機電傳動控制完整版.doc

。 機電傳動控制教案學(xué)院、系： 機械電子工程學(xué)院機電系 任課教師： 任有志 授課專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化課程學(xué)分： 課程總學(xué)時： 60學(xué)時 課程周學(xué)時： 2006年2月20日機電傳動控制教學(xué)進程周次課次章 節(jié)計劃學(xué)時教學(xué)手段教學(xué)環(huán)境223344556677889910101111121213131414151516161212121212121212121212121212121.11.21.32.12.32.4 3.13.2 3.33.43.53.6 5.15.25.35.45.45.55.75.8 6.16.26.3 6.46.5 6.77.17.2 7.37.47.5 7.6電動機原理習(xí)題討論課8.1 8.1 8.2 實驗課 繼電器接觸器控制實驗習(xí)題討論課：8.3 8.49.1 9.2 實驗課：可編程序控制器認(rèn)識實驗9.3 9.3實驗課：可編程序控制器編程練習(xí)10.1 10.210.310.5 10.6實驗課：晶閘管特性及觸發(fā)原理11.1 11.211.3 11.412.1 13.1 13.2 13.3 13.4 實驗課題討論課222222222222222222222222222222講授講授講授講授講授講授講授講授輔導(dǎo)講授講授講授指導(dǎo)輔導(dǎo)講授講授指導(dǎo)講授指導(dǎo)講授講授指導(dǎo)講授講授講授講授講授講授指導(dǎo)輔導(dǎo)多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室機電實驗室多媒體教室多媒體教室多媒體教室機電實驗室多媒體教室機電實驗室多媒體教室多媒體教室機電實驗室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室多媒體教室機電實驗室多媒體教室-可編輯修改-。第 1 次課 2 學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：本次課題（或教材章節(jié)題目）： 1.1目的和任務(wù)1.2發(fā)展概況1.3內(nèi)容安排2.1運動方程式2.3生產(chǎn)機械的機械特性2.4 穩(wěn)定條件教學(xué)要求： 了解機電傳動的目的、任務(wù)和發(fā)展概況，掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程、各種生產(chǎn)機械的特性和機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。重 點：機電傳動系統(tǒng)的運動方程、各種生產(chǎn)機械的特性、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。難 點：機電傳動系統(tǒng)的運動方程、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。教學(xué)手段及教具： 多媒體教學(xué)講授內(nèi)容及時間分配：1.1、1.2、1.3 0.5學(xué)時2.1、2.3、2.4 1.5學(xué)時課后作業(yè)習(xí)題2.10、2.11參考資料第一章 概述1.1機電傳動的目的和任務(wù)1. 傳動運動的傳遞（能量）傳動的分類（按機械動能傳遞方法）（1）機械傳動a.齒輪b.杠桿如：自行車驅(qū)動力、鏈傳動c.皮帶d.機構(gòu)等剎車、連桿機構(gòu)傳遞力或力矩（機械能）（2流體傳動a.液壓與氣動（壓力能）b.液力傳動（流體動能）（3）機電傳動(電力拖動)（4）另外還有其它的傳動方式。注：有時，在一個生產(chǎn)機械中由幾種傳動形式聯(lián)合工作。2.機電傳動（本課程研究的內(nèi)容）以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的傳動系統(tǒng)服務(wù)對象：各種生產(chǎn)機械電能 機械能電動機生產(chǎn)機械它是一種由電能轉(zhuǎn)變成機械能的傳動系統(tǒng)，所以有時也稱為電力傳動或電力拖動3. 機電傳動控制目前：由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)機械的自動化程度和生產(chǎn)精度不斷提高，所以要求機電傳動系統(tǒng)不僅完成能量轉(zhuǎn)換的工作還要對傳動過程進行控制。本課程所研究的就是這二部分內(nèi)容。傳動及控制所以課程名稱叫機電傳動控制4. 機電傳動控制的任務(wù)控制 電動機 驅(qū)動生產(chǎn)機械設(shè)備，實現(xiàn)具體的工作要求舉例：天車的吊起、制動 機床切削過程電梯平穩(wěn)升降及定位 軋機的換向等1.2機電傳動發(fā)展概況簡單的可以分為： a.成組拖動（傳動）b.單電機拖動c.多電機拖動三個階段從控制系統(tǒng)的功率器件上分類：a.接觸器和繼電器時代b.電機放大機及磁放大機時代c.可控硅（晶閘管）另外，由于計算機技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了a.模擬控制b.數(shù)字控制（數(shù)控機床）1.3 內(nèi)容安排1.機械電子專業(yè)是一個以機為主機電結(jié)合的專業(yè),課程設(shè)置（具了解）基本上是這樣的電路基礎(chǔ)電學(xué)基礎(chǔ)模擬電子電子技術(shù)（弱電）數(shù)字電子計算機技術(shù)機電傳動控制包括了所有應(yīng)掌握的強電內(nèi)容用以上四門課程取代了機械專業(yè)的電工學(xué)課程。2.本門課包括以下幾個方面：（1）電機原理及特性:交、直、特殊、三七章（2）電器及控制： 接觸器，繼電器;保護及控制器八章（3）可編程序控制器：（PC）原理及應(yīng)用九章（4）可控硅原理及應(yīng)用:晶閘管十章（5）調(diào)速系統(tǒng):交流、直流,電力拖動十一、十二章（6）步進電機調(diào)速系統(tǒng):自動化十三章3.課程特點綜合性比較強（面寬）實踐性比較強 與生產(chǎn)實踐聯(lián)系較強（教學(xué)實驗）4.教學(xué)實驗計劃開五個：5.學(xué)時安排：由于作者建議用90學(xué)時講授，實際他用大約70學(xué)時我們目前安排了60個學(xué)時。教學(xué)實驗 建議開八個實際開出了五個我們目前條件可開六個但學(xué)時數(shù)的關(guān)系開五個第二章 機電傳動的動力學(xué)基礎(chǔ)2.1運動方程式1.對于一個電動機輸出軸上的運動情況有Tm電機的輸出扭矩TL電機的負(fù)載扭矩為角速度J轉(zhuǎn)動慣量n為轉(zhuǎn)速k為常數(shù)2.意義：Tm與TL之差將產(chǎn)生加速度當(dāng)TmTL時，加速當(dāng)TmTL時，減速當(dāng)Tm=TL時，勻速（平衡）3.Tm與TL的正反。以轉(zhuǎn)速的方向為準(zhǔn)（n）Tm：與n同向時為正（拖動）反之為負(fù)（制動）TL：與n反向時為正（制動）反之為負(fù)（拖動）解釋：提升重物升：Tm為正，TL正降：TL為負(fù)，Tm負(fù)（制動）第5頁2個圖2.3生產(chǎn)機械的機械特性機械特性： 生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)軸（電機軸）上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。分為以下幾種2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩機械特性特點： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，TLC 可分為:反抗（摩擦）與n同號（總制動）位能方向一定反抗轉(zhuǎn)矩 位能轉(zhuǎn)矩 離心風(fēng)機特性例切削力 吊重物2.3.2 離心風(fēng)機特性特點：Tc=cn2與轉(zhuǎn)速平方成正比2.3.3 直線型特性特點:TLcn 2.3.4 恒功率型特性特點:TLc/n直線型 恒功率型2.4 機電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件電動機的機械特性是Tm=f(n) 曲線及驅(qū)動扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系生產(chǎn)機械的機械特性是TLf(n)曲線及負(fù)載扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系當(dāng)電動機作為生產(chǎn)機械的原動機（動力源）時，兩個函數(shù)中的n為同一個參數(shù)。在運行中由運動方程式可知，要想穩(wěn)定運行，速度應(yīng)勻速不變及TLTm時及是穩(wěn)定的一個條件,所以系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件之一是1、電動機和生產(chǎn)機械的機械特性曲線應(yīng)有交點此處：Tm=TL（勻速）例：曲線1和2，附合這個條件,有a、b交點曲線1和3，不附合另外，應(yīng)有抗干擾能力:當(dāng)有外來干擾時會引起n變化當(dāng)干擾消失后，n應(yīng)恢復(fù)原狀態(tài)所以另一個穩(wěn)定條件是:2、當(dāng)有外加干擾使n變化時，干擾消除后n應(yīng)能自行恢復(fù)到原狀態(tài)。這件條件的判斷原則是:當(dāng)nTmTL由運動方程看當(dāng)干擾使n時,干擾消除后希望n這時如Tm-TL0則正加速例：a,b兩點a點，當(dāng)n時 TmTm當(dāng)干擾消除后由于在n處Tm-TL0,所以n到n直到a點處平衡第 2 次課 2 學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：機電傳動系統(tǒng)的運動方程、各種生產(chǎn)機械的特性、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。本次課題（或教材章節(jié)題目）： 3.1直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理3.2直流發(fā)電機3.3直流電動機的機械特性教學(xué)要求： 掌握直流電機的基本工作原理及特性，特別時直流電動機的機械特性。重 點：直流電機的基本工作原理及特性。難 點：直流電機的基本工作原理及特性。教學(xué)手段及教具： 多媒體教學(xué)講授內(nèi)容及時間分配：3.1、3.21學(xué)時3.31學(xué)時課后作業(yè)習(xí)題3.3、3.4、3.5、3.6參考資料第三章直流電機的工作原理電機的分類：a發(fā)電機，電動機b直流，交流、步進特點：直流電動機：可以實現(xiàn)無級調(diào)速（優(yōu)點）,在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中應(yīng)用多交流電動機：簡單、 便宜、但調(diào)速復(fù)雜步進電動機：用脈沖工作、易于數(shù)字控制直流發(fā)電機：一般用來為直流電動機配套；但可控硅取代很多的發(fā)電機3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和原理3.1.1直流電機的結(jié)構(gòu)主要部件：勵硅繞組（定子線圈）用來產(chǎn)生磁場電樞繞組（轉(zhuǎn)子線圈）通有工作電流換向器 保持電樞繞組的電流方向不變鐵芯（定子、轉(zhuǎn)子）導(dǎo)磁及支撐作用：簡述其它：略3.1.2 直流電機的基本工作原理以單個電樞繞組線圈為例說明一、發(fā)電機（根據(jù)右手定則）勵磁繞組通電產(chǎn)生一磁場A點總與N極側(cè)的一邊相連B點總與N極側(cè)的一邊相連轉(zhuǎn)子（電樞線圈）由原動機拖動， 以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動這時，N邊切割磁力線產(chǎn)生電勢指向外S邊切割磁力線產(chǎn)生電勢指向內(nèi)AB兩點就產(chǎn)生了電勢EKen當(dāng)有負(fù)載RL時，就產(chǎn)生電流I這時， EKen二、電動機（根據(jù)左手定則）在AB兩點加電壓，在電樞中產(chǎn)生電流I則N邊受力, S邊反向受力，形成轉(zhuǎn)矩 TKmIa電樞轉(zhuǎn)動后，切割磁力線產(chǎn)生反電勢 EKen當(dāng)n到一定值后，Ia=（U-E）/Ra 滿足T后穩(wěn)定下來。注:在發(fā)電機中EKen是輸出電勢當(dāng)Ia0時，TKmIa（負(fù)載轉(zhuǎn)矩）為原動機負(fù)載,既Ia為負(fù)載在電動機中 TmKmIa 為輸出動力EmKen 為反電勢當(dāng)Tm 大 n TM-TL=J(d/dt)EM (U-EM) Ia=(U-EM)/Ra TMTM 是負(fù)載3.2 直流發(fā)電機對于直流電機按其勵磁方法分為以下幾種情況:他勵：磁繞組有獨立的電源與電樞無關(guān)并勵：勵磁繞組與電樞并聯(lián)串勵：勵磁繞組與電樞串聯(lián)復(fù)勵：有串也有并勵3.2.1他勵發(fā)電機1.電原理圖由于獨立Uf, If所以負(fù)載電流I電樞電流Ia2. 空載特性當(dāng)發(fā)電機空載（Ia=0）及轉(zhuǎn)速（n）不變時，輸出電勢與勵磁電流的關(guān)系曲線當(dāng)If小時直線（不飽和） If大時， 彎曲（開始飽和） If更大， 平直（飽和，不變）3. 外特性曲線當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速（n）和勵磁（）不變時，輸出電壓（U）與負(fù)載電流(I)之間的關(guān)系曲線注：當(dāng)IaRaIaU=E-IaRa3.2.2并勵發(fā)電機1.電原理圖：由于If電原理圖由電路原理公式，推導(dǎo)出nUKe-RaKeKtTn0 - n說明：n0與輸出轉(zhuǎn)扭T無關(guān)所以稱為理想空載轉(zhuǎn)速; 而n反映負(fù)載對轉(zhuǎn)速的影響,是負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速誤差機械特性:（If）勵磁電流與電樞電壓（U）不變時轉(zhuǎn)速(n)與扭矩(T)的關(guān)系曲線由上式可知機械特性如圖機械特性硬度:dT/dn對于電機按值分類如下:絕對硬度=硬10軟10三種在生產(chǎn)中都有應(yīng)用機械特性分固有機械特性和人為機械特性固有：在額定條件下（n）與(T)的關(guān)系人為：人為改變參數(shù)時得到的機械特性, 如改變U，串聯(lián)電阻R等Tn（一）他勵直流電動機的固機械特性 由nUKe-RaKeKtTTnn0（二）人為機械特性1. 電樞串電阻由：nUKe-Ra+KeKtTn0TnIfMIa+_URfRE這時n0 不變，而n則增加，特性如圖2.改變電壓時（U）n0UKe這時n0受電壓變化而改變，而n則因與電壓無關(guān)所以不變，特性如圖3.改變磁通由于磁飽和和線圈的原因只能減小 RaU由TKeKm-KenTnn0當(dāng)下降時n0上升,同時n也增加當(dāng)太小時反電勢 E=Ken 當(dāng)TL大時Ia=(U-E)/Ra燒壞當(dāng)TL小時E=Ken 因為所以n飛車所以不能太多（并勵比較人為特性降壓時U）3.3.2串勵電動機MIa=If+_UETn這時Ia=If從而有1. 當(dāng)T因為If=Ia也小（TKmIa）2. 當(dāng)T大時If=Ia；飽和，平坦3. 不能空載（飛車）特點：起動扭矩大用于吊車電車的驅(qū)動起動時特性軟。3.3.3 復(fù)勵有串，他(并)勵兩個繞組具有兩者的優(yōu)點，可根據(jù)要求來設(shè)計，串、并磁場強度來達到所需的值第 3 次課 2 學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：直流電機的基本工作原理、直流他勵電動機的固有機械特性和人為機械特性本次課題（或教材章節(jié)題目）： 3.4直流他勵電動機的啟動特性3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性3.6直流他勵電動機的制動特性教學(xué)要求： 掌握直流他勵電動機的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性重 點： 直流他勵電動機的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性難 點：直流他勵電動機的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性教學(xué)手段及教具： 多媒體教學(xué)講授內(nèi)容及時間分配：3.4、3.5、1學(xué)時3.61學(xué)時課后作業(yè)習(xí)題3.10、3.16、3.17、3.18參考資料3.4 直流他勵電動啟動特性1. 電動機的啟動就是使n從0nN的過程啟動初期 n=0; E=Ken=0（反電動勢）這時： Ia=(U-E)/RaU/Ra 一般Ra（電樞直流電阻）很小，以減小工作中的損耗和發(fā)熱（Ia2Ra是發(fā)熱量）所以這時Ia將很大,達10-20IN結(jié)果可能會引起（1）換向器打火（2）產(chǎn)生很大的力矩，對負(fù)載產(chǎn)生沖擊（3）電路的保護器無法設(shè)計2. 所以一般的直流電動機不允許直接啟動在啟動時設(shè)法限制電樞電流一般的有以下兩 種方法（1）降壓啟動使U從小到大逐漸增加到U（2）電樞回路串聯(lián)電阻啟動注:對于降壓啟動需要電源電壓可調(diào)。3. 電樞串聯(lián)電阻啟動（1）單段（串聯(lián)一級電阻）IfMIa+_URfKME當(dāng)啟動時KM斷，這時從Tst開始按a變化當(dāng)?shù)絋L時，KM合，由于n 不能突變，所以從A到B點產(chǎn)生沖擊T比較大，這時，有較大的Ia和T（2）多段KMKMKMIfMIa+_URfE如圖所示3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性電動機的調(diào)速是指電動機的外負(fù)載（T）不變的情況下，人為的改變電動機的工作參數(shù)，使工作速度發(fā)生變化的情況。速度調(diào)節(jié)：因生產(chǎn)機械提出的變速要求：如汽車、車床速度變化：由于T的變化引起（系統(tǒng)的特性決定）TLTLnTnn例如：自行車調(diào)整變速器（變速比）如圖所示:當(dāng)TLTL時這時速度變化nn由于電動機有:nUKe-Ra+RKeK tT當(dāng)T不變時，影響的參數(shù)有 U, , Ra所以調(diào)速的方式可以有以下三種，變電壓U;變磁通;變電阻R一、串聯(lián)電阻調(diào)速R1TLn2R2n1nn3R3TR3R2R1在電樞回路中串聯(lián)電阻Rd 改變其機械特性，引起調(diào)速由圖可知：當(dāng)R時n（TL不變）特點：1、當(dāng)R時機械特性變軟2、TL越小,n（速度變化）越小不同TL,調(diào)速范圍不一樣3、電阻耗能大（發(fā)熱）由于Ia比較大，當(dāng)R時I2R4、不易實現(xiàn)無級調(diào)速(大功率變阻器)5、調(diào)速的設(shè)備比較簡單（分級調(diào)節(jié)）U1TLnU2nnTU2U1一般不常用這種方式二、變電樞電壓調(diào)速當(dāng)U改變時，n0變當(dāng)T不變時,UU nn特點：1、當(dāng)U改變時，引起n0變化這時n不變所以不變，是一組平行線2、不同的TL時，調(diào)速范圍一樣（n）3、當(dāng)n電源功率也 節(jié)能4、通過專門的電源，可實現(xiàn)無級調(diào)速5、啟動不需其它的設(shè)備（用降既可實現(xiàn)6、電源設(shè)備，需要專門設(shè)計，現(xiàn)已配套用直流電動機的調(diào)速中，主要采用這種形式三、改變磁通調(diào)速由電機人為特性可知：可以改變勵磁電流If由于磁路已飽和（額定處）If時不變,所以只能在n0,位于二四相限TM反方向 n=n0+n特點:轉(zhuǎn)速較高.舉例說明:放下重物3.6.2反接制動一.電源反接制動原理:將電源反接產(chǎn)生制動(短時)特點:電流大應(yīng)串限流電阻,(U+E)/Ra=Ia時間長會引起反轉(zhuǎn)二.倒拉反接制動原理:增大Ra,交點在四相限,反轉(zhuǎn)時才輸出足夠的扭矩Tm與負(fù)載平衡(位能扭矩)特點:調(diào)整Ra可改變制動的速度舉例:提升重物3.6.3能耗制動原理:樞斷電后,串聯(lián)電阻短路連接.n不為0時,產(chǎn)生Ia,及T=KeIa的制動轉(zhuǎn)矩R1R2R2R1特點:調(diào)整電阻大小可改變制動性能舉例:反抗轉(zhuǎn)矩 不會反向啟動位能轉(zhuǎn)矩 速度穩(wěn)定第 4 次課 2 學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：流他勵電動機的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性本次課題（或教材章節(jié)題目）：5.1異步電動機的結(jié)構(gòu)和原理5.2異步電機的定子和轉(zhuǎn)子5.3三相異步電機的轉(zhuǎn)矩與機械特性5.4三相異步電機的啟動特性教學(xué)要求： 了解異步電動機的基本結(jié)構(gòu)，掌握異步電動機的工作原理、機械特性、啟動特性重 點：異步電動機的工作原理、機械特性、啟動特性難 點：異步電動機的工作原理、機械特性、啟動特性教學(xué)手段及教具： 多媒體教學(xué)講授內(nèi)容及時間分配：5.11.0學(xué)時 5.20.2學(xué)時5.30.5學(xué)時5.40.3學(xué)時 課后作業(yè)習(xí)題 5.1、 5.3、 5.6參考資料第五章 交流電動機的工作原理交流電機分：異步電動機:三相 單相 同步電動機:異步電動機：結(jié)構(gòu)簡單、便宜,是應(yīng)用最多的一種電動機同步電動機：特性絕對硬,可以作為發(fā)電機使用5.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)定子、中間裝有定子繞組及定子、鐵芯、外殼轉(zhuǎn)子、有的裝繞組（有的是籠式）其它參見書略5.1.2三相異步電動機的工作原理工作原理：基于定子線圈能夠產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，假設(shè)有一個旋轉(zhuǎn)磁場來分析NSn0FF如圖中N、S的磁場以n0旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子則切割磁力線而產(chǎn)生電流（右手定電流I方向）電流在磁場中切割磁力線而產(chǎn)生力及力矩（左手定方向）它與n0方向相同,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中，n比n0小原因：轉(zhuǎn)子力矩TmKmIZ其中為旋轉(zhuǎn)磁場磁通轉(zhuǎn)子電流IZ=eZ/RZ其中RZ為轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電勢eZ=Ken其中n= n0-n 轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線的相對轉(zhuǎn)速當(dāng)n = n0時，eZ=0, IZ=0 ,Tm0 n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）實際由于Tm不等于0;所以n 由以上分析可知n= n0-n不等于0是保證交流電機運轉(zhuǎn)的一個重要條件所以稱為異步電動機以轉(zhuǎn)差率來表示他的運行情況:S=(n0-n)/ n0對于一般的異步電機（籠型）轉(zhuǎn)子電阻RZ很小所以只需不大的S就能產(chǎn)生大的IZ和Tm一般的在額定轉(zhuǎn)速時S為0.0150.06比較小5.1.3三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場以上是基于在電機中有一個旋轉(zhuǎn)磁場為根據(jù)分析的，這一節(jié)我們分析旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生一、由于三相電源，所以定子中有三相繞組（120夾角）ZYXCBAABCXYZICIBiAZYXCBA對于三相繞組中的電流也差120如圖ZYXCBAt180ZYXCBAt120ZYXCBAt60ZYXCBAt0由圖分析當(dāng)電角度t0時的合成磁場方向為0iA=Isin(t): i=Isin(t+120): iC=Isin(t+240)當(dāng)t0 iA=0; i=-A; iC=A 磁場位置0度當(dāng)t60 iA=A; i=-A; iC=0磁場位置轉(zhuǎn)60度當(dāng)t120 iA=A; i=0; iC=-A磁場位置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)120度依此類推下去，可知當(dāng)三相交流電在定子繞組中產(chǎn)生三相電流后，則三相繞組電流的合成磁場是旋轉(zhuǎn)的。iAiBiC2二、旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)τ贏BC三繞組如果將任意兩根對調(diào)，則經(jīng)分析可知向反方向旋轉(zhuǎn)（請同學(xué)自己分析）作業(yè)對于交流異步電動機當(dāng)需要反向時只需對調(diào)兩根電源線既可（三根中任意）三、旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度1、上面討論時在電機中有一對磁極（二極）它的極對數(shù)為 p1這時電流變化一個周期，磁場轉(zhuǎn)一圈所以:磁場旋轉(zhuǎn)速度（同步）為電源頻率f（50Hz）60=3000r/min2、當(dāng)把定子線圈做成兩組（A，A，B，B、C、C）各自串聯(lián)時，如圖 這時各相繞組夾角60當(dāng)t0時 , 磁場方向0度t =60時, 磁場方向30度t=120時, 磁場方向60度這時有兩對N、S磁極既p2當(dāng)t轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)/2所以這時磁場旋轉(zhuǎn)速度=60f/2=1500r/min注：由于A、B、C的各相空間夾角為60=120/2所以當(dāng)電源變化一個周期時，磁場只轉(zhuǎn)半圈既圈/2極對數(shù)及極數(shù)：極對數(shù) p極數(shù)（磁極數(shù)）2p一般的對于對于p2的電機稱為四極電機人們通常以極數(shù)稱呼電機，各種極數(shù)的電機的n02極（p1）n03000（）4極（p2）n01500（）6極（p3）n01000（）8極（p4）n0750 （）一般的額定轉(zhuǎn)速低于這個值，如4極電機區(qū)1450左右5.1.4定子繞組的線連接方式在三相電機的接線盒中有六個端子D1、D2、D3、D4、D5、D6首端D1，2，3末端D4，5，6對于電動機有星形（Y）和三角形接法（）對于星形Y對于形對于一個電動機應(yīng)根據(jù)銘牌和電源決定接法如三相電源380V時電機繞組是220V時，應(yīng)接法電機繞組是380V時，應(yīng)接法一般的銘牌都給出了接法及對應(yīng)電壓如Y/，380/220 , 380V2143652143655.2三相異步電動機的定子和轉(zhuǎn)子電路5.2.1定子電路分析過程略:結(jié)論:定子電路的感應(yīng)電動勢有效值 E1=4.44f1N1(切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生)定子電流頻率f1=f電源頻率定子電壓UE1 (不考慮漏磁)5.2.2 轉(zhuǎn)子電路分析 R2，X2結(jié)論:轉(zhuǎn)子電流頻率f2=Sf1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢有效值 E2=4.44f2N2=4.44Sf1N2切割旋轉(zhuǎn)磁場速度n=n0-n啟動時S=1 E20=4.44Sf1N2=4.44f1N2常數(shù)E2=SE20轉(zhuǎn)子感抗 X2=2f2L2=2Sf1L2啟動時S=1X20=2Sf1L2=2f1L2(最大)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)COS2=R/當(dāng)n=0時COS2最大當(dāng)n=nN時COS2最小5.2.3額定值1.型號：2.額定功率: P3.額定電壓: U4.額定頻率: f5.額定電流:I6.額定轉(zhuǎn)速:n7.工作方式:連續(xù),短時重復(fù),短時8.溫升:絕緣等級9.重量:10.額定功率因數(shù)COS211.額定效率12.額定轉(zhuǎn)矩:啟動,最大13.線繞轉(zhuǎn)子電動機的滑環(huán)靜止電壓和電流電動機的額定轉(zhuǎn)矩PN.M=9.55PW/nr/min作業(yè)：5.15.25.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械由于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是它的輸出，所以要研究電動機的機械特性Tn的關(guān)系5.3.1三相異步電動轉(zhuǎn)矩一、轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)COS2對輸出扭矩T的影響1、 當(dāng)i與E同相,即電感為零時在每一磁極下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線電流同方向2、 當(dāng)電阻為零時，i滯后E 90度在每一磁極下面的導(dǎo)線電流一半對一半3、 當(dāng)COS2Tmax以過載能力系數(shù)m來表示m=Tm/TN一般鼠籠式為1.82.221線繞式2.52.2二、人為機械特性人為改變參數(shù)（U，R或X1，R2等）1、降低電源電壓U當(dāng)U下降時Tmax下降Tst下降n0 Sm nm不變這時曲線變化如圖右2、定子電路串電阻電抗（感）這時由于阻抗的分壓作用使得U下降所以與上面相似：區(qū)別是阻抗分壓與電流大小有關(guān)，這時定子電壓是變化的（1）U下降（2）串電阻3、改變電源頻率當(dāng)改變f時，n0變化但由于X1，X20都變化不能只改變f 一般使 U/fConst這時ncf Sm1/f Tst1/f Tmax不變fn0SmTstTmax不變4、轉(zhuǎn)子串電阻只有線繞式的轉(zhuǎn)子能實現(xiàn)這時Tmax 不變 Sm5.4三相異步電動啟動特性對于三相異步電動機啟時，應(yīng)保證:1、有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，TM TL 能夠正常啟動2、啟動電流不會對電網(wǎng)造成大的沖擊-使電壓下降過多（影響其它電機工作）一般希望電流越小越好（在能啟動的情況下）另外:滿足啟動過程平滑、安全簡單、節(jié)能等實際上，當(dāng)電動機在啟動工作初期、 由于n0 轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度n0-n= n0轉(zhuǎn)子感生電動勢E 大啟動電流也大 達57倍這時Cos不大所以Tst 不大5.4.1鼠籠式異步電動機的啟動方法一、直接啟動（全壓啟動）就是啟動時，電動機直接加電網(wǎng)電壓，這時啟動電流比較大所以不是所有的電機都可能這樣使用。1、 一般的，當(dāng)有獨立的變壓器供動力電時當(dāng)電機功率30%變壓器功率時（頻繁）電機功率KM1合KM3合KM2開 這時Y接法繞組電壓220V（啟動電壓）KM3開KM2合KM1合 這時接法繞組電壓380V(工作電壓)這時啟動電流I是直接啟動的1/3啟動扭矩T是直接啟動的1/3特點：1、啟動電流小，所需設(shè)備簡單2、力矩小，適于空載啟動（輕載）3、電機額定電壓必須是380V形接法4、有專門的Y啟動器四、自耦變壓器降壓啟動聯(lián)接方法如圖右 工作過程：KM1開，KM2，KM3合 變壓器降壓啟動KN2/N1對于自耦變壓器工作于降壓方式時電壓U2KU1電流I1I2I（K*I2）：U1/U2=N1/N2=I2/I1=1/K圖示于單相的工作情況由于U2KU I2K*I（I為全壓U時的工作電流）這時，I1K*I2K2*I（原邊電流只有實際啟動電流的K2倍）啟動扭矩，T2K2Tst（因為：U2KU，而 T U2）當(dāng)KM1合，K2，KM3分時： 電機正常工作特點：1、在相同的啟動電流下，從電網(wǎng)吸取的電流減小，即T相同時，I下降2、自耦變壓器副邊有多個抽頭，所以啟動電壓可選 3、啟動設(shè)備多且體積大，成本比較高4、不適于頻繁啟動（過電流工作）5、有一定的啟動轉(zhuǎn)矩（適用輕載）6、用在不能Y啟動的場合，（Y形接法工作的電機）第 5 次課 2 學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：異步電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、啟動特性本次課題（或教材章節(jié)題目）： 5.4三相異步電動機的啟動特性5.5三相異步電動機的調(diào)速特性5.7單相異步電動機5.8同步電動機教學(xué)要求： 掌握三相異步電動機的調(diào)速特性；了解單相異步電動機工作原理和啟動方法；了解同步電動機的工作原理、特點及應(yīng)用重 點：三相異步電動機的調(diào)速特性難 點：三相異步電動機的調(diào)速特性教學(xué)手段及教具： 多媒體教學(xué)講授內(nèi)容及時間分配：5.4、5.51學(xué)時5.7、5.81學(xué)時課后作業(yè)習(xí)題5.9、 5.11 參考資料5.4.2 線繞式電動機的啟動方法線繞電機，由于轉(zhuǎn)子繞組可在啟動時串聯(lián)電阻改善特性所以有比較大的啟動轉(zhuǎn)矩和比較小的啟動電流它的啟動方法有兩種一、逐級切除啟動電阻法由人為特性我們知道R2改變時，TmC，Sm改變由于（Cos2改變）Tst改變， 所以：R2，Tst接線如圖右：特點：1、與直流電機啟動類似 用繼電器切換2、由于啟動時，R2R2RARB 所以，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)Cos2 有較大的啟動轉(zhuǎn)矩3、適于帶載啟動二、頻敏電阻法在三相轉(zhuǎn)子中串接實心電抗器工作過程：1、當(dāng)啟動時：n0轉(zhuǎn)子電流頻率 f2=f1 較高所以感應(yīng)電勢E高，同時鐵損（渦流發(fā)熱產(chǎn)生）大 相當(dāng)于電阻R損大2。當(dāng)n后S f2=Sf1所以 ER損3、當(dāng)n=nN后f2很小E0 R損0 可用開關(guān)短路（離心）所以稱實心電抗器為頻敏電阻一般為使X R損所以匝數(shù)不多特點：1、不用人工切換電阻（自動啟動）2。連續(xù)調(diào)節(jié)電阻變化啟動過程平滑3。由于電抗器的電感性質(zhì)，使啟動時功率因數(shù)Cos2略有下降5.7單相異步電動機5.7.1單相磁場單相電動機的研究基礎(chǔ)是：單相交變磁場可分解成兩個旋向相反大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。單相磁場的頻率為f時,其磁場轉(zhuǎn)速為:n0=60f/p 與三相相同當(dāng)轉(zhuǎn)子（籠型）放在磁場中時,由于受兩個方向相反大小相似的扭矩，所以不能轉(zhuǎn)動動。當(dāng)外力使它轉(zhuǎn)動后，同向磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的電流頻率為（n0-n）f1/n0反向磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的電流頻率為（n0+n）f1/n0由于反向電流的頻率高,所以XL電抗大（反電勢大于感應(yīng)電勢）無法產(chǎn)生電流。同向電流則由于f2T小而加大，產(chǎn)生扭矩輸出。轉(zhuǎn)動起來結(jié)論:1、單相磁場沒有啟動能力2、啟動后的方向取決于啟動的方向。QCCBXYA5.7.1 單相異步電動啟動方法一、電容分相在電機定子中加入一啟動繞組垂直于主繞組聯(lián)接如圖:由于電容移相作用，使BY中的電流超前于AX一個相角（一般為90）則成為一個旋轉(zhuǎn)啟動磁場當(dāng)n后，斷開QC即可當(dāng)反轉(zhuǎn)時，（不能換相）所以應(yīng)使BY兩個頭對調(diào)即BY對調(diào) ，由一組開關(guān)實現(xiàn)二、罩極式單相異步電動機當(dāng)有電壓時：與的磁通相位上差則與啟動繞組的作用相當(dāng)，不能反轉(zhuǎn)。5.8 同步電動機的工作原理、特點及應(yīng)用可發(fā)電、和電動大容量的電力傳動系統(tǒng)中使用5.8.1基本結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子勵磁繞組5.8.2 工作原理定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子中加勵 磁產(chǎn)生極對數(shù)與定子相同的磁極旋轉(zhuǎn)磁場作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動（） 所以叫同步電機特點：1、同步電機的轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載而變化2、可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流補償功率因數(shù)（電網(wǎng)）3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴5.8.3 啟動1、當(dāng)靜止時，加勵磁后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁極旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈后產(chǎn)生推拉的兩次轉(zhuǎn)矩，所以不能轉(zhuǎn)動2、同步電機啟動和采用異步啟動轉(zhuǎn)子上有籠型導(dǎo)體啟動時，勵磁繞組短路，或接一電阻，防止過電壓，當(dāng)接近后加勵磁進入同步工作例題1：有一臺Y225M4型三相異步電動機 接法功率轉(zhuǎn)速電壓效率功率因數(shù)Ist/InTst/TnTm/Tn45kw1480r/min380v92.3%0.887.01.92.2NSNSNSSNNSSG求額定電流：In,Sn,Tn,Tm, Tst（1）由PN 3 UNINCos則IN=PN/( 3 UNINCos)=84.2(A)（2）SN=(n0-nN)/n0由nN=1480(r/min) 知為4極電機P2 n01500(r/min) （60f/p）SN0。013（3）由TN9.55PN(W)/ nN(r/min)=290.4N.M（4）Tst1.9TN=551.8N.M（5）Tm2.2TN2.2290.4638.9N.M例2在上題中（1）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2Nm試問在U=UN和U=0.9UN時能否啟動？（2）采用Y換接啟動時，求啟動電流和起動轉(zhuǎn)矩？這時，當(dāng)負(fù)載為80Tn和50%Tn時