機電傳動控制之交流電機

《機電傳動控制》目錄（48h）1第一章概論（0.5h）第二章機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎（1.5h）第三章直流電機（4h）第四章交流電機（6h）第五章控制電機（4h+2h）第六章繼電器－接觸器控制系統(tǒng)（6h+2h）第七章可編程序控制器（14h+8h）第四章交流電機4.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和原理4.2銘牌和能流圖4.3機械特性4.4啟動特性4.5調(diào)速特性4.6制動特性4.7單相異步電機4.8同步電機4.9應用24.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和原理一、結(jié)構(gòu)3定子和勵磁線圈轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子線圈4.1定子和轉(zhuǎn)子硅鋼沖片4三相對稱繞組AX，BY，CZ鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)5銅條或鑄鋁繞線式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)6ABC4.5外接變阻器（啟動和速度調(diào)節(jié)）滑環(huán)和電刷二、工作原理7定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子中感應電流的相互作用！二、工作原理8定子三相繞組4.6三相交流電N-S主磁場以n0順時針旋轉(zhuǎn)(相對切割)轉(zhuǎn)差率n0－同步轉(zhuǎn)速n－轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速＜n0轉(zhuǎn)子速度9n略小于n0電機轉(zhuǎn)向10三相交流電流最大值到達的順序（相序）決定電動機轉(zhuǎn)向。n0n0nn4.2銘牌和能流圖11一、銘牌定子繞組接線方式12短路片線電壓相電壓銘牌：Y/△－接線方式

380/220－不同接線應加的線電壓4.154.16二、能流圖13輸入定子的電功率定子電路中的銅損轉(zhuǎn)子中的銅損Pcu2=sPcu1輸入轉(zhuǎn)子的電磁功率鐵損(磁滯和渦流損耗)機械損失功率輸出的機械功率定子的功率因素cosφ1轉(zhuǎn)子的功率因素cosφ2P1PePm△Pcu1△PFe1△Pm△Pcu2P24.3機械特性14一、定子電路分析定子每相繞組的感應電勢為有效值為忽略漏磁4.19二、轉(zhuǎn)子電路分析15轉(zhuǎn)子感應電勢有效值為E20－轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動感應電勢4.20電原理圖（類似變壓器）16轉(zhuǎn)子感應電流有效值為E20－轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時的感應電勢X2---轉(zhuǎn)子每相繞組漏磁感抗轉(zhuǎn)子電路功率因素為(I2遲后E2一個2角)174.21定子磁勢和轉(zhuǎn)子磁勢為什么相對靜止定子磁勢轉(zhuǎn)速n0=60f/p

轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速n=(1-s)*n0

轉(zhuǎn)子上的電流頻率f2=s*f，所以轉(zhuǎn)子磁勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n‘=60*f2/p=60*s*f/p=s*n0

則轉(zhuǎn)子磁勢相對于靜止空間的轉(zhuǎn)速

n2=n+n’=(1-s)*n0+s*n0=n0

可見，轉(zhuǎn)子磁勢和定子磁勢轉(zhuǎn)速相同，即相對靜止。18

三、機械特性19機械特性方程20U,U1---定子繞組相電壓，電源電壓；R2------轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；X20-----n=0時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；K-------三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。三、機械特性21T=f(S)T-S曲線n=n0n=0Tn=f(T)機械特性曲線4.231.固有機械特性22幾個特征點？同步轉(zhuǎn)速n0=60f/p額定工作點

TN=9.55PN/nNSN=(n0-nN)/n0

(0.06～0.015)nN=(0.94～0.985)n0啟動工作點Tst(n=0,S=1)臨界工作點(T=Tmax,S=Sm)Sm=R2/X20Tmax=KU2/(2X20)兩個系數(shù)過載能力系數(shù)λm=Tmax/TNλm=2.0～2.2啟動能力系數(shù)λst=Tst/TNλst=1.0～1.2轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率實用公式T/Tmax代入

sm=R2/X20化簡得

23Tmax=KU2/(2X20)

sm=R2/X204.232.人為機械特性降低電源電壓的人為特性24特性變化的特點：n0、Sm不變；Tmax大大減小，對U敏感；機械特性變軟；TL不變下，S↑I↑溫度升高。0.25Tmax0.64Tmax4.24定子電路串入電阻或電抗25特性變化的特點：n0、Sm不變；Tmax比較大（同降壓引起Tmax下降相比；機械特性變軟；改變電源頻率時的人為特性26特性變化的特點：n0、Sm改變，機械特性基本不變；f>f1>f24.26轉(zhuǎn)子電路串入電阻（繞線式電動機）27

特性變化的特點：

Sm增大，機械特性變軟；4.4啟動特性三相異步電動機的啟動要求啟動轉(zhuǎn)矩要足夠大；滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求下，啟動電流要小。28一、鼠籠式異步電動機的啟動方法1.直接啟動（全壓啟動）29圖4.29302.串電阻、電抗降壓啟動31特點：機械特性變軟適用輕載或空載消耗能量大，不適合經(jīng)常啟動的電動機3.Y-△降壓啟動32IstY=Ist△/3TstY=Tst△/3優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、電流小。缺點：只能應用正常工作方式為三角形接線電機(4KW以上，額定電壓380v、△接線。)4.自耦變壓器降壓啟動33優(yōu)點：電壓可調(diào)、電流小。缺點：變壓器體積大、價格高。不能應用于經(jīng)常平繁啟動的電機。345.軟啟動器35帶電流閉環(huán)的電子控制軟啟動器(晶閘管交流調(diào)壓器)限制啟動電流并恒值（0.5~4）IN轉(zhuǎn)速升高后自動衰減啟動時間短不宜滿載啟動應用：風機、水泵、運輸機二、繞線式異步電動機的啟動方法

1.逐級切除啟動電阻法36優(yōu)點：電流小、啟動轉(zhuǎn)矩大。缺點：電阻上的損耗大。2.頻敏變阻器啟動法37優(yōu)點：電流小、結(jié)構(gòu)簡單、無需維修。啟動轉(zhuǎn)矩較大。適用于：對調(diào)速沒有要求、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)、啟動轉(zhuǎn)矩要求不大的冶金、化工設備上。缺點：不能用作調(diào)速電阻。n=0，S=1f2=Sf1↑R↑X↑→I↓T↑n=nn，f2↓R=X≈0相當于轉(zhuǎn)子短路，啟動完畢4.35

三、特殊鼠籠式電動機的啟動1.雙鼠籠電動機38黃銅外(啟動)紫銅內(nèi)(工作)4.361-啟動籠2-工作籠3-合成機械特性392、深槽電機集膚效應電流集中在導體表面（啟動時）100千瓦以上鼠籠電機4.37機械特性4.5調(diào)速特性40一、改變極對數(shù)調(diào)速414.36422PP2PP

改變接線必須同時改變定子繞組的相序，以保證轉(zhuǎn)向不變。啟動時宜低速啟動。4.37變極對數(shù)的機械特性4344二、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1、調(diào)壓調(diào)速離心風機不同負載下可以有不同的調(diào)速范圍2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速45有級調(diào)速起重設備上三、變頻調(diào)速464748494.6制動特性一、反饋制動50n與T方向相反4.4151二、反接制動

1.電源反接制動52n0方向改變T,TL同向a→b→c斷電因為反接電流很大，實際串電阻后應a→d→e特點：制動強烈、控制復雜、不準確、能耗大，適用正反轉(zhuǎn)場合。4.432.倒拉制動53n與T方向相反提升工作在a點下放時串電阻改變機械特性a→b→c→d點。特點：能耗大、電阻大小要適當，起吊機械。4.44三、能耗制動54特點：制動效果不如反接制動強度大，制動平穩(wěn)，準確停車，需直流設備，應用于準確停車和下放重物設備上。4.7單相異步電動機一、脈動磁場554.4656脈動磁場的T—S曲線正向反向合成T-S曲線脈動磁場特點：1、沒有啟動能力，啟動轉(zhuǎn)矩為零；2.在外力矩作用下能加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)向不固定.二、啟動方法571.電容分相式移相電容開關(guān)iB電流超前iA電流90度58圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件：兩相相差90度等幅值的交流電通入兩相在空間相差90度的對稱繞組.4.50電容分相式異步電動機的轉(zhuǎn)向59

轉(zhuǎn)向取決于電流最大值到達的順序?；?qū)φ{(diào)兩繞組的任一繞組的接線。602.罩極式異步電動機罩極銅環(huán)注意：罩極電動機的轉(zhuǎn)向不可改變。4.52家用電風扇控制電路61有級調(diào)速無級調(diào)速家用洗衣機62家用電冰箱制冷原理63低溫低壓氣體制冷劑高壓高溫蒸汽高壓過冷液體低壓低溫液體低壓低溫液體家用電冰箱控制電路644.8同步電動機一、結(jié)構(gòu)65適用于發(fā)電機或大功率高電壓的場合氣隙不均勻（低速電動機1000r/min以下）氣隙均勻（高速）直流勵磁（電刷、集電環(huán)）4.53二、工作原理66n不隨負載變化，恒定轉(zhuǎn)速。4.544.55三、啟動67同步電動機不能自行啟動由于慣性轉(zhuǎn)子產(chǎn)生擺動68異步啟動法QB在1位置時為啟動狀態(tài)，R為防止勵磁線圈產(chǎn)生高壓。當n接近n0時將QB搬向2處，將轉(zhuǎn)子拉入同步。R1調(diào)節(jié)cos2至要求。4.9應用三相異步電動機化工、紡織、冶金、建筑、農(nóng)機、礦山、輕工等行業(yè)，大量作為風機、水泵、壓縮機、機床、印刷機、造紙機、紡織機、軋鋼機、空調(diào)機、城市地鐵、輕軌交通以及礦山電動車輛等。69單相異步電動機70習題4.64.1171本章習題解答724-6（1）由于電機每相繞組的額定相電壓是220V，而電源的線電壓是380V，所以只能采用Y形連接。（2）因為nN=960r/min，所以n0=1000r/min

從而p=3734-11（1）U=UN時，

TST1=1.2TN=1.29.55

PN/nN=312N?m>TL=250N?m能啟動

U=0.8UN時，

TST2=0.82TST1=200<TL

不能啟動（2）TSTY=TST/3=1.2TN/3=0.4TNTL=0.35TN