机电传动控制教案5-课件.ppt
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- 机电 传动 控制 教案 课件
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1、第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性要求:要求:了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生掌握异步电动机的工作原理和机械特性。掌握异步电动机的工作原理和机械特性。掌握异步电动机启动、调速和制动的方法,会用机械特性掌握异步电动机启动、调速和制动的方法,会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态;的四个象限来分析异步电动机的运行状态;掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理;掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理;了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法;方法;掌
2、握各种异步电动机和同步电动机的使用场所掌握各种异步电动机和同步电动机的使用场所。5.1 5.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构定子和励磁线圈转子和转子线圈定子和转子硅钢冲片定子和转子硅钢冲片三相对称绕组AX,BY,CZ鼠笼转子结构鼠笼转子结构ABC外接外接变阻器(启动和速变阻器(启动和速度调节度调节)滑环和电刷滑环和电刷绕线转子结构绕线转子结构二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理三相交流电三相交流电定子定子三相三相绕组绕组N-S主磁场以主磁场以n0顺时针旋转顺时针旋转nTFieM顺顺时针时
3、针TM产生条件是产生条件是n0和和n相对运动相对运动1.500nnnS转差率转差率n0同步转速n转子转速工作原理要点工作原理要点n三相交流电通过定子绕组产生三相交流电通过定子绕组产生旋转磁旋转磁场场n旋转磁场与转子绕组之间存在旋转磁场与转子绕组之间存在相对运相对运动动n转子绕组转子绕组切割磁力线切割磁力线从而产生感应电从而产生感应电势势n转子绕组为转子绕组为闭合回路闭合回路,在感应电势作,在感应电势作用下产生感应电流用下产生感应电流n转子绕组成为转子绕组成为载流导体载流导体,在磁场中受,在磁场中受到电磁力(矩)的作用,从而使转子到电磁力(矩)的作用,从而使转子旋转旋转n转子转速始终低于旋转磁场
4、的转速转子转速始终低于旋转磁场的转速(同同步转速步转速)三、三、三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生34sin32sinsintIitIitIimcmBmACBAiiit0006CBAiiiTtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt020主主磁场磁场N-S顺时针旋转顺时针旋转180度度(旋转磁场(旋转磁场n0在一对极在一对极p=1时)时)旋转磁场的产生旋转磁场的产生2.2.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向三相交流电流最大值到达的顺三相交流电流最大值到达的顺序(序(相序相序)决定电动机)决定电动机转向。转向。ABC 电流电流ABC 定子
5、绕组(定子绕组(顺时旋转顺时旋转)ABC 电流电流ACB 定子绕组定子绕组(逆时旋转逆时旋转)3.3.旋转磁场的极对数与旋转速度旋转磁场的极对数与旋转速度CBAiiit0006CBAiiiTtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt0205.5600pfn 旋转磁场转速旋转磁场转速(同步转速)(同步转速)磁场转了磁场转了90度度n0r/minfHZ p极对数(p=1、2、3)四极旋转磁场与旋转速度四极旋转磁场与旋转速度四极旋转磁场与旋转速度四极旋转磁场与旋转速度5.5600pfn 旋转磁场转速旋转磁场转速(同步转速)(同步转速)n0r/minfHZ p极对数(p=1、2、3)min/
6、9801480288010001500300032150000rnnnnnnPPPHfZPfSnpfnnnnS/60160000四、四、定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式出线端出线端排列排列短路片短路片线线电压电压相相电压电压铭牌:铭牌:Y/接线方式接线方式 380/220不同接线不同接线应加的线电压应加的线电压5.2 5.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路一、定子电路分析一、定子电路分析定子每相绕组的感应电势为定子每相绕组的感应电势为dtdNetm11sin有效值为有效值为6.544.4111NfE ffpnf1017.560忽略漏磁忽略漏磁10.
7、511EU 转子感应电势有效值为转子感应电势有效值为1210ffSnZ12H50f)375.0%6%5.1ZHfS(11.544.4222NfE 12.512Sff 15.5202SEE E20转子未转动感应电转子未转动感应电势势二、转子电路分析二、转子电路分析212044.4NfE转子感应电转子感应电流流有效值为有效值为22.5cos220222222222SXRRXRR21.52202220222222SXRSEXREIE20转子未转动感应电势转子未转动感应电势X2-转子每相绕组漏磁感抗转子每相绕组漏磁感抗转子电路功率因素为转子电路功率因素为(I2滞后滞后E2一个一个2角角)转子电路分析转
8、子电路分析转子电路的分析转子电路的分析21.52202220222222SXRSEXREI22.5cos220222222222SXRRXRR 1cos002220220220 SRSEISXRInnS202220202202/cos01SXRCXSEISXRnS 三、三相异步电动机的额三、三相异步电动机的额定值定值电动机铭牌上的额定数据电动机铭牌上的额定数据n型号型号n额定功率额定功率PN (输出的输出的机械功率机械功率)n额定电压额定电压 UN (220/380V /Y)n额定频率额定频率f (50HZ)n额定电流额定电流IN (10.35/5.9A /Y)n额定转速额定转速nN (额定转
9、额定转差率差率SN)n工作方式工作方式 (定额定额)n温升温升(或绝缘等级或绝缘等级)n电动机重量电动机重量电机名称(类型)电机名称(类型)小型三相异部电小型三相异部电动机动机制造厂名称制造厂名称大连电机厂大连电机厂产品编号产品编号0132出厂年月出厂年月1986年年10月月型号型号Y280S1-4防护型式代号防护型式代号IP44冷却方式代号冷却方式代号ICO141额定功率额定功率75KW额定电压额定电压380V绝缘等级或温升绝缘等级或温升限制限制B级或级或80K转速转速1470r/min定额种类定额种类连续连续S1接法接法型号组成型号组成n1)产品代号部分)产品代号部分n2)规格代号部分)规
10、格代号部分n3)特殊环境代号)特殊环境代号n4)补充代号部分补充代号部分中心高(中心高(mm)132机座机座长度(字母)长度(字母)S M L铁芯铁芯长度(数字)长度(数字)1、2极数极数2、4异步电动机异步电动机Y、YR同步电动机同步电动机T同步发电机同步发电机TF直流电动机直流电动机Z直流发电机直流发电机ZF汽轮汽轮发电机发电机QF水轮水轮发电机发电机SF潜水电机潜水电机Q纺织电机纺织电机F绝缘等级和防护等级绝缘等级和防护等级IPnIPn1 1n n2 2AEBFHC105C120C130C155C180C180C0无防护无防护0无防护无防护150mm固体固体1防滴防滴212mm固体固体2
11、15防滴防滴32.5mm固体固体3防淋水防淋水41mm固体固体4防溅水防溅水5防尘防尘5防喷水防喷水6尘密尘密6防防海浪或强力喷水海浪或强力喷水7浸水浸水8潜水潜水冷却方式和工作定额冷却方式和工作定额n空气冷却:自冷、自扇冷、他扇冷、管空气冷却:自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风道通风n液体冷却液体冷却n闭路循环气体冷却闭路循环气体冷却n表面冷却、内部冷却表面冷却、内部冷却n工作定额工作定额分分S1S8:连续、短时、继续、连续、短时、继续、周期等周期等电动机铭牌上不标的额定数据电动机铭牌上不标的额定数据n额定功率因数额定功率因数cosNn额定效率额定效率N%1003NNNNNconIUPn 额定转
12、矩额定转矩TN n 绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转子额定电流转子额定电流n 通常手册上给出的数据就是额定值通常手册上给出的数据就是额定值解 (1)E1=4.44f1N1 =4.445O3200.0231634V (2)转子绕组开路时,转子电路电流转子绕组开路时,转子电路电流I2=0,转,转子转速子转速n=0,转子绕组电动势频率,转子绕组电动势频率f2=f1=50Hz,故,故转子每相绕组的感应电动势转子每相绕组的感应电动势(即开路电压即开路电压)E20=4.44f2N2=4.44f1N2=4.4450200.023=102V (3)求求 E2N E2N
13、=SN E20=2.9V例例1、有一台三相四极的异步电动机,有一台三相四极的异步电动机,Y连接,其额定技术数据为连接,其额定技术数据为 PN=90kW,UN=380V,IN=229A,电源频率电源频率f=50Hz,额定转差率额定转差率SN=285,定子每相绕组匝数定子每相绕组匝数N1=320,转子每相绕线匝数转子每相绕线匝数N2=20,旋转磁场的每极旋转磁场的每极磁通磁通0.023Wb,试求:试求:(l)定子每相绕组感应电动势定子每相绕组感应电动势E1:(2)转子每相绕组开路电压转子每相绕组开路电压E20:(3)额定转速时转子每相绕组感应电动势额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N。例题例题例
14、例2 有一台三相四极的异步电动机,有一台三相四极的异步电动机,其额定技术数据为其额定技术数据为nN=1440r/min,R2=0.02,X20=0.08,电源频率电源频率f1=50Hz,E20=20V,试求:试求:(l)电动机的同步转速电动机的同步转速n0:(2)电动机启动时的转子电流电动机启动时的转子电流I2st:(3)电动机在额定转速时转子电动势的频率电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N;(4)电动机在额定转速时的转子电流电动机在额定转速时的转子电流 I2N解解 (1)n0=60f1/P=6050/2=1500r/min (2)AXREIst5.24208.002.0202222022
15、202AXSRESINNN4008.004.002.02004.02222022202(3)SN=(n0-nN)/n0=(1500-1440)/1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz(4)四、四、三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图输入定子的电功率输入定子的电功率定子电路中的铜定子电路中的铜损损转子电路中的转子电路中的铜损铜损输入转子的电输入转子的电磁功率磁功率铁损铁损(磁滞磁滞和涡流损和涡流损耗耗)机械损失机械损失功率功率输出的机械功输出的机械功率率23.51112PPPPP电动机的效率电动机的效率NNNP9.07.0 TPTPPPemcu2220电动机的输电动
16、机的输出功率出功率T-电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T2-电动机的输出转矩电动机的输出转矩24.555.9222nPPT5.5.3 3 三相异步电动机的三相异步电动机的转矩与机械特性转矩与机械特性一、一、三相异步电动机的三相异步电动机的转矩转矩直流电动机的转矩直流电动机的转矩2.3atIKT三相异步电动机的三相异步电动机的转矩转矩25.5cos22IKTt21.52202220222222SXRSEXREI22.5cos220222222222SXRRXRR27.5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKT27.5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKT
17、U,U1-定子绕组相电压,电源电压;定子绕组相电压,电源电压;R2-转子每相绕组的电阻;转子每相绕组的电阻;X20-n=0时转子每相绕组的感抗;时转子每相绕组的感抗;K-三相异步电动机的转矩常数。三相异步电动机的转矩常数。二、二、三相异步电动机的三相异步电动机的转矩特性转矩特性ncos2对对T的影响的影响三、三、三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性 nf(T)T=f(S)T-S曲线n=n0n=0Tn=f(T)机机械特性曲线械特性曲线27.5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKT机械特性分类机械特性分类 固有机械特性固有机械特性:异步电动机在:异步电动机在额定电
18、压额定电压和和额定额定频率频率下,用下,用规定的接线方式规定的接线方式,定子和转子电路,定子和转子电路中中不串联任何电阻或电抗不串联任何电阻或电抗时的机械特性时的机械特性 人为机械特性人为机械特性:改变定子电压:改变定子电压U,定子电源频定子电源频率率f,定子电路串入电阻或电抗,转子电路串入定子电路串入电阻或电抗,转子电路串入电阻或电抗等得到的异步电动机的机械特性。电阻或电抗等得到的异步电动机的机械特性。理想空载转速n0n额定工作点T=TNnTN=9.55PN/nNnSN=(n0-nN)/n0 n (0.060.015)nnN=(0.940.985)n0n启动工作点Tst(n=0,s=1)n临
19、界工作点(T=Tmax,s=sm)dT/ds=0 sm=R2/X20 Tmax=KU2/(2X20)27.52202222SXRUSRKT固有机械特性固有机械特性n过载能力系数过载能力系数nm=Tmax/TN m=2.02.2n启动启动能力系数能力系数nst=Tst/TN st=1.01.2n转矩转矩-转差率实用公式转差率实用公式nT/Tmax代入代入 sm=R2/X20 化简化简得得 27.52202222SXRUSRKTn Tmax=KU2/(2X0)nsm=R2/X20 34.5/2maxSSSSTTmm固有机械特性固有机械特性n降低电源电压的人为特性降低电源电压的人为特性32.5231
20、.5/5.5/60202max2020XUKTXRSPfnm电压降低后特性变化的特点电压降低后特性变化的特点:1.n0、Sm不变;不变;2.Tmax大大减小,对大大减小,对U敏感;敏感;3.机械特性变软;机械特性变软;4.TL不变下,不变下,SI温度升高。温度升高。0.25Tmax0.64Tmax人为机械特性人为机械特性 特性变化的特点特性变化的特点:1.n0、Sm不变;不变;2.Tmax比较小的减小比较小的减小(同降压同降压引起引起Tmax下降相比下降相比);3.机械特性变软;机械特性变软;定子电路串入电阻或电抗的定子电路串入电阻或电抗的人为机械特性人为机械特性 特性变化的特点:特性变化的特
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