1、第6章电动机 6 1三相异步电动机的结构及转动原理6 2三相异步电动机机械特性6 3三相异步电动机的运行与控制6 4三相异步电动机的选择与使用6 5其他结构电动机 交流电动机 电动机 直流电动机 他励 异励 串励 复励 电动机的概念与分类 6 1三相异步电动机的结构与工作原理 e方向用右手定则确定 f方向用左手定则确定 磁场旋转 磁极旋转 导线切割磁力线产生感应电动势 导线长 切割速度 右手定则 三相异步机的结构 转子 在旋转磁场作用下 产生感应电动势或电流 三相定子绕组 产生旋转磁场 旋转磁场的产生 A Y C B Z 异步机中 旋转磁场代替了旋转磁极 电流出 电流入 X 合成磁场方向 向下
2、 同理分析 可得其它电流角度下的磁场方向 旋转方向 取决于三相电流的相序 改变电机的旋转方向 换接其中两相 旋转磁场的旋转方向 旋转磁场的转速大小 一个电流周期 旋转磁场在空间转过360 电流频率为fHz 则磁场1 f秒旋转1圈 每秒旋转f圈 每分钟旋转 n0称为同步转速 极对数 P 的概念 极对数 P 的改变 将每相绕组分成两段 按右下图放入定子槽内 形成的磁场则是两对磁极 极对数 极对数和转速的关系 三相异步电动机的同步转速 极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速 静止的转子与旋转磁场之间有相对运动 在转子导体中产生感应电动势 并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流 其方向用右
3、手定则判定 转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用 F的方向用左手定则判定 电磁力在转轴上形成电磁转矩T 驱使转子以转速n旋转 在轴上输出机械功率 电动机的转动 电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致 电磁转矩T 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速 额定转速 提示 如果 转差率的概念 异步电机运行中 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差 即 例1 三相异步电动机p 3 电源f1 50Hz 电机额定转速n 960r min 求 转差率s 同步转速 转差率 转矩平衡 电机输出转矩T2等于电磁转矩T减去空载转矩T0 即 电机稳定运行时 输出转矩T2等于负载转矩TL 即 功率传递 电机输
4、出机械功率P2与输出转矩T2和转子转速n有关 电机输入电功率与定子电参数和功率因数 有关 即 电机的效率为输出机械功率与输入电功率的比值 即 例2 某三相异步电动机 极对数P 2 定子绕组三角形联结 接于50Hz 380V的三相电源上工作 当负载转矩TL 91Nm时 测得I1L 30A P1 16kW n 1470r m 求此电动机带此负载运行时的s P2 根据转矩公式 得特性曲线 6 2三相异步电动机的机械特性 三个重要转矩 n1 T n 牛顿 米 如果电机将会因带不动负载而停转 求解 过载系数 三相异步机 电机严重过热 当U1一定时 Tmax为定值 体现了电动机带载起动的能力 若电机能起动
5、 否则将起动不了 n1 T n 起动系数 机械特性曲线 启动 Ts TL 负载转矩 电机启动 转速n 转矩T c c点 转矩达最大Tm 转速n继续 T 沿cb走 b b点 T TL 转速n不再上升 稳定运行 若TL 暂时T TL n s I2 T 电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整 这种能力称为自适应负载能力 s 0 s 1 例3 三相异步电动机 额定功率PN 10kW 额定转速nN 1450r min 启动能力Ts TN 1 2 过载系数KM 1 8 1 额定转矩TN 2 启动转矩Ts 3 最大转矩Tm U1和R2变化对机械特性的影响 人为特性 1 U1变化对
6、机械特性的影响 TL 2 R2变化对机械特性的影响 R2 Ts n 一 三相异步机的起动 6 3三相异步电动机的运行与控制 电流倍数 三相异步机的起动方法 1 直接起动 小型鼠笼异步电动机一般采用直接起动 3 转子串电阻起动 1 直接起动 直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式 又叫全压起动 优点 起动简单 缺点 起动电流较大 将使线路电压下降 影响负载正常工作 适用范围 电动机容量在10kW以下 并且小于供电变压器容量的20 2 降压起动 Y 换接起动 在起动时将定子绕组连接成星形 通电后电动机运转 当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形 适用范围 正常运行时定
7、子绕组是三角形连接的电动机 优点 起动电流为全压起动时的1 3 缺点 起动转矩为全压起动时的1 3 Y 起动 设 电机每相阻抗为 自耦降压起动 利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低 以达到减小起动电流的目的 自耦变压器备有40 60 80 等多种抽头 使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择 变压器的降压比 定子线电压比 定子相电压比 定子相电流比 定子起动电流比 电源电流比 起动转矩比 绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后 既可以降低起动电流 又可以增大起动转矩 3 转子串电阻起动 方法 和电源相接的任意两相互换 就可实现反转 二 三相异步电动机的正 反转 三 三相异步电动机
8、的调速 调速方法 1 变极对数调速 通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p来调速 因磁极对数只能是按1 2 3 的规律变化 所以用这种方法调速 电动机的转速不能连续 平滑地进行调节 通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的 又称为变阻调速 调速电阻的接法与起动电阻相同 这种方法只适用于绕线式异步电动机 2 变转差率调速 3 改变电源频率 变频调速 无级调速 此种调速方法发展很快 且调速性能较好 其主要环节是研制变频电源 常由整流器 逆变器等组成 频率范围0 5Hz 320Hz 一 三相异步机铭牌与技术数据 6 4三相异步电动机的选择与使用 1 型号 转差率 3 联接方
9、式 Y 接法 4 额定电压 定子绕组在指定接法下应加的线电压 说明 一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5 例 380 220Y 是指 线电压为380V时采用Y接法 当线电压为220V时采用 接法 5 额定电流 定子绕组在指定接法下的线电流 如 表示三角接法下 电机的线电流为11 2A 相电流为6 48A 星形接法时线 相电流均为6 48A 6 额定功率 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 不等于从电源吸收的功率 两者的关系为 其中 额定负载时一般为0 7 0 9 空载时功率因数很低约为0 2 0 3 额定负载时 功率因数最大 注意 实用中应选择合适容量的电机 防止 大马 拉
10、小车 的现象 7 功率因数 cos P2 PN cos 二 三相异步机的选择 合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益 1 根据生产机械所需功率选择电动机的容量 2 根据工作环境选择电动机的结构形式 3 根据生产机械对调速 起动的要求选择电动机的类型 4 根据生产机械的转速选择电动机的转速 6 5其他结构电动机 6 5 1直流电动机 6 5 2单相异步电动机 6 5 3步进电动机 6 5 4伺服电动机 6 5 1直流电动机 与异步电动机相比 直流电动机的结构复杂 使用和维护不如异步机方便 而且要使用直流电源 工作原理 电刷 换向片 注意 换向片和电源固定联接 线圈无论怎样转动 总是上半
11、边的电流向里 下半边的电流向外 电刷压在换向片上 由左手定则 通电线圈在磁场的作用下 使线圈逆时针旋转 直流电机的构成 直流电机由定子 转子和机座等部分构成 机座 磁极 励磁绕组 转子 励磁式直流电动机结构 1 转子 又称电枢 由铁芯 绕组 线圈 换向器组成 2 定子 定子的分类 励磁的定义 磁极上的线圈通以直流电产生磁通 称为励磁 根据励磁线圈和转子绕组的联接关系 励磁式的直流电机又可细分为 他励电动机 励磁线圈与转子电枢的电源分开 并励电动机 励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并 接在同一电源上
12、6 5 2单相异步电动机 结构 定子放单相绕组 其中通220V单相交流电 转子一般用鼠笼式 N S 当定子绕组产生的合成磁场增加时 根据右手螺旋定则和左手定则 可知转子导条左 右受力大小相等方向相反 所以没有起动转矩 在电流正半周 转子借助其它力量转动后 外力去除后仍按原方向继续转动 其原理分析如下 定子绕组产生的脉动磁场 可用正 反两个旋转磁场合成而等效 即 脉动磁场的分解 正反向旋转磁场的合成转矩特性 合成转矩 正向 反向 电容分相式起动 单相异步电动机的起动 接近90 电容分相式单相异步电动机起动原理 t t0 t t1 t t0 启动时开关K闭合 使两绕组电流相位差约为90 从而产生旋
13、转磁场 电机转起来 转动正常以后离心开关被甩开 启动绕组被切断 而电机仍按原方向继续转动 工作原理 单相异步电动机的功率小 主要制成小型电机 它的应用非常广泛 如家用电器 洗衣机 电冰箱 电风扇 电动工具 如手电钻 医用器械 自动化仪表等 前面介绍的异步电动机 直流电动机等都是作为动力使用的 其主要任务是能量转换 例如将电能转换为机械能 对控制电机的主要要求 动作灵敏 准确 重量轻 体积小 运行可靠 耗电少等 6 5 3步进电动机 机理 步进电机是利用电磁铁原理 将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机 每来一个电脉冲 电机转动一个角度 带动机械移动一小段距离 特点 1 来一个脉冲 转一个步距角
14、2 控制脉冲频率 可控制电机转速 3 改变脉冲顺序 改变方向 种类 有励磁式和反应式两种 两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈 反应式步进电机的转子上没有励磁线圈 应用 步进机的应用非常广泛 如 在数控机床 自动绘图仪等设备中都得到应用 6 5 4伺服电动机 伺服电动机的作用是驱动控制对象 被控对象的转距和转速受信号电压控制 信号电压的大小和极性改变时 电动机的转动速度和方向也跟着变化 伺服电动机的作用 交流伺服电机的输出功率一般为0 1 100W 电源频率分50Hz 400Hz等多种 它的应用很广泛 如用在自动控制 温度自动记录等系统中 伺服电机应用 直流伺服电机经常用在功率稍大的系统中 它的输出功率一般为1 600W 它的用途很多 如随动系统中的位置控制等 经常用在功率稍大的系统中 它的输出功率一般为1 600W 它的用途很多 如随动系统中的位置控制等 应用
