電動(dòng)機(jī)及其控制PPT.ppt

第四章電機(jī)及其控制 三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路單相異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)汽車電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)是把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械 廣泛應(yīng)用于工業(yè) 如 機(jī)床 紡織機(jī)械 起重機(jī) 礦山機(jī)械等 農(nóng)業(yè) 脫粒機(jī) 粉碎機(jī) 水泵及加工機(jī)械等 家用電器 電風(fēng)扇 空調(diào) 洗衣機(jī) 電冰箱及小功率電動(dòng)工具等 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 電機(jī) 直流電機(jī) 交流電機(jī) 同步電機(jī) 異步電機(jī) 籠型 繞線型 特殊電機(jī) 三相異步電機(jī) 單相異步電機(jī) 本章重點(diǎn)介紹三相異步電機(jī) 三相異步電機(jī) 接線盒 轉(zhuǎn)軸 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 機(jī)座 定子鐵心 定子繞組 接線盒 端蓋 罩殼 風(fēng)扇 轉(zhuǎn)子 主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 此外 還有端蓋 軸承 風(fēng)扇等部件 轉(zhuǎn)軸 1 定子三相異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座 定子鐵心和定子繞組組成 定子鐵心沖片 U1 U2 三相定子繞組 U相 2 轉(zhuǎn)子 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成 轉(zhuǎn)子鐵心沖片 去掉鐵心后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導(dǎo)條 籠型轉(zhuǎn)子 繞線型轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組 旋轉(zhuǎn)磁場 1 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放入三相定子繞組 定子繞組 U1 U2 V1 V2 W1 W2 定子繞組Y接 接入三相對稱電源 t 0 iu 0iv為負(fù)值iw為正值 t 0 360 240 120 t 120 t 240 t 360 N S N N N S S S 2 磁場的旋轉(zhuǎn)方向 與繞組中電流的相序一致U V W U 空間相差120 角的三相繞組 通入對稱三相電流時(shí) 產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場 磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序一致 如果改變流入三相繞組的電流相序 就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向 三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也就跟著改變 如果電流的相序?yàn)閁 V W U則旋轉(zhuǎn)磁場為順時(shí)針方向 n1 t 0 360 240 120 t 240 繞組中電流的相序?yàn)閁 W V U 磁場逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 把三相異步電動(dòng)機(jī)的三根線任意調(diào)換兩根與電源相接 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向反向 t 360 旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p與取決于三相定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式 3 旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p 4 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 轉(zhuǎn) 每分 電源頻率 電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 旋轉(zhuǎn)的磁場可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn) 異步電動(dòng)機(jī)原理圖 轉(zhuǎn)子 定子 磁場轉(zhuǎn)速n1 n 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來 其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同 磁場轉(zhuǎn)速n1 轉(zhuǎn)子 感應(yīng)電動(dòng)勢 電流 n 1 s n1 轉(zhuǎn)差率 0 s sN 0 01 0 06 例一臺額定轉(zhuǎn)速為1450r min的三相異步電動(dòng)機(jī) 求 額定轉(zhuǎn)差率 解 因?yàn)閟N 0 01 0 06 所以該電動(dòng)機(jī)為4極電機(jī) 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為1500r min 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 S Tem 1 0 Tem f S TN額定轉(zhuǎn)矩 Tm最大轉(zhuǎn)矩 Tst起動(dòng)定轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系 當(dāng)U1 R2 X20為固定值時(shí) 機(jī)械特性 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線 Tem f S n f Tem 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) 電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tem T2 穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域 AB段當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí) 電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)調(diào)節(jié)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 1 額定轉(zhuǎn)矩TN 電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩 PN單位 千瓦 kW nN單位 轉(zhuǎn)每分 r min TN單位 牛 米 N m 例有兩臺功率相同的異步電動(dòng)機(jī) 一臺PN 7 5kW nN 962r min UN 380V 另一臺PN 7 5kW nN 1450r min UN 380V 求電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 解第一臺 第二臺 2 最大轉(zhuǎn)矩Tm 令 代入得 sm R2而與U1無關(guān) Tm U12而與R2無關(guān) 3 起動(dòng)定轉(zhuǎn)矩Tst 過載能力 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) T 2 2 2 起動(dòng)瞬間n 0 s 1 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2 Tst時(shí) 電動(dòng)機(jī)可帶負(fù)載起動(dòng) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大 起動(dòng)就越迅速 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Kst 1 7 2 2 4 1常用低壓電器 凡對電能的生產(chǎn) 輸送 分配和使用其控制 調(diào)節(jié) 檢測 轉(zhuǎn)換及保護(hù)作用的電工器械均成為電器 低壓電器是指在交流50HZ額定電壓1200V及以下的交流電路或1500V及以下直流電路中工作的電器 主要用作接通或者斷開電路 低壓電器的種類繁多 按控制作用分控制電器和保護(hù)電器 按操作方式分為手動(dòng)電器 如閘刀開關(guān) 組合開關(guān)和按鈕等 和自動(dòng)電器 熱繼電器 交流接觸器等 4 1 1開關(guān)類控制電器 用途 主要用來接通和斷開不頻繁操作的設(shè)備的電源 操作手柄 閘刀 1 刀開關(guān) 分類 刀開關(guān)按極數(shù)分 有單極 雙極和三極 按結(jié)構(gòu)分有平板式和條架式 按操作方式分 有直接手柄操作式 杠桿操作機(jī)構(gòu)式 旋轉(zhuǎn)操作式和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)式 除特殊的大電流刀開關(guān)又采用電動(dòng)操作方式外 一般都進(jìn)行手動(dòng)操作 2 組合開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān) 選擇 根據(jù)電源種類 電壓等級 設(shè)備容量及使用場合來選用 廣泛用于照明電路和在電動(dòng)機(jī)控制電路作電源引入用 注意 刀開關(guān)安裝時(shí) 合閘狀態(tài)手柄必須向上 不得倒裝 用途 接通或切斷電源 控制小型籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 停止 正反轉(zhuǎn)等 LW5D系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)適用于交流50HZ 額定電壓至500V及以下控制線路中 手柄 文字符號及圖形符號 HZ5B型組合開關(guān) 適用于交流50HZ 額定電壓380V及以下的電路中 可作電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 停止 換向 變速之用 文字符號及圖形符號 選擇 根據(jù)控制要求 工作電流及工作電壓選擇 汽車的燈光組合開關(guān) 4 1 2按鈕 用途 接通或切斷控制電路 LAY39系列按鈕 按鈕結(jié)構(gòu)圖 文字符號及圖形符號 動(dòng)合觸點(diǎn) 常開觸點(diǎn) 動(dòng)斷觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 按鈕 SB 4 1 3熔斷器 用途 短路保護(hù)電器當(dāng)電路發(fā)生短路和嚴(yán)重過載時(shí) 它的熔體能迅速熔斷 從而切斷電路 使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞 結(jié)構(gòu) 熔體 俗稱保險(xiǎn)絲 熔管 熔座三部分組成 文字符號和圖形符號 圓筒形熔斷器 熔斷器底座 高壓熔斷器 螺旋式熔斷器 熔體額定電流的選擇 1 照明線路等沒有沖擊電流的負(fù)載 熔體額定電流 被保護(hù)設(shè)備的額定電流 2 一臺電動(dòng)機(jī)的熔體 熔體額定電流 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 2 5 熔體額定電流 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 1 6 2 如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻繁 則為 3 多臺電動(dòng)機(jī)合用的總?cè)垠w 熔絲額定電流 1 5 2 5 容量最大的電動(dòng)機(jī)額定電流 其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和 4 1 4交流接觸器 線圈 交流接觸器示意圖 用途 用來頻繁地接通或分?jǐn)鄮в胸?fù)載的主電路 如電動(dòng)機(jī) 的自動(dòng)控制電器 線圈 主觸點(diǎn) 滅弧罩 輔助觸點(diǎn) 線圈 KM 交流接觸器的圖形和文字符號 輔助觸點(diǎn) 主觸點(diǎn) 動(dòng)合觸點(diǎn) 動(dòng)斷觸點(diǎn) 選擇接觸器主要考慮 主觸點(diǎn)額定電壓 額定電流 輔助觸點(diǎn)種類 數(shù)量及觸點(diǎn)額定電流 電磁線圈的電源種類 頒率和額定電壓 主觸點(diǎn)電壓 電流 負(fù)載額定電壓 電流電流 4 1 5熱繼電器 熱繼電器原理圖 用途 主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù) 熱繼電器的圖形和文字符號 動(dòng)斷觸點(diǎn) FR 熱元件 FR 4 1 6中間繼電器 用途 用來傳遞或轉(zhuǎn)換信號 或同時(shí)控制多個(gè)電路 也可以直接控制小容量電動(dòng)機(jī)或其它電氣執(zhí)行元件 結(jié)構(gòu) 與交流接觸器基本相同 只是容量小些 觸點(diǎn)多些 選用 中間繼電器主要考慮電壓等級和觸點(diǎn)數(shù)量 7 1 8自動(dòng)空氣開關(guān) 空氣斷路器 自動(dòng)空氣開關(guān)示意圖 用途 用于低壓電路的短路 嚴(yán)重過載及欠電壓保護(hù) 自動(dòng)空氣開關(guān) 正常情況下過流脫扣器的銜鐵是釋放著的 嚴(yán)重過載或短路時(shí) 線圈因流過大電流而產(chǎn)生較大的電磁吸力 把銜鐵往下吸而頂開鎖鉤 使主觸點(diǎn)斷開 起過流保護(hù)作用 欠壓脫扣器在正常情況下吸住銜鐵 主觸點(diǎn)閉合 電壓嚴(yán)重下降或斷電時(shí)釋放銜鐵而使主觸點(diǎn)斷開 實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù) 電源電壓正常時(shí) 必須重新合閘才能工作 4 3三相異步電動(dòng)機(jī)的控制電路 4 3 1單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路 一 用刀開關(guān) 或轉(zhuǎn)換開關(guān) 直接控制電路 優(yōu)點(diǎn) 控制電路簡單 缺點(diǎn) 沒有失壓保護(hù) 不能實(shí)現(xiàn)遙控和自控 不便頻繁起 ?？刂?刀開關(guān)控制電路 二 用接觸器 按鈕控制的單向運(yùn)轉(zhuǎn)電路 1 點(diǎn)動(dòng)控制電路 KM Q FU KM SB 主電路 控制電路 閉合開關(guān)Q接通電源 按SB KM線圈得電 KM主觸點(diǎn)閉合 動(dòng)作過程 M運(yùn)轉(zhuǎn) 點(diǎn)動(dòng)控制 2 單向運(yùn)行控制電路 自鎖 SBSTP 用接觸器本身的觸點(diǎn)使其線圈保持通電的環(huán)節(jié)稱自鎖環(huán)節(jié) 工作過程 按下SBST KM得電 電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 按下SBSTP KM斷電 電動(dòng)機(jī)停止 FR 過載保護(hù) 直接起動(dòng)控制原理圖 直接起動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖 起動(dòng)過程 按下起動(dòng)按鈕SBl 接觸器KM線圈通電 與SB1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)閉合 以保證松開按鈕SBl后KM線圈持續(xù)通電 串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合 電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制 停止過程 按下停止按鈕SB2 接觸器KM線圈斷電 與SBl并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)斷開 以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)失電 串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)斷開 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 與SBl并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)的這種作用稱為自鎖 圖示控制電路還可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù) 過載保護(hù)和零壓保護(hù) 起短路保護(hù)的是串接在主電路中的熔斷器FU 一旦電路發(fā)生短路故障 熔體立即熔斷 電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn) 起零壓 或欠壓 保護(hù)的是接觸器KM本身 當(dāng)電源暫時(shí)斷電或電壓嚴(yán)重下降時(shí) 接觸器KM線圈的電磁吸力不足 銜鐵自行釋放 使主 輔觸點(diǎn)自行復(fù)位 切斷電源 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 同時(shí)解除自鎖 起過載保護(hù)的是熱繼電器FR 當(dāng)過載時(shí) 熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱 將其常閉觸點(diǎn)斷開 使接觸器KM線圈斷電 串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)斷開 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 同時(shí)KM輔助觸點(diǎn)也斷開 解除自鎖 故障排除后若要重新起動(dòng) 需按下FR的復(fù)位按鈕 使FR的常閉觸點(diǎn)復(fù)位 閉合 即可 4 3 2可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路 KMF主觸點(diǎn)接通 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) KMR主觸點(diǎn)接通 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) KMF KMR不能同時(shí)接通 否則造成電源短路 注意 KMF KMR同時(shí)接通 會(huì)出現(xiàn)什么問題 主電路 KMF 互鎖 籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路 主觸點(diǎn)閉合 正轉(zhuǎn) 按SBF KMF通電 輔動(dòng)合閉合 自鎖 輔動(dòng)斷開 互鎖 存在問題 要想改變電機(jī)轉(zhuǎn)向 必須先按停止按鈕 具有互鎖環(huán)節(jié)的正反轉(zhuǎn)控制電路 采用復(fù)合按鈕的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路 要想改變電機(jī)轉(zhuǎn)向 不必先按停止按鈕 直接按相應(yīng)的起動(dòng)即可 補(bǔ)充 基本電氣識圖 繼電 接觸控制電氣圖分為 電氣控制原理圖 電氣設(shè)備安裝圖 電氣設(shè)備接線圖 2 電氣元件必須用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號標(biāo)注 3 同一電器的各部件如線圈和觸點(diǎn)常常不畫在一起 但用同一文字標(biāo)明 4 電氣控制原理圖中的全部觸點(diǎn)都按 常 狀態(tài)繪出 1 電器原理圖分為主電路和控制電路 主電路畫在左側(cè) 或上方 控制電路畫在右側(cè) 或下方 各電氣元件按動(dòng)作順序由上到下 從左到右依次排列 繪制電氣原理圖的規(guī)則 3 結(jié)合說明書或有關(guān)的技術(shù)資料把控制線路劃分成幾個(gè)部分 按動(dòng)作先后逐一進(jìn)行分析 4 搞清各電器之間的動(dòng)作關(guān)系 相互間的聯(lián)鎖及電路的保護(hù)環(huán)節(jié)等 2 先看主電路 由電源到被控設(shè)備 由上到下 了解各電氣設(shè)備的特點(diǎn)和控制要求 識圖注意問題 1 首先了解控制系統(tǒng)的主要技術(shù)性能及機(jī)械傳動(dòng) 液壓和氣動(dòng)的工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù) 銘牌的作用 向使用者簡要說明電動(dòng)機(jī)的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法 例 某電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下 三相異步電動(dòng)機(jī)型號Y132M 4功率7 5kW頻率50HZ電壓380V電流15 4A接法 轉(zhuǎn)速1440r min絕緣等級B工作方式連續(xù)年月編號 電機(jī)廠 1 型號 Y132M 4 三相異步電動(dòng)機(jī) 機(jī)座中心高 mm 磁極數(shù) 機(jī)座長度代號 S短機(jī)座 M中機(jī)座 L長機(jī)座 2 功率PN額定運(yùn)行時(shí) 軸上輸出的機(jī)械功率 輸入功率 效率 3 電壓UN額定運(yùn)行時(shí) 定子繞組上應(yīng)加的線電壓 4 電流IN在UN PN時(shí) 流入定子繞組的線電流 5 轉(zhuǎn)速nN在UN PN IN時(shí) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 6 接法 電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的接線方法 接線盒 接線盒 接 Y接 7 頻率fN我國電網(wǎng)頻率為50HZ 8 溫升及絕緣等級 電動(dòng)機(jī)常用絕緣材料分為五個(gè)等級 9 工作方式 連續(xù)工作 短時(shí)工作 斷續(xù)周期工作 10 其他 可從電工手冊中查得 功率因數(shù) 效率 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 1 電動(dòng)機(jī)容量 功率 的選擇 選擇原則 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的溫升不超過其容許值 電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有一定的過載能力 選擇方法 調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比法 分析計(jì)算法 2 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 維護(hù)方便 但起動(dòng)性能差 適用于空載或輕載起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械 風(fēng)機(jī) 水泵 一般機(jī)床等 價(jià)格較貴 起動(dòng)性能好 適用于起重機(jī) 軋鋼機(jī)等 3 結(jié)構(gòu)形式的選擇 臥式 軸為水平 立式 軸為垂直 開啟式 封閉式 防護(hù)式 繞線型電動(dòng)機(jī) 籠型電動(dòng)機(jī) 可優(yōu)先考慮 4 額定電壓的選擇 5 轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大 價(jià)格也愈高 功率因數(shù)和效率也就低 同步轉(zhuǎn)速有3000r min 1500r min 1000r min 750r min等 一般情況下 可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r min的電動(dòng)機(jī) 4 100kW的電動(dòng)機(jī)的一般為380V 接 3kW以下一般為380V Y接 100kW以上可考慮額定電壓為3 6或10kV的高壓電動(dòng)機(jī) 單相異步電動(dòng)機(jī) 1基本工作原理 2起動(dòng)方法 1基本工作原理 單相異步電動(dòng)機(jī) 單相定子繞組 籠型轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu) 工作原理及特點(diǎn) 單相定子繞組產(chǎn)生的是脈動(dòng)磁場 可分解為大小 轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)磁場 當(dāng)S 1時(shí) 對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的合成力矩為零 所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零 常用類型 電容分相式 罩極式單相異步電動(dòng)機(jī) 電源 單相交流電源 功率 幾 幾百瓦 用途 家用電器 風(fēng)扇 冰箱 洗衣機(jī)等 及功率不大的電動(dòng)工具 2