項(xiàng)目五 牽引電動(dòng)機(jī)

項(xiàng)目五

牽引電動(dòng)機(jī)5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)15.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理及轉(zhuǎn)差率25.3三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3*5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌4*5.5直流電動(dòng)機(jī)5**5.6控制電機(jī)6知識(shí)要點(diǎn)機(jī)械工業(yè)出版社學(xué)會(huì)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本內(nèi)連接方式

1學(xué)會(huì)動(dòng)車(chē)牽引電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單檢測(cè)及維修方法2任務(wù)目標(biāo)機(jī)械工業(yè)出版社5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)5.1.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)機(jī)械工業(yè)出版社主要有兩部分：定子和轉(zhuǎn)子5.1.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社1．定子

定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分。它包括：機(jī)殼定子鐵心定子鐵心的硅鋼片三相對(duì)稱(chēng)繞組

a．機(jī)殼

b．定子鐵心定子鐵心由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成內(nèi)圓均勻分布槽孔；

c．硅鋼片內(nèi)嵌置三相定子繞組。機(jī)械工業(yè)出版社所以，定子繞組可以接成星形或三角形。當(dāng)電動(dòng)機(jī)每相繞組額定電壓等于電源的相電壓時(shí)，繞組接成星形聯(lián)結(jié)；等于電源的線電壓時(shí)，繞組接成三角形聯(lián)結(jié)。接線盒三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組屬于三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載機(jī)械工業(yè)出版社2．轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成。籠型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組又分籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子繞組是在鐵心槽內(nèi)壓進(jìn)銅條，兩端分別焊在兩個(gè)銅環(huán)上。中小型電動(dòng)機(jī)一般用熔化的鋁澆鑄成轉(zhuǎn)子繞組。機(jī)械工業(yè)出版社鐵心是由厚的硅鋼片疊壓而成的圓柱體，其外圓周沖有槽孔，以嵌置轉(zhuǎn)子繞組。鐵心與籠型相同，但鐵心槽內(nèi)嵌置對(duì)稱(chēng)三相繞組并作星形聯(lián)結(jié)。各相繞組首端通過(guò)滑環(huán)和電刷引到相應(yīng)的接線盒里，在起動(dòng)和調(diào)速時(shí)可在轉(zhuǎn)子電路中串入附加電阻。繞線型異步電動(dòng)機(jī)能獲得較好的起動(dòng)與調(diào)速性能。繞線轉(zhuǎn)子接線示意圖機(jī)械工業(yè)出版社iU=ImsintiV=Imsin(t–120)

iW=Imsin(t+120)

iUiViW相序U1-V1-W1-U1

ti0iUiViWU1V1W1U2V2W2定子繞組分布定子繞組U1W2V1U2W1V2+++繞組中形成三相對(duì)稱(chēng)電流。對(duì)稱(chēng)三相繞組定子繞組作星形聯(lián)結(jié)通入三相對(duì)稱(chēng)電源。5.1.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)機(jī)械工業(yè)出版社iUt=0°時(shí)tiU1V2V1U2W1W2iU=0iV為負(fù)值iW為正值NS0°設(shè)：電流的流入端用表示iViW電流的流出端用表示1．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)械工業(yè)出版社tt=60°時(shí)iU1V2V1U2W1W2NS60°iW

=0iV為負(fù)值iU為正值iUiViW01．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)械工業(yè)出版社t=90°時(shí)U1V2V1U2W1W2NS90°iU為正值iV為負(fù)值iW為負(fù)值tiiUiViW01．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)械工業(yè)出版社t=180°時(shí)U1V2V1U2W1W2iU=0iV為正值iW為負(fù)值180°NStiiUiViW01．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)械工業(yè)出版社t=0°U1W2V1U2W1V2NS0°Nt=180U1W2V1U2W1V2S

180°t=90°U1W2V1U2W1V2NS90°t=60U1W2V1U2W1V2NS

60°旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)機(jī)械工業(yè)出版社空間相差

120o角的三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),當(dāng)電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了一周(在空間旋轉(zhuǎn)的角度為360o)。綜上分析可以得出：機(jī)械工業(yè)出版社tiiUiViW0U1V1W1U2W2V2iUiW9060°0U1W2V1U2W1V2NS0°U1W2V1U2W1V2NS60°相序U1-W1-V1-U1U1W2V1U2W1V2NS90°iV2．改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向機(jī)械工業(yè)出版社改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向；改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向,三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向會(huì)改變。綜上分析可以得出：機(jī)械工業(yè)出版社

前面討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一對(duì)極磁場(chǎng)，當(dāng)改變定子繞組在空間的排列，可以制成兩對(duì)、三對(duì)或更多對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而磁極對(duì)數(shù)影響旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?！娫吹念l率—磁極對(duì)數(shù)若f1=50Hz3．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)

p旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0n0的單位：r/min磁極對(duì)數(shù)

p12345旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0/(r.min-1)300015001000750600機(jī)械工業(yè)出版社1．轉(zhuǎn)動(dòng)原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速

n0

順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子導(dǎo)線逆時(shí)針?lè)较蚯懈畲帕€，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流；轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力的作用形成轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向異步轉(zhuǎn)動(dòng)n<n0。5.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理及轉(zhuǎn)差率機(jī)械工業(yè)出版社2．異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率sn0旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間：n2=0，s=1；電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行：n2

接近n0，轉(zhuǎn)差率s最小；電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)差率：

sN=0.02~0.06。例：某四極異步電動(dòng)機(jī)接在頻率為50Hz的電源上，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，求轉(zhuǎn)差率sN。解：由已知條件知n0=1500r/min機(jī)械工業(yè)出版社5.3.1

電磁轉(zhuǎn)矩

T

與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

n2的關(guān)系曲線5.3.2

轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系5.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性5.3.3

電磁轉(zhuǎn)矩和電源電壓的關(guān)系機(jī)械工業(yè)出版社

T與n2的關(guān)系曲線稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。n20n0TACDTstTmnNTNB

Tst：起動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩；

TN：電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩。

Tm：電動(dòng)機(jī)具有的最大電磁轉(zhuǎn)矩；運(yùn)行特性

(1)

T>T2

(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)通電電動(dòng)機(jī)逐漸加速，轉(zhuǎn)矩T沿DC

段增大Tm沿CA

段減小T=T2

n2不變5.3.1

電磁轉(zhuǎn)矩

T

與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

n2

的關(guān)系曲線機(jī)械工業(yè)出版社運(yùn)行特性n20n0TACDTstTmnNTNB

(2)電動(dòng)機(jī)工作在特性曲線CA

段時(shí)，當(dāng)負(fù)載變化電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)自動(dòng)變化并與負(fù)載平衡，重新平衡時(shí)轉(zhuǎn)速n2改變；若負(fù)載大于最大轉(zhuǎn)矩Tm,T會(huì)沿CD

線減小至零堵轉(zhuǎn)。堵轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流I=(4~7)IN

，時(shí)間稍長(zhǎng)將損壞電動(dòng)機(jī)。

(4)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)能力一般為2~2.2，一般為1.7~2.2

(3)AC段為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，轉(zhuǎn)速下降很少，n0/nN約為2%~6%機(jī)械工業(yè)出版社同理,電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行則有式中:

TN

為電動(dòng)機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩，單位牛[頓]米(N·m)；

PN

為電動(dòng)機(jī)輸出的額定功率，單位千瓦(kW)；

nN

為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位是轉(zhuǎn)每分(r/min)。電動(dòng)機(jī)帶載運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩為T(mén)2，軸上輸出的機(jī)械功率為P2，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n2，則5.3.2

轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系機(jī)械工業(yè)出版社可以證明，電磁轉(zhuǎn)矩T與電動(dòng)機(jī)定子繞組上所加電壓U

的平方成正比。即不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性n2n0OTaTstTmaxnNTNdU1電壓降低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩迅速下降;帶載能力降低，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩，電機(jī)會(huì)被迫停轉(zhuǎn)，時(shí)間稍長(zhǎng)，電機(jī)會(huì)因電流過(guò)大而損壞。5.3.3

電磁轉(zhuǎn)矩和電源電壓的關(guān)系機(jī)械工業(yè)出版社[例]

某三相異步電動(dòng)機(jī)額定功率PN=4kW，額定轉(zhuǎn)數(shù)nN=1440r/min，過(guò)載能力為2.2，起動(dòng)能力為1.8。試求額定轉(zhuǎn)矩TN、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst、最大轉(zhuǎn)矩Tm。若電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行，定子電壓下降20%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)？能否在此狀態(tài)下滿(mǎn)載起動(dòng)？起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為[解]

額定轉(zhuǎn)矩機(jī)械工業(yè)出版社當(dāng)電壓降低20%時(shí)，由于

滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)，因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩等于電磁轉(zhuǎn)矩，TN=26.5N·m，小于T'ｍ，降壓后能在新的平衡點(diǎn)以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。滿(mǎn)載起動(dòng)時(shí)，因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩等于電磁轉(zhuǎn)矩，TN=26.5N·m，小于T'st，降壓后可滿(mǎn)載直接起動(dòng)。最大轉(zhuǎn)矩機(jī)械工業(yè)出版社電動(dòng)機(jī)的外殼上都有一塊銘牌，標(biāo)出了電動(dòng)機(jī)的型號(hào)以及主要技術(shù)數(shù)據(jù)，以便能正確使用電動(dòng)機(jī)。圖示為一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌。*5.4

三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌機(jī)械工業(yè)出版社

電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y–112M-4

額定轉(zhuǎn)速nN(1440r/min)：表示電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。額定功率PN(4.0kW)：表示電動(dòng)機(jī)在額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率。額定電壓UN(380V)：表示定子繞組上應(yīng)施加的線電壓。額定電流IN(8.8A)：表示電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流。Y系列異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座中心高度112mm中機(jī)座L長(zhǎng)機(jī)座S短機(jī)座旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為4個(gè)極(p=2)。機(jī)械工業(yè)出版社

防護(hù)方式(IP44)：表示電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)在方式為封閉式電動(dòng)機(jī)。

頻率f(50Hz)：表示電動(dòng)機(jī)定子繞組輸入交流電源的頻率。

工作制(工作制S1)：表示電動(dòng)機(jī)可以在銘牌標(biāo)出的額定狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行。S2為短時(shí)運(yùn)行，S3為短時(shí)重復(fù)運(yùn)行。

絕緣等級(jí)(B級(jí)絕緣)：表示電動(dòng)機(jī)各繞組及其他絕緣部件所用絕緣材料的等級(jí)。絕緣材料按耐熱性能可分為Y、A、E、B、F、H、C七個(gè)等級(jí)。目前，國(guó)產(chǎn)Y系列電動(dòng)機(jī)一般采用B級(jí)絕緣。機(jī)械工業(yè)出版社

絕緣材料耐熱性能等級(jí)絕緣等級(jí)YAEBFHC最高允許溫度/℃90105120130155180大于180LW82dB：

電動(dòng)機(jī)的噪聲等級(jí)。其他一些技術(shù)數(shù)據(jù)溫升：額定負(fù)載時(shí)繞組的工作溫度與環(huán)境溫度的差值。功率因數(shù)：額定負(fù)載下定子電路的功率因數(shù)。效率：電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的效率，它等于額定狀態(tài)下輸出功率與輸入功率之比，即機(jī)械工業(yè)出版社

[例]某異步電動(dòng)機(jī)，若UN=380V，cosj=0.82，Ist/IN=7.0，PN=4kW,效率h=0.84，求額定電流、起動(dòng)電流?？傻?/p>

[解]根據(jù)效率公式三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，運(yùn)行可靠，使用和維護(hù)方便?？梢杂脕?lái)拖動(dòng)機(jī)床、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、起重卷?yè)P(yáng)設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)是異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)用電量占電網(wǎng)總負(fù)荷的50%以上。機(jī)械工業(yè)出版社*5.5

直流電動(dòng)機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)原理電流方向AabcdB電流方向AdcbaB機(jī)械工業(yè)出版社直流電動(dòng)機(jī)定子磁極永久磁鐵勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生勵(lì)磁繞組勵(lì)磁方式：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)。機(jī)械工業(yè)出版社直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線與勵(lì)磁方式有關(guān)。他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

具有硬機(jī)械特性。適用于需要調(diào)速的軋機(jī)、金屬切削機(jī)床、紡織印染、造紙和印刷機(jī)械。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有軟機(jī)械特性。用于起重及交通運(yùn)輸機(jī)械上，如起重吊車(chē)、電瓶車(chē)、城市電車(chē)、電傳動(dòng)機(jī)車(chē)等。機(jī)械工業(yè)出版社復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線介于并勵(lì)(他勵(lì))、串勵(lì)兩種電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線之間。適用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大轉(zhuǎn)速變化不大的負(fù)載，如冶金輔助機(jī)械、空氣壓縮機(jī)等。機(jī)械工業(yè)出版社**5.6

控制電機(jī)5.6.1

伺服電動(dòng)機(jī)5.6.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社

特殊性能的小功率電機(jī)。應(yīng)用在信號(hào)的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳遞、控制及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面。是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出的電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)又分直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)電路圖伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)5.6.1

伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相電容異步電動(dòng)機(jī)相似。一相為勵(lì)磁繞組U1U2，始終接交流電源uf；另一相為控制繞組V1V2，接輸入信號(hào)uC

，勵(lì)磁繞組上串接有電容C。工作原理：

1．V1V2繞組輸入電壓