電工技術基礎-電動機

主講教師：侯濤電工技術根底三相異步電動機的轉動原理三相異步電動機使用方法三相異步電動機的運行和控制方法三相異步電動機的機械特性單相異步電動機的轉動原理直流電動機的轉動原理步進電動機的轉動原理學習要點第7章電動機第7章電動機7.1三相異步電動機的結構及轉動原理7.2三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性7.3三相異步電動機的運行與控制7.4三相異步電動機的選擇與使用7.5單相異步電動機7.6直流電動機7.7步進電動機精選ppt1、發(fā)電機：把機械能轉換為電能的電機稱為發(fā)電機。電動機：把電能轉換為機械能的電機稱為電動機。2、電動機的分類：直流電動機：他勵、并勵、串勵、復勵交流電動機：同步電動機和異步電動機3、本章主要介紹三相異步電動機的結構、轉動原理。機械特性、運行控制方法及使用方法精選ppt7.1三相異步電動機的結構及轉動原理7.1.1三相異步電動機的結構三相異步電動機由定子和轉子構成。定子和轉子都有鐵心和繞組。定子的三相繞組為AX、BY、CZ。轉子分為鼠籠式和繞線式兩種結構。鼠籠式轉子繞組有銅條和鑄鋁兩種形式。繞線式轉子繞組的形式與定子繞組根本相同，3個繞組的末端連接在一起構成星形連接，3個始端連接在3個銅集電環(huán)上，起動變阻器和調(diào)速變阻器通過電刷與集電環(huán)和轉子繞組相連接。7.1.2旋轉磁場的產(chǎn)生把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。結論：(1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉的合成磁場。(2)磁場旋轉方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉。〔見書〕

〔3〕同步轉速：旋轉磁場的轉速稱為同步轉速，用表示電流變化一周，合成磁場旋轉一周。假設三相交流電的頻率為那么合成磁場的同步轉速為此外，同步轉速工程上，轉速的單位習慣采用這時同步轉速為的大小還與旋轉磁場的磁極對數(shù)有關，上面討論的旋轉磁場只有兩個磁極，即只有一對N，S極，稱為一對磁極，用P=1表示。如果電動機的旋轉磁場不只一對磁極，那么為多對磁極，如4極旋轉磁場有兩對N，S極，稱為2對磁極，用P=2表示。旋轉磁場磁極對數(shù)增加時，同步轉速將按比例減小，可以證明精選ppt7.1.3三相異步電動機的轉動原理靜止的轉子與旋轉磁場之間有相對運動，在轉子導體中產(chǎn)生感應電動勢，并在形成閉合回路的轉子導體中產(chǎn)生感應電流，其方向用右手定那么判定。轉子電流在旋轉磁場中受到磁場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定那么判定。電磁力在轉軸上形成電磁轉矩。電磁轉矩的方向與旋轉磁場的方向一致。電動機在正常運轉時，其轉速n總是稍低于同步轉速no，因而稱為異步電動機。如果n=no,轉子導體與旋轉磁場之間就沒有相對運動，轉子導體不切割磁力線，就不會產(chǎn)生感應電流，電磁轉矩為零，轉子因失去動力而減速。待n<no時，轉子導體與旋轉磁場之間又存在相對運動，產(chǎn)生電磁轉矩。精選ppt又因為產(chǎn)生電磁轉矩的電流是電磁感應所產(chǎn)生的，所以也稱為感應電動機。異步電動機同步轉速和轉子轉速的差值與同步轉速之比稱為轉差率，用s表示，即：轉差率表示了轉子轉速與旋轉磁場同步轉速之間相差的程度，是分析異步電動機的一個重要差數(shù)精選ppt異步電動機在額定負載下運行時的轉差率約為1%~9%。轉子轉速n越接近同步轉速轉差率S越小。當n=0(起動初始瞬間〕時，轉差率S=1:當理想空載時，即轉子轉速與旋轉磁場轉速相等時，轉差率所以，轉差率的值在0－1范圍內(nèi)即0<s<1。精選ppt精選ppt作業(yè)：2297－47－57－6精選ppt7.2三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性7.2.1三相異步電動機的電路分析1．定子電路分析忽略R1和X1上的壓降，則：精選ppt2．轉子電路分析轉子感應電動勢頻率起動時轉子電動勢轉子漏抗精選ppt精選ppt7.2.2三相異步電動機的電磁轉矩精選ppt精選ppt7.2.3三相異步電動機的機械特性1．起動轉矩電動機剛起動〔n=0，s=1〕時的轉矩稱為起動轉矩。精選ppt為了保證電動機能夠起動，電動機的起動轉矩必須大于靜子時的負載轉矩。因此，起動轉矩也表示電動機的起動能力。在電動機的技術數(shù)據(jù)中，用起動轉矩與額定轉矩的比值用表示來衡量起動轉矩的大小。即精選ppt2、額定轉矩電動機勻速運行時，電磁轉矩必須與阻轉矩相平衡，即阻轉矩主要是機械負載轉矩，此外還包括空載損耗轉矩阻所產(chǎn)生的阻轉矩〕，所以：〔主要是機械摩擦和風精選ppt由于很小，可忽略不計，這樣，電磁轉矩T與電動機軸上輸出的機械負載轉矩近似相等，即式中為電動機軸上輸出的機械功率，單位是W,是轉子角速度，單位是精選ppt在實際中，功率的單位常用KW,轉速的單位常用所以其中P為KW,n為精選ppt電動機在額定負載下工作時的電磁轉矩稱為額定轉矩，忽略空載損耗轉矩，那么額定轉矩等于機械負載轉矩。式中PN是電動機的額定功率，單位為kW；nN是電動機的額定轉速，單位是r/min。精選ppt精選ppt3．最大轉矩可見，三相異步電動機的最大轉矩與成正比，而與轉子電阻無關。精選ppt精選ppt最大轉矩額定轉矩精選ppt例題：P202例7－2精選ppt7.3三相異步電動機的運行與控制7.3.1三相異步電動機的起動電動機起動時由于旋轉磁場對靜止的轉子相對運動速度很大，轉子導體切割磁力線的速度也很快，轉子繞組中產(chǎn)生的感應電流都很大，和變壓器的原理一樣，定子電流必須相應增大。由于起動后轉子的速度不斷增加，所以電流將迅速下降。另外，在起動瞬間，由于轉差率S=1，所以轉子精選ppt電路的功率因素較低，以至起動轉矩較小，電動機可能會因起動轉矩太小而需要較長的起動時間，甚至不能帶動負載起動，故應設法提高起動轉矩。三相異步電動機起動時的主要特點是起動電流較大，為了減少起動電流，有時也為了提高起動轉矩，必須根據(jù)具體情況選擇不同的起動方法。精選ppt1．直接起動直接起動是利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電壓上的起動方式，又叫全壓起動。優(yōu)點：起動簡單。缺點：起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負載正常工作。適用范圍：電動機容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％。精選ppt2．降壓起動Y-Δ換接起動：在起動時將定子繞組連接成星形，通電后電動機運轉，當轉速升高到接近額定轉速時再換接成三角形。適用范圍：正常運行時定子繞組是三角形連接，且每相繞組都有兩個引出端子的電動機。優(yōu)點：起動電流為全壓起動時的1／3。缺點：起動轉矩均為全壓起動時的1／3。只適用于空載或輕載精選ppt自耦降壓起動：利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低，以到達減小起動電流的目的。自耦變壓器備有40％、60％、80％等多種抽頭，使用時要根據(jù)電動機起動轉矩的要求具體選擇。精選ppt繞線式異步電動機轉子繞組串入附加電阻后，既可以降低起動電流，又可以增大起動轉矩。精選ppt列題：P2047-3作業(yè)：P2307-187-19精選ppt7.3.2三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的轉速：1．變極調(diào)速通過改變電動機的定子繞組所形成的磁極對數(shù)p來調(diào)速。因磁極對數(shù)只能是按1、2、3、…、的規(guī)律變化，所以用這種方法調(diào)速，電動機的轉速不能連續(xù)、平滑地進行調(diào)節(jié)。精選ppt2．變頻調(diào)速通過變頻器把頻率為50Hz工頻的三相交流電源變換成為頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電源，然后供給三相異步電動機，從而使電動機的速度得到調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速。3．變轉差率調(diào)速通過改變轉子繞組中串接調(diào)速電阻的大小來調(diào)整轉差率實現(xiàn)平滑調(diào)速的，又稱為變阻調(diào)速。調(diào)速電阻的接法與起動電阻相同。這種方法只適用于繞線式異步電動機。精選ppt7.3.3三相異步電動機的反轉因為三相異步電動機的轉動方向是由旋轉磁場的方向決定的，而旋轉磁場的轉向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉動方向非常容易，只要將電動機三相供電電源中的任意兩相對調(diào)，這時接到電動機定子繞組的電流相序被改變，旋轉磁場的方向也被改變，電動機就實現(xiàn)了反轉。精選ppt7.3.4三相異步電動機的制動1．能耗制動電動機定子繞組切斷三相電源后迅速接通直流電源。感應電流與直流電產(chǎn)生的固定磁場相互作用，產(chǎn)生的電磁轉矩方向與電動機轉子轉動方向相反，起到制動作用。特點：是制動準確、平穩(wěn)，但需要額外的直流電源。精選ppt2．反接制動電動機停車時將三相電源中的任意兩相對調(diào)，使電動機產(chǎn)生的旋轉磁場改變方向，電磁轉矩方向也隨之改變，成為制動轉矩。注意：當電動機轉速接近為零時，要及時斷開電源防止電動機反轉。特點：簡單，制動效果好，但由于反接時旋轉磁場與轉子間的相對運動加快，因而電流較大。對于功率較大的電動機制動時必須在定子電路〔鼠籠式〕或轉子電路〔繞線式〕中接入電阻，用以限制電流。精選ppt精選ppt3．發(fā)電反響制動當電動機轉子軸受外力作用，使轉子的轉速超過旋轉磁場的轉速時，如起重機吊著重物下降，電磁轉矩的作用就不再是驅動轉矩了，此時，電磁轉矩的方向與轉子的運動方向相反，從而限制轉子的轉速起到制動作用。精選ppt當轉子轉速大于旋轉磁場的轉速時，有電能從電動機的定子返回給電源，這時電動機已經(jīng)轉為發(fā)電機運行，所以這種制動稱為發(fā)電反響制動。精選ppt作業(yè)：P2297－117-12精選ppt7.4.1三相異步電動機的銘牌7.4三相異步電動機的選擇與使用型號：精選ppt功率：電動機在銘牌規(guī)定條件下正常工作時轉軸上輸出的機械功率，稱為額定功率或容量。電壓：電動機的額定線電壓。電流：電動機在額定狀態(tài)下運行時的線電流。頻率：電動機所接交流電源的頻率。。轉速：額定轉速。接線方法：精選ppt工作方式：工作方式分連續(xù)、短時、斷續(xù)絕緣等級：絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度分級的。所謂極限溫度，是指電動機絕緣結構中最熱點的最高允許溫度。假設工作溫度過高，會使絕緣材料老化。功率因素：電動機是感性負載，定子相電流的相位比相電壓的相位滯后一個角，就是電動機的功率因素精選ppt7.4.2三相異步電動機的選擇精選ppt1、電源的選擇選擇電動機時應該根據(jù)電源的情況和電動機的銘牌正確選用2、防護型式的選擇：見書3、功率的選擇電動機的額定功率要比負載功率大一些，以留有一定余量，但也不宜大太多，否那么既浪費設備容量，又降低電動機的功率因素和效率4、轉速的選擇應該根據(jù)生產(chǎn)機械的要求來選擇電動機的額定轉速，轉速不宜選擇太低。精選ppt7.4.3電動機的安裝與接地精選ppt精選pptP2307-20精選ppt7.5單相異步電動機7.5.1單相異步電動機的工作原理與特性在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內(nèi)產(chǎn)生一個大小及方向隨時間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場。精選ppt假設單相電動機的定子繞組由一個匝數(shù)為W1的繞組元件A－X組成，先假定A－X繞組通入直流電I,那么磁勢F1為恒定，氣隙中即產(chǎn)生一個恒定的兩極磁場，磁場軸線即A－X繞組的軸線。當A－X繞組通入正弦交流電時后，那么磁勢在時間上也相應作正弦變化，但磁場軸線的位置始終不變，氣隙中隨時間作這樣變化的磁場稱為脈動磁場。精選ppt精選ppt雖然單相異步電動機的起動轉矩為零，不能自行起動，但一旦讓電動機轉動起來,情況就發(fā)生了變化，假設轉子已經(jīng)按順時針方向轉動起來了，由于轉子的轉向與順時針方向旋轉磁場B1的方向相同，彼此間相對運動較小，因此，B1在轉子中產(chǎn)生的感應電流頻率小于靜止時的電流頻率，轉子的感抗〔X=WL)較靜止時要小，順時針方向轉子電流的功率因素也較高，順時針方向的電磁轉矩也就比靜止時轉矩要大。精選ppt另一方面，轉子的轉向與逆時針方向旋轉磁場B2的方向相反，彼此間相對運動較大，因此B2在轉子中的感應電流頻率及產(chǎn)生的感抗均大于靜止時的值，逆時針方向轉子電流的功率因素也較低，逆時針方向的電磁轉矩也就較小。精選ppt所以，由于順時針旋轉磁場B1和逆時針旋轉磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉矩不再為零，在這個合成轉矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉。由于單相異步電動機總有一個反向的制動轉矩存在，所以其效率和負載能力都不及三相異步電動機。精選ppt7.5.2單相異步電動機的起動1．分相法精選ppt以下圖所示分別為ωt=0°、45°、90°時合成磁場的方向，由圖可見該磁場隨著時間的增長順時針方向旋轉。這樣一來，單相異步電動機就可以在該旋轉磁場的作用下起動了。精選ppt2．罩極法罩極法是在單相異步電動機定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個銅環(huán)〔短路環(huán)〕，套有短路環(huán)的磁極局部叫做罩極。當定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動磁場后，有一局部磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應電流所產(chǎn)生的磁場，阻止銅環(huán)局部磁通的變化，從而使短路環(huán)內(nèi)的合磁場變化總是在相位上落后于環(huán)外磁場可以把環(huán)內(nèi)，環(huán)外的磁場設想為兩相有相位差的電流所形成形成，這樣分相的結果精選ppt在電動機內(nèi)形成了一個旋轉磁場。在這個旋轉磁場的作用下，電動機的轉子就能夠起動起來了。精選ppt7.6直流電動機7.6.1直流電動機的結構及分類三相異步電動機也由定子和轉子構成。定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，包括主磁極、換向磁極、機座和電刷等。主磁極由鐵心和勵磁線圈組成，用于產(chǎn)生一個恒定的主磁場。換向磁極安裝在兩個相鄰的主磁極之間，用來減小電樞繞組換向時產(chǎn)生的火花。電刷裝置的作用是通過與換向器之間的滑動接觸，把直流電壓、直流電流引入或引出電樞繞組。精選ppt轉子由電樞鐵心、電樞繞組和換向器等組成。電樞鐵心上沖有槽孔，槽內(nèi)放電樞繞組，電樞鐵心也是直流電動機磁路的組成局部。電樞繞組的—端裝有換向器，換向器由許多銅質(zhì)換向片組成一個圓柱體，換向片之間用云母絕緣。換向器是直流電動機的重要構造特征，換向器通過與電刷的摩擦接觸，將兩個電刷之間固定極性的直流電流變換成為繞組內(nèi)部的交流電流，以便形成固定方向的電磁轉矩。精選ppt他勵式:電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由不同的直流電源供電。電動機構造比較復雜，一般用于對調(diào)速范圍要求很寬的重型機床等設備中。自勵式：1、并勵式電動機在外加電壓一定的情況下，勵磁電流產(chǎn)生的磁通將保持恒定不變。起動轉矩大，負載變動時轉速比較穩(wěn)定，轉速調(diào)節(jié)方便，調(diào)速范圍大。精選ppt2、串勵式電動機的轉速隨轉矩的增加，呈顯著下降的軟特性，特別適用于起重設備。3、積復勵：復勵式電動機上有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個與電樞繞組并聯(lián)。當復勵式電動機的兩個勵磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時，稱為積復勵:兩個繞組產(chǎn)生的磁通方向相反時，稱為差復勵。精選pptA、積復勵電動機的電磁轉矩變化速度較快，負載變化時能夠有效克服電樞電流的沖擊，比并勵式電動機的性能優(yōu)越，主要用于負載力矩有突然變化的場合。B、差復勵電動機具有負載變化時轉速幾乎不變的特性，常用于要求轉速穩(wěn)定的精選ppt7.6.2直流電動機的工作原理和機械特性接通直流電壓U時，直流電流為從a邊流入，b邊流出，由于a邊處于N極之下，b邊處于S極之上，那么線圈受到電磁力而形成一個逆時針方向的電磁轉矩T，使電樞繞組繞軸線方向逆時針轉動。1．直流電動機的轉動原理精選ppt當電樞轉動半周后，a邊處于S極之上，而b邊處于N極之下。由于采用了電刷和換向器裝置，此時電樞中的直流電流方向變?yōu)閺腷邊流入，從a邊流出。電樞仍受到一個逆時針方向的電磁轉矩T的作用，繼續(xù)繞軸線方向逆時針轉動。精選ppt2．電磁轉矩與電壓平衡方程電磁轉矩電樞電動勢電樞回路的電壓平衡方程U：外加電壓

回路直流電阻電樞電流電樞轉動時產(chǎn)生的反電動勢定子磁通電樞電流轉子轉速精選ppt3．機械特性直流電動機具有硬的機械特性。據(jù)前：電磁轉矩T=0時的轉速精選ppt轉速降，表示負載增加時，電動機的轉速會下降。轉速降是由電樞電阻引起的，因為負載增加時隨著增大，使電樞電阻上的電壓增大，由于電源電壓一定，因而電樞反電動勢E減少，使轉速降低。精選ppt精選ppt直流電動機一般為什么不允許直接起動？答：因為他勵直流電動機電樞電阻Ra阻值很小，額定電壓下直接起動的起動電流很大，通?？蛇_額定電流的10－20倍，起動轉矩也很大。過大的起動電流引起電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設備的正常工作，同時電動機自身的換向器產(chǎn)生劇烈的火花。而過大的起動轉矩可能會使軸上受到不允許的機械沖擊。所以全壓起動只限于容量很小的直流電動機。精選ppt7.6.3直流電動機的運行與控制1．直流電動機的起動直流電動機直接起動時的起動電流很大，到達額定電流的10～20倍，因此必須限制起動電流。限制起動電流的方法就是起動時在電樞電路中串接起動電阻Rst。起動電阻的值：一般規(guī)定起動電流不應超過額定電流的1.5～2.5倍。起動時將起動電阻調(diào)至最大，待起動后，隨著電動機轉速的上升將起動電阻逐漸減小。精選ppt2．直流電動機的調(diào)速根據(jù)直流電動機的轉速公式n=〔U－IaRa〕/CeΦ，可知直流電動機的調(diào)速方法有3種：改變磁通Φ調(diào)速、改變電樞電壓U調(diào)速和電樞串聯(lián)電阻調(diào)速。改變磁通調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速；調(diào)速經(jīng)濟，控制方便；機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。但由于電