第四章异步电动机及其控制电路一课件.ppt
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- 第四 异步电动机 及其 控制电路 课件
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1、下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出4.1 三相异步电动机的机构和工作原理三相异步电动机的机构和工作原理4.2 三相异步电动机的特性三相异步电动机的特性4.3 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用4.4 单相异步电动机和特种异步电动机单相异步电动机和特种异步电动机下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出本章要求本章要求:1.1.了解三相异步电动机的基本结构和工作原理;了解三相异步电动机的基本结构和工作原理;2.理解三相异步电动机的特性;理解三相异步电动机的特性;3.掌握三相异步电动机的使用方法;掌握三相异步电动机的使用方法;4.了解单向异步电动机、力矩电动机和直
2、线异步了解单向异步电动机、力矩电动机和直线异步电动机的特点。电动机的特点。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 实现机械能与电能互相转换的旋转机械称为实现机械能与电能互相转换的旋转机械称为电机。电机。把机械能转换为电能的电机称为把机械能转换为电能的电机称为发电机发电机;把电能转换为机械能的电机称为把电能转换为机械能的电机称为电动机电动机。电机按电源电机按电源的种类:的种类:直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机异步电动机异步电动机同步电动机同步电动机下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出1-1-定子绕组定子绕组 2-2-轴承框轴承框 3-3-轴轴 4-4-轴承轴
3、承 5-5-定子铁芯定子铁芯 6-6-机壳机壳 7-7-转子铁芯转子铁芯 8-8-转子导体转子导体 9-9-端环端环 10-10-冷却片冷却片定子定子:产生旋转磁:产生旋转磁场的。主要由场的。主要由机座、机座、定子铁心、定子绕组定子铁心、定子绕组和端盖等组成和端盖等组成。机座是由铸铁或铸机座是由铸铁或铸钢组成。钢组成。定子铁心是定子铁心是电动机电动机磁路的一部分磁路的一部分,由相,由相互绝缘的厚度为互绝缘的厚度为0.5mm0.5mm的硅钢片叠压的硅钢片叠压而成。而成。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出定子绕组是定子的定子绕组是定子的电路部分电路部分,采用漆包线(或,采用漆包线
4、(或丝包漆包线)绕制,共分三组,分布在定子铁心丝包漆包线)绕制,共分三组,分布在定子铁心槽内,在槽内,在空间排列彼此相隔空间排列彼此相隔120o,构成对称的三,构成对称的三相绕组三个绕组的首端接头分别为相绕组三个绕组的首端接头分别为U1、V1、W1表示,其对应的末端接头分别表示,其对应的末端接头分别U2、V2、W2表示表示。可以接成。可以接成星形星形和和三角形三角形。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 转子转子是输出机械转矩。转子主要由是输出机械转矩。转子主要由转子铁心、转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等转子绕组、转轴和风扇等组成。组成。转子铁心是电动机磁路的一部分,由厚度为转
5、子铁心是电动机磁路的一部分,由厚度为0.5mm0.5mm相互绝缘的硅钢片叠压成圆柱形而成。在相互绝缘的硅钢片叠压成圆柱形而成。在其外圆表面冲有均匀分布的平行槽,槽内用来嵌其外圆表面冲有均匀分布的平行槽,槽内用来嵌放转子绕组。放转子绕组。转子绕组根据构造不同,分为转子绕组根据构造不同,分为鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式两种形式。两种形式。笼型转子(图笼型转子(图4-54-5)去掉铁心,整个转子绕组的去掉铁心,整个转子绕组的外形就像一个笼,故称笼型转子。外形就像一个笼,故称笼型转子。绕线式转子(图绕线式转子(图4-6)4-6)的绕组和定子绕组相似,在的绕组和定子绕组相似,在转子铁心槽内嵌放对称的三相
6、绕组,作星形联结。转子铁心槽内嵌放对称的三相绕组,作星形联结。尾端连在一起,首端接三个铜制集电环,通过电尾端连在一起,首端接三个铜制集电环,通过电刷与外电路的可变电阻器相联接,用于刷与外电路的可变电阻器相联接,用于起动或调起动或调速速。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出机座与端盖机座与端盖机座的作用机座的作用主要是固定和支撑定子铁心,另外主要是固定和支撑定子铁心,另外有的异步电动机还依靠机座来散热。有的异步电动机还依靠机座来散热。中小型异步电动机机座一般由铸铁制成。中小型异步电动机机座一般由铸铁制成。对于大容量的异步电动机,一般采用钢板焊接对于大容量的异步电动机,一般采用钢板
7、焊接的机座。的机座。端盖的作用端盖的作用是放置轴承并支撑电动机转子。是放置轴承并支撑电动机转子。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出定子的旋转磁场定子的旋转磁场规定:规定:电流由首端流向末电流由首端流向末端为正值,由末端流向首端为正值,由末端流向首端为负值,流入用端为负值,流入用“”表示表示,流出用流出用“”表示表示。三相定子绕组的分布三相定子绕组的分布在三相异步电动机中通在三相异步电动机中通入三相对称交流电。入三相对称交流电。2sin()2sin(120)2sin(120)UVWuUtuUtuUtU1U2V1V2W1W2L1L2L3i1i2i3下一页下一页章目录章目录返回返回
8、上一页上一页退出退出U1U2V1V2W1U1U2V1V2W1W2W2U1U2V1V2W1W20t 2tt34tU1U2V1V2W1W2下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出一对磁极的旋转磁场当磁场电流变化一周时,旋一对磁极的旋转磁场当磁场电流变化一周时,旋转磁场在空间正好转过一周转磁场在空间正好转过一周。对于。对于50HN的工频的工频来说,转速:来说,转速:116060 50minnfr当旋转磁场具有当旋转磁场具有P对磁极时,旋转磁场转速为:对磁极时,旋转磁场转速为:表表4-11160fnp旋转磁场的转速又称同步转速,旋转磁场的转速又称同步转速,旋转方向是由旋转方向是由电流相序决
9、定的,任意对调两根相线,则旋转电流相序决定的,任意对调两根相线,则旋转磁场将反向旋转。磁场将反向旋转。产生具有一对磁极的旋转磁场。定子绕组采取产生具有一对磁极的旋转磁场。定子绕组采取不同的结构和接法还可以获得不同的结构和接法还可以获得3对、对、4对、对、5对等对等不同极对数的旋转磁场。不同极对数的旋转磁场。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u转子的转动转子的转动同步转速同步转速n1按顺时针方向按顺时针方向转动,设磁场不动,转子转动,设磁场不动,转子与磁场之间存在相对运动与磁场之间存在相对运动,逆时针切割磁力线运动,逆时针切割磁力线运动,用,用右手定则右手定则,判断出导,判断出
10、导体的电流方向,通电导体体的电流方向,通电导体在磁场中受力,用在磁场中受力,用左手定左手定则则,判断受力方向,如图,判断受力方向,如图所示。所示。电磁力电磁力F对转轴形成电磁转矩对转轴形成电磁转矩T,其方向与旋转磁场,其方向与旋转磁场方向一致,于是转子就顺着旋转磁场的方向转动起方向一致,于是转子就顺着旋转磁场的方向转动起来了。来了。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u转差率转差率同步转速同步转速n1与转子转速与转子转速n之差称为转速差,转速之差称为转速差,转速差与同步转速的比值称为转差率,用差与同步转速的比值称为转差率,用s表示。表示。121nnsn转差率是分析异步电动机运行
11、情况的一个重要参转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。取值范围:数。取值范围:异步电动机在正常运转时转差率的数值都比较小异步电动机在正常运转时转差率的数值都比较小,并且变化范围不大。空载时,转子转速与同步,并且变化范围不大。空载时,转子转速与同步转速几乎没有差别。电动机具有很强的自适应能转速几乎没有差别。电动机具有很强的自适应能力。力。例题:例题:4-101s下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电磁转矩是指其转子在三相通电低定子绕组所产电磁转矩是指其转子在三相通电低定子绕组所产生的旋转磁场中受到的电磁力产生的转矩,电磁生的旋转磁场中受到的电磁力产生的转矩,电磁转矩与电磁
12、功率成正比,即转矩与电磁功率成正比,即1()mPTN M111226026060(/)rad snffpp是旋转磁场的同步角速度,异步电动机的电磁转矩与转子电流之间的关系:异步电动机的电磁转矩与转子电流之间的关系:12cosMC其中:为转矩常数,为主磁通,为转子绕组的功率因数。1 22cosMTCI下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出转速转速n与电磁转矩与电磁转矩T的关系,即的关系,即n=f(T)曲线,)曲线,称电动机的机械特性曲线。称电动机的机械特性曲线。T0TmTstTNnmn1nNn稳定工作点稳定区不稳定区u稳定区和不稳定区稳定区和不稳定区当电机工作在一点时,由于当电机工
13、作在一点时,由于外界因素负载增加,此时电外界因素负载增加,此时电磁转矩磁转矩T增加,增加,n下降,使下降,使电路达到稳定。电路达到稳定。电动机在稳定运行时,其电电动机在稳定运行时,其电磁转矩和转速的大小都决定磁转矩和转速的大小都决定于它所拖动的机械负载。于它所拖动的机械负载。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u三个重要转矩三个重要转矩额定转矩额定转矩TN额定转矩是额定转矩是 电动机在额定电压下,以额定转速运电动机在额定电压下,以额定转速运行,输出额定功率时,其轴上输出的转矩。行,输出额定功率时,其轴上输出的转矩。3109550260NNNNNNNPPPTnn最大转矩最大转矩T
14、m最大转矩最大转矩Tm是电动机能够提供的极限转矩。电是电动机能够提供的极限转矩。电动机运行中的机械负载不可超过最大转矩,否则动机运行中的机械负载不可超过最大转矩,否则转矩就越来越低,很快导致堵转。转矩就越来越低,很快导致堵转。mNTT描述电动机的过载能力:过载系数描述电动机的过载能力:过载系数一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为1.82.2下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出起动转矩起动转矩 Tst或或(Tqp)电动机在接通电源被起动的最初瞬间,电动机在接通电源被起动的最初瞬间,n=0,s=1,这时的转矩称为起动转矩。这时的转矩称为起动转矩。如果起动转矩
15、小于负载转矩,即如果起动转矩小于负载转矩,即Tst180电动机的允许温升电动机的允许温升()658090140下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u类型的选择类型的选择三相异步电动机有三相异步电动机有笼型笼型和和绕线转子绕线转子两种类型,如两种类型,如果没有特殊要求,应尽可能采用笼型异步电动机果没有特殊要求,应尽可能采用笼型异步电动机。只有在起动负载大和有一定调速要求,不能采。只有在起动负载大和有一定调速要求,不能采用笼型异步电动机拖动的场合,才采用绕线转子用笼型异步电动机拖动的场合,才采用绕线转子异步电动机。异步电动机。u额定功率(容量)的选择额定功率(容量)的选择在选用电动
16、机功率时,应考虑电动机的实际工作在选用电动机功率时,应考虑电动机的实际工作方式。基本工作方式有方式。基本工作方式有“连续连续”、“短时短时”和和“断续周期断续周期”三种。三种。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出连续工作制(连续工作制(S1)12LNPPPL为生产机械的负载功率为生产机械的负载功率1生产机械本身的效率生产机械本身的效率2电动机与生产机械之间的传动效率电动机与生产机械之间的传动效率直接连接时直接连接时2=1,传动时,传动时2=0.95。短时工作制(短时工作制(S2)我国规定短时工作制的标准持续时间为我国规定短时工作制的标准持续时间为10、30、60、90min等四
17、种。等四种。断续周期工作制(断续周期工作制(S1)实际上常采用类比法和实验法。实际上常采用类比法和实验法。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u额定电压的选择额定电压的选择根据使用场所的电源电压和电动机的功率来决定。根据使用场所的电源电压和电动机的功率来决定。一般三相异步电动机采用一般三相异步电动机采用380V,单相电动机选用,单相电动机选用220V。u额定转速的选择额定转速的选择u结构的选择结构的选择通常采用较多的是同步转速为通常采用较多的是同步转速为1500r/min的异步电的异步电动机(动机(4极)。极)。结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等几种结构有开启式、防护式、封
18、闭式和防爆式等几种,应根据电动机的工作环境进行选择。,应根据电动机的工作环境进行选择。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电动机的起动就是把电动机的定子绕组与电源接电动机的起动就是把电动机的定子绕组与电源接通,使电动机的转子有静止加速到以一定转速稳通,使电动机的转子有静止加速到以一定转速稳定运行的过程。由于异步电动机的起动电流大而定运行的过程。由于异步电动机的起动电流大而起动转矩较小,故常采取一些措施来减小起动电起动转矩较小,故常采取一些措施来减小起动电流,增大起动转矩。流,增大起动转矩。异步电动机的起动方法通常有以下几种:异步电动机的起动方法通常有以下几种:u直接起动直接起动
19、容量在容量在4KW以下的三相异步电动机一般都采用直以下的三相异步电动机一般都采用直接起动。满足以下公式电动机可以直接起动:接起动。满足以下公式电动机可以直接起动:344AKVAAKW直接起动的起动电流()电源电压器总容量()电动机额定电流()电动机功率()下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u减压起动减压起动就是借助起动设备将电源电压适当降低后加在定子就是借助起动设备将电源电压适当降低后加在定子绕组上进行起动,待电动机转速升高到接近稳定时绕组上进行起动,待电动机转速升高到接近稳定时,在使电压恢复到额定值,转子正常运行。,在使电压恢复到额定值,转子正常运行。Y-起动起动Y-起动时
20、的起动电流是起动时的起动电流是联结直接起联结直接起动电流的动电流的1/3。适用与正常工作时为适用与正常工作时为联结的电动机。联结的电动机。13stYLYstLIUZIUZ自耦减压起动自耦减压起动自耦减压起动时,电动机定子电压降与定子电流为自耦减压起动时,电动机定子电压降与定子电流为直接起动时的直接起动时的1/K,而电压器一次电流降为直接起,而电压器一次电流降为直接起动时的动时的1/K2,由于,由于T与与U2成正比,故起动转矩也降成正比,故起动转矩也降为直接起动时的为直接起动时的1/K2。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出软起动软起动软起动是近年来随着电力电子技术的发展而出现软
21、起动是近年来随着电力电子技术的发展而出现的新技术,起动时通过软起动器的新技术,起动时通过软起动器(一种晶闸管调压一种晶闸管调压装置)使电压从某一较低值逐渐上升至额定值。装置)使电压从某一较低值逐渐上升至额定值。UUN直接起动Y-起动软起动O0.6UN0.1UNUN/3直接起动Y-起动软起动n0T起动电压起动电压起动转矩起动转矩下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出u绕线转子异步电动机的起动绕线转子异步电动机的起动对于绕线转子异步电动机可以采用转子加电阻的对于绕线转子异步电动机可以采用转子加电阻的方法起动。方法起动。T0Tmnmn1nR2R2R2Tst Tst频敏变阻器起动频敏变阻
22、器起动T0n1n自然特性接频敏变阻器特性下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出调速是指在电动机负载不变的情况下人为地改变调速是指在电动机负载不变的情况下人为地改变电动机的转速。电动机的转速。1601(1)fnsnsp()u变极调速变极调速改变三相异步电动机定子绕组的联结,可以改变改变三相异步电动机定子绕组的联结,可以改变磁极对数,从而得到不同的转速。不能实现无级磁极对数,从而得到不同的转速。不能实现无级调速。调速。u变频调速变频调速改变三相异步电动机的电源频率,可以得到平滑改变三相异步电动机的电源频率,可以得到平滑的调速。连续改变电源频率可以实现大范围的无的调速。连续改变电源频率
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