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第四章电动机.ppt

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第四章 电动机,4.1 三相异步电动机的结构 4.2 三相异步电动机的转动原理 4.3 三相异步电动机的电路分析 4.4 三相异步电动机的转矩与机械特性 4.5 三相异步电动机的起动 4.6 三相异步电动机的调速 4.7 三相异步电动机的制动 4.8 三相异步电动机的铭牌数据 4.9 三相异步电动机的选择(自学) 4.10 单相异步电动机,,,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,第四章 电动机,交流电动机,电动机,直流电动机,,他励、异励、串励、复励,电动机的分类:,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。,4.1 三相异步电动机的构造,三相感应电动机的定子,定子由机座、定子铁心、定子绕组组成: 1、机座:起固定和支撑定子铁心的作用,一般用铸铁制造。 2、定子铁心:由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成,铁心内开有均匀的槽,嵌放定子绕组。 3、定子绕组:由完全相同的三个绕组组成,空间互差120度,可接成Y或Δ。,三相感应电动机的转子,转子由转子铁心和转子绕组组成: 1、转子铁心:和定子铁心一样,既是电动机磁路的一部分,又能安放转子绕组。 2、转子绕组:有笼型和绕线型两种。(1)笼型绕组:导体用铜条或铝条,两头用端环联接。结构可靠简单,但是转子电阻固定。(2)绕线型转子:接成星型的三相绕组通过滑环与外电路联接,便于串入电阻改善电动机的运行性能。,4.2三相异步电动机的转动原理,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,,导线长度,切割速度,(右手定则),(左手定则),,通电导线在磁场中受力,,,,,,,,异步,2. 线圈比磁场转得慢,由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的,所以如果n=n1,则磁场与转子之间就没有相对运动,它们之间就不存在电磁感应关系,也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流,也就不能产生电磁转矩。所以,感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此,这种电动机一般也叫做异步电动机。,三相感应电动机的转速小于磁场速度,,,,,,,,,,,,,A,Y,C,B,Z,在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,,(•)电流出,()电流入,,,,,,,X,,4.2.1旋转磁场 1、旋转磁场的产生,合成磁场方向: 向下,,,,,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的方法:改变相序(换接其中两相),2、旋转磁场的旋转方向,方法:将与电源相接的任意两相互换(改变相序),就可实现反转。,三相异步电动机的正、反转,此种接法(每相绕组只有一组线圈)下,合成磁场 只有一对磁极,则极对数为1。,即:,3、极对数(P)的概念,,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,,,,,4、旋转磁场的转速大小,极对数和转速的关系:,三相异步电动机的同步(旋转磁场)转速:,,极对数,每个电流周期 磁场转过的空间角度,同步转速,,,,,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:,电动机转速:,5、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:,1、三相异步电动机产生的电磁转矩是由于A、定子磁场与定子电流的相互作用B、转子磁场与转子电流的相互作用C、旋转磁场与转子电流的相互作用D、定子电流与转子电流的相互作用,( C ),3、三相异步电动机正常运行时,其同步转速n1和转子转速的关系为 A、n1n D、无法确定,(c),4、某三相异步电动机的电源频率为50Hz,额定转速为1455r/min,相对应的转差率为 (a)0.004 (b)0.03 (c)0.18,( B ),5、某三相异步电动机的电源频率为50Hz,额定转速为1440r/min,相对应的转差率为 (a)0.004 (b)0.04 (c)0.18,( B ),电磁转矩 T:转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。,常数(与电机 结构相关,每极磁通,转子电流,转子电路的,§4.4 三相异步电动机的转矩与机械特性 7.4.1 转矩公式,得到转矩公式,,根据转矩公式,得特性曲线:,4.4.2 三相电动机的机械特性,三个重要转矩:,,,n0,T,n,,(牛顿•米),额定转矩 :,电机在额定电压下,以额定转速 运行,输出额定功率 时,电机转轴上输出的转矩。,( 1 ),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。,直至新的平衡。此过程中, 时, 电源提供的功率自动 增加。,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,,,n0,T,n,,,求解,,,,,,,对应不同电源电压 U1的n=f(T)曲线,对应不同转子电阻 R2的n=f(T)曲线,,,,工作时,一定令负载转矩 ,否则电机将停转。致使,注意:,(1)三相异步机的 和电压的平方成正比,所 以对电压的波动很敏感,使用时要注意电压的变化。,(2),电机严重过热,,闷车现象,过载系数:,三相异步机,,,(3)最大转矩表示电动机短时容许过载能力。,,,,n0,T,n,,体现了电动机带载起动的能力。若 电机能 起动,否则将起动不了。,,,机械特性和电路参数的关系,,,,和电压的关系,结论:,,和转子电阻的关系,,,,机械特性的软硬,硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。 软特性:负载增加转速下降较快,但起动转矩大,起 动特性好。 ,,,例:,解:,一、起动电流 :,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。,,,大电流使电网电压降低 影响其他负载工作,,频繁起动时造成热量积累 电机过热,,影响:,§ 4.5 三相异步机的起动,§ 7.5.1 起动性能,二、起动转矩 :带负载起动时必须考虑,,,,不能满载起动,使传动机构受到冲击而损坏,§ 7.5.2 起动方法,所以,异步电动机的主要缺点是起动电流较大。,一、 直接起动:将电动机直接接到电源上,二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,缺点:起动电流大,优点:结构简单,方便,经济,1、Y-  起动:,,,条件:电动机正常运行时联结方式为,,,2、自耦降压起动,特点:起动电流和起动转矩减小,成本高,体积大,但是适用性强,转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中,起动后将R短路。,转子串电阻起动的特点:,(2)R2选的适当,转子串电阻既可以降低起动电流,又可以增加起动力矩。,1. 改变极对数 有级调速。,调速方法:,§ 4.6 三相异步电动机的调速,特点:简单经济,但是有级调速, 且只适用于鼠笼式异步电动机,方法:改变定子绕组的接法,应用:常用于车、磨床中,,特点:简单、耗能大,无级,只用于绕线式电动机,方法:在转子电路中串入一调速电阻(越大,转速越小),应用:常用于起重、锻压中,3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速,,变频电源,,,可变,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)。,特点:无级、成本高,,方法:电动机与电源之间设置变频装置,应用:适用与鼠笼式电动机,制动方法:1. 抱闸:加机械抱闸; 2. 反接制动:停车时,将电动机接电源的意 两相反接,使电动机由原来的旋转方向反过来,以达制动的目的;,§ 4.7 三相异步电动机的制动,4.发电反馈制动:令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速,便会产生制动转矩。,3. 能耗制动:停车时,断开交流电源,接至直流电源上,产生制动转矩;,1. 型号 Y 132M-4,,转差率,§,4.8 三相异步电动机的铭牌数据,,3. 联接方式:Y/ 接法:,三相异步电动机的接线方法,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:380/220 Y/是指:线电压为380V时采用Y接法;当线电压为220V时采用接法。,,,电压波动对电动机的影响,,,,5. 额定电流:定子绕组在指定接法下的线电流。,如:,表示:三角形接法时,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P2: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cos1一般为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“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1):,,,,P2,,PN,cos1,7.11.1 单相异步电动机的工作原理,结构:定子放单相绕组(其中通单相交流电);转子一般用鼠笼式。,定子中通入单相交 流电后,形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布,且 随时间按正弦变化。,4.10 单相异步电动机,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,,,,,单相异步电动机的特点:,自身没有起动转矩,,,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。,正反向旋转磁场的合成转矩特性,,,,,合成转矩,,(正向),(反向),1、电容分相式起动,4.10.2 单相异步电动机的起动,2、罩极式单相电机,定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场,使转子转起来。,图中电机的转动方向:瞬时针 旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的 磁通领先。,
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