jī)50chapter012章電機(jī)電器及其控制一、定子12.2.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵51chapter012章電機(jī)電器及其控制

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流二、轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。1.鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體，或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。2.繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式52chapter012章電機(jī)電器及其控制鼠籠式電動機(jī)與繞線式電動機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。53chapter012章電機(jī)電器及其控制12.2.2三相異步電動機(jī)的工作原理54chapter012章電機(jī)電器及其控制一、旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。3.旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)55chapter012章電機(jī)電器及其控制4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0也稱為同步轉(zhuǎn)速56chapter012章電機(jī)電器及其控制極對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)。可見:57chapter012章電機(jī)電器及其控制二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩Tn58chapter012章電機(jī)電器及其控制2.轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。59chapter012章電機(jī)電器及其控制異步電動機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為60chapter012章電機(jī)電器及其控制12.2.3三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

三相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、電路分析61chapter012章電機(jī)電器及其控制1.定子電路(1)旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44K1

f1N1每極磁通若旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為n0，則(2)定子感應(yīng)電勢的頻率f1f1=電源頻率f62chapter012章電機(jī)電器及其控制二、轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)63chapter012章電機(jī)電器及其控制2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2E2=4.44K2f2N2=4.44sfK2N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的感應(yīng)電勢3.轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

64chapter012章電機(jī)電器及其控制4.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流+–R2X2轉(zhuǎn)子每相等效電路65chapter012章電機(jī)電器及其控制結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率

s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速n有關(guān)。I2cos2s1I2,O+–R2X2轉(zhuǎn)子每相等效電路66chapter012章電機(jī)電器及其控制I2s1I2OI2N問:三相異步電動機(jī)接通電源后,如果轉(zhuǎn)軸受阻,長久不能啟動,對電動機(jī)有何影響?為什么?67chapter012章電機(jī)電器及其控制三、異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)68chapter012章電機(jī)電器及其控制由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式★T與定子每相繞組電壓成正比。U1T★當(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是

s的函數(shù)。★R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。69chapter012章電機(jī)電器及其控制四、機(jī)械特性O(shè)TS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT170chapter012章電機(jī)電器及其控制電動機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為71chapter012章電機(jī)電器及其控制2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得72chapter012章電機(jī)電器及其控制當(dāng)U1

一定時(shí)，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞?！飐m與R2有關(guān)，R2smn。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。73chapter012章電機(jī)電器及其控制3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機(jī)起動時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動時(shí)n=0時(shí)，s=1★Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使R2Tst。對繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2,可使Tst=Tmax

。74chapter012章電機(jī)電器及其控制

Tst體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動，否則不能起動。OT起動能力Tst75chapter012章電機(jī)電器及其控制問:三相異步電動機(jī)在滿載和空載下啟動，其啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩是否一樣？?問:三相異步電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加,為什么定子電流和輸入功率會自動增加?當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)的Tm時(shí),電動機(jī)將會發(fā)生什么情況??76chapter012章電機(jī)電器及其控制4.電動機(jī)的運(yùn)行分析電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載）。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2’sT2’

>TNT=T2’nT

T2′達(dá)到新的平衡常用特性段TOTN77chapter012章電機(jī)電器及其控制5.U1和R2變化對機(jī)械特性的影響(1)

U1變化對機(jī)械特性的影響UTmTstT2TO78chapter012章電機(jī)電器及其控制問:三相異步電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行,如果電源電壓降低,電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？如何變化？對電動機(jī)有何影響？?79chapter012章電機(jī)電器及其控制(2)R2變化對機(jī)械特性的影響TOR2Tst

n80chapter012章電機(jī)電器及其控制不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性電機(jī)。硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。81chapter012章電機(jī)電器及其控制12.2.4三相異步電動機(jī)的運(yùn)行一、起動起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5－7倍;電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0－2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

82chapter012章電機(jī)電器及其控制1.起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機(jī)）83chapter012章電機(jī)電器及其控制

降壓起動★Y－換接起動

降壓起動時(shí)的電流為直接起動時(shí)的+－

起動U1U2V1V1W1W2+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2設(shè)：電機(jī)每相阻抗為84chapter012章電機(jī)電器及其控制◆僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)?！鬥－

起動Y－

換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應(yīng)注意的問題正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V185chapter012章電機(jī)電器及其控制(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。

Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機(jī)。86chapter012章電機(jī)電器及其控制I1若自耦降壓變壓器的變比為K，則：正常啟動自耦降壓啟動87chapter012章電機(jī)電器及其控制

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)二、三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~88chapter012章電機(jī)電器及其控制三種電氣調(diào)速方法★變頻調(diào)速(無級調(diào)速)★變極調(diào)速

(有級調(diào)速)★變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級調(diào)速)三、

三相異步電動機(jī)的調(diào)速89chapter012章電機(jī)電器及其控制四、三相異步電動機(jī)的制動制動方法機(jī)械制動電氣制動能耗制動反接制動能耗制動通入直流電流形成固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。反接制動

停車時(shí)，將接入電動機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。

90chapter012章電機(jī)電器及其控制12.2.5三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)一、型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)91chapter012章電機(jī)電器及其控制二、接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)92chapter012章電機(jī)電器及其控制三、電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時(shí)采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時(shí)采用聯(lián)結(jié)。電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。四、電流例如：Y/,6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。93chapter012章電機(jī)電器及其控制鼠籠電機(jī)

=72~93％額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。五、額定功率、效率六、額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。94chapter012章電機(jī)電器及其控制

1)解:例1：一臺Y225M-4型的三相異步電動機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax

、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。95chapter012章電機(jī)電器及其控制

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機(jī)）

3）96chapter012章電機(jī)電器及其控制解：例2:在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機(jī)能否起動？（2）采用Y-

換接起動時(shí)，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動機(jī)能否起動？

(1)在U=UN時(shí)

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動

在U′=0.9UN時(shí)能起動97chapter012章電機(jī)電器及其控制在80%額定負(fù)載時(shí)不能起動在50%額定負(fù)載時(shí)可以起動(3)(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A98chapter012章電機(jī)電器及其控制例3:對例1中的電動機(jī)采用自耦變壓器降壓起動，設(shè)起動時(shí)加到電動機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動電流Ist′′和電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩Tst′。解：99chapter012章電機(jī)電器及其控制12.3三相異步電動機(jī)的控制12.3.3行程控制12.3.1常用低壓控制電器12.3.2鼠籠式電動機(jī)的基本控制12.3.4時(shí)間控制100chapter012章電機(jī)電器及其控制本章要求：1.了解常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、功能和用途。2.掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。3.掌握過載、短路和失壓保護(hù)的作用和方法。4.掌握基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程。能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設(shè)計(jì)簡單的控制電路。101chapter012章電機(jī)電器及其控制12.3.1常用低壓控制電器一、手動電器1.閘刀開關(guān)電路符號QS不宜在帶負(fù)載下切斷電源，它只用作隔離電源，以便對電氣設(shè)備在脫開電源情況下檢修。102chapter012章電機(jī)電器及其控制2.按鈕(b)結(jié)構(gòu)按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)如圖所示。按鈕開關(guān)的外形和符號(a)外形圖常閉觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)103chapter012章電機(jī)電器及其控制SB符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(啟動按鈕)復(fù)合按鈕SBSB104chapter012章電機(jī)電器及其控制交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)1.交流接觸器用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關(guān)電器。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)二、自動電器105chapter012章電機(jī)電器及其控制～M3~線圈輔助觸點(diǎn)鐵心銜鐵電源電機(jī)主觸點(diǎn)常閉常開彈簧106chapter012章電機(jī)電器及其控制~M3~107chapter012章電機(jī)電器及其控制～M3~線圈電源電機(jī)KM主觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)KMKMKM注意：同一接觸器，各部分文字符號相同108chapter012章電機(jī)電器及其控制2.繼電器

繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：

接觸器的主觸點(diǎn)可以通過大電流；繼電器的體積和觸點(diǎn)容量小，觸點(diǎn)數(shù)目多，且只能通過小電流。所以，繼電器一般用于控制電路中。109chapter012章電機(jī)電器及其控制(1)中間繼電器

中間繼電器觸頭容量小，觸點(diǎn)數(shù)目多，用于控制線路。通常用于傳遞信號和同時(shí)控制多個(gè)電路，也可直接用它來控制小容量電動機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。符號KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA外形110chapter012章電機(jī)電器及其控制(2)時(shí)間繼電器

是從得到輸入信號(線圈通電或斷電)起，經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后才動作的繼電器。適用于定時(shí)控制★通電延時(shí)繼電器★斷電延時(shí)繼電器KT線圈通電延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)KT通電延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)KTKT線圈斷電延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)KT斷電延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)KT111chapter012章電機(jī)電器及其控制（3）熱繼電器用于電動機(jī)的過載保護(hù)。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)112chapter012章電機(jī)電器及其控制~發(fā)熱元件接入電機(jī)主電路，若長時(shí)間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點(diǎn)斷開。發(fā)熱元件杠桿工作原理結(jié)構(gòu)原理圖雙金屬片常閉觸頭熱元件常閉觸點(diǎn)FRFR113chapter012章電機(jī)電器及其控制（4）熔斷器符號FU用于低壓線路中的短路保護(hù)，即瞬時(shí)大電流的保護(hù)。114chapter012章電機(jī)電器及其控制用于自動往復(fù)控制或限位保護(hù)等。（5）行程開關(guān)(限位開關(guān))(b)示意圖結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機(jī)械撞擊。未撞擊撞擊(a)外形圖ST常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)ST(c)符號115chapter012章電機(jī)電器及其控制電器自動控制原理圖的繪制原則及讀圖方法：★按國家規(guī)定的電工圖形符號和文字符號畫圖。

★控制線路由主電路(被控制負(fù)載所在電路)

和控制電路(控制主電路狀態(tài))組成。

★

屬同一電器元件的不同部分(如接觸器的線圈和觸點(diǎn))按其功能和所接電路的不同分別畫在不同的電路中，但必須標(biāo)注相同的文字符號?！锼须娖鞯膱D形符號均按無電壓、無外力作用下的正常狀態(tài)畫出，即按通電前的狀態(tài)繪制?！?/p>

與電路無關(guān)的部件(如鐵心、支架、彈簧等)在控制電路中不畫出。116chapter012章電機(jī)電器及其控制分析和設(shè)計(jì)控制電路時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：★使控制電路簡單，電器元件少，而且工作又要準(zhǔn)確可靠★盡可能避免多個(gè)電器元件依次動作才能接通另一個(gè)電器的控制電路?！锉仨毐ＷC每個(gè)線圈的額定電壓，不能將兩個(gè)線圈串聯(lián)?！?20VKM1KM2117chapter012章電機(jī)電器及其控制12.3.2三相鼠籠式電動機(jī)的基本控制一、直接啟停控制電路二、點(diǎn)動控制三、異地控制四、多臺電動機(jī)的聯(lián)鎖控制五、電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制118chapter012章電機(jī)電器及其控制主電路控制電路1.電路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..熔斷器熱繼電器發(fā)熱元件開關(guān)接觸器主觸點(diǎn)起動按鈕停止按鈕接觸器線圈接觸器輔助觸點(diǎn)熱繼電器動斷觸點(diǎn)一、電動機(jī)直接啟?？刂齐娐?19chapter012章電機(jī)電器及其控制控制電路電動機(jī)的保護(hù)SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..熱繼電器過載保護(hù)熔斷器短路保護(hù)接觸器零壓、欠壓保護(hù)熱繼電器動斷觸點(diǎn)主電路控制電路120chapter012章電機(jī)電器及其控制

短路保護(hù)是因短路電流會引起電器設(shè)備絕緣損壞產(chǎn)生強(qiáng)大的電動力，使電動機(jī)和電器設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU。

欠壓是指電動機(jī)工作時(shí)，電壓降低引起電流增加甚至使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，在電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)可能自動重新起動(亦稱自起動)，易造成人身或設(shè)備故障。常用接觸器實(shí)現(xiàn)失壓和欠壓保護(hù)。

過載保護(hù)是為防止三相電動機(jī)在運(yùn)行中電流長期超過額定值而設(shè)置的保護(hù)。常采用熱繼電器FR保護(hù)，也可采用自動開關(guān)和電流繼電器保護(hù)。121chapter012章電機(jī)電器及其控制KMFRKM..KMSB1SB2