电器控制--电动机

1、电工技术电工技术1 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 电工技术电工技术 电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。 电能电能 机械能机械能 直流电机和交流电机直流电机和交流电机 他励电机他励电机 并励电机并励电机 串励电机串励电机 复励电机复励电机 异步电机异步电机 同步电机同步电机 电工技术电工技术 伺服电动机：伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；电压信号转化为角位移或角速度； 测速发电机：测速发电机：将转速转化为电压信号；将转速转化为电压信号； 自自 整整 角角 机机 ：实现角度的传输、变换和接受；实现角度的传输、变换和接受； 步进电

2、动机：步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；电脉冲信号转化为转角或转速； 旋转变压器：旋转变压器：转角信号变换成电压信号；转角信号变换成电压信号； 感应同步器：感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。转角位移或直线位移转换成电压信号。 电工技术电工技术电工技术电工技术大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系6三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系7三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心三相异步电动机

3、的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。和定子绕组组成。基座基座 铁心铁心 定子绕组定子绕组 端盖端盖 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系8根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子。笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子 转子铁心转子铁心 转轴转轴 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系9大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系10W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 接线柱的连接接线柱的连接 星形联结星形联结三角形联结三角形联结大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系11iUi

4、ViW tiO三相三相 (多相多相) 绕组中流过三相绕组中流过三相 (多相多相) 电流。电流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通入入 iW 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系12 t = 0W2U1V2W1U2V1U1W2V1U2W1V2NS t = = 90NSiUiViW tiO大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系13二极旋转磁场动画演示二极旋转磁场动画演示电流变化电流变化360 ，旋转磁场顺时针转过，旋转磁场顺时针转过360 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系14大连理工大学电气工程系大连理工大学电

5、气工程系15U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组都用两个线圈串联组成：每相绕组都用两个线圈串联组成：形成的磁场则是两对磁极，形成的磁场则是两对磁极，即即 p = 2 U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0 t = 90大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系16大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系17旋转磁场转速旋转磁场转速 n0 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒变化电流每秒变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转

6、3000 圈圈电流每分变化电流每分变化 (5060) 周周电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒变化电流每秒变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分变化电流每分变化 (2560) 周周大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系18 p12 3456n0/(r/min) 3000 1500 1000750600500 f = 50 Hz 时，不同磁极对数时的同步转速如下：时，不同磁极对数时的同步转速如下： 60 f1pn0 = 磁极对数为磁极对数为 p 时时 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系19旋转磁场

7、的转向为：旋转磁场的转向为：U1V1W1与三相绕组中的三相电流的相序与三相绕组中的三相电流的相序 L1 L2 L3 一致一致L1 L2 L3L1 L2 L3n0n0大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系20改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系21 右手定则右手定则 左手定则左手定则大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系22NS 用右手定则判断用右手定则判断 转子绕组中感应转子绕组中感应 电流的方向。电流的方向。 用左手定则判断用左手定则判断 转子绕组受到的转子绕组受到的 电磁力的方向。电磁力的方向。 电磁力电磁力 F 电磁转矩电磁转矩 T

8、 。 T 与与 n0 同方向。同方向。n0Fn 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系23 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系： n 与与 n0 方向一致。方向一致。 n n0，转差率转差率 :起动起动 (堵转堵转) 时时: n = 0，s = 1 理想空载时理想空载时: n = n0，s = 0 正常工作时正常工作时: 0 s TL 加速运行加速运行当当 T2 TL 电动机能起动，电动机能起动，否则将起动不了。否则将起动不了。起动转矩倍数起动转矩倍数: : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起动电流起动电流: :MNSTNs

9、N1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系34UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2 +R TM n0nOT 转子串联合适的电阻转子串联合适的电阻: : TS TMn0nMnOT大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系35异步机的起动特性：异步机的起动特性： 起动电流大起动电流大: IS = KI IN = (57)IN 起动转矩小起动转矩小: TS = KSTN = (1.62.2)TN影响：影响： 频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累, ,易使电动机过热。易使电动机过热。 大电流使电网电压降低，影响其他负载工

10、作。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。 良好的起动性能良好的起动性能: 起动电流小起动电流小 起动转矩大起动转矩大大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系36(全压起动全压起动) (a) 小容量的电动机；小容量的电动机； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。 7.5 kW 以下直接起动以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动以上，且电源容量能满足起动电流倍数电流倍数 3 + 1 4IS INKC =电源容量电源容量 (kVA)电机功率电机功率 (kW)大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系37 适用于：正常运行为适用于：正常运行为形联结的电动机形联结的电动

11、机。 起动时起动时运行时运行时UVWUNI1LYUVWUNI1L 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系38定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比起动电流比起动电流比起动转矩比起动转矩比电源电流比电源电流比定子相电流比定子相电流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS213大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系39降压比降压比KA=UUN定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比M3U

12、 UN定子相电流比定子相电流比起动电流比起动电流比电源电流比电源电流比起动转矩比起动转矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系403 软起动器软起动器 M3uOtuNtsiOtiRtsiL限压起动模式限压起动模式限流起动模式限流起动模式大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系41 减小起动电流减小起动电流 增大起动转矩增大起动转矩 频敏

13、变阻器：频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大；频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。频率低，则反之。 转子电路起动时转子电路起动时: 转子电路运行时转子电路运行时:f2 高，电阻大，高，电阻大，f2 低，电阻小，低，电阻小，自动切除变阻器。自动切除变阻器。 R2n0TnOTsR2Ts R2R2Ts 大，大， Is 小。小。大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系42(1) 改变同步转速改变同步转速 n0 改变频率改变频率 f1 和磁极对数和磁极对数 p(2) 改变转差率改变转差率 s n = (1s) n0 = (1s) p60 f1 调速：在一定的负载下，根据生产的需要调速：在一定的

14、负载下，根据生产的需要 人为地改变电动机的转速。人为地改变电动机的转速。3 变频器变频器 M3大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系43大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系44变频器的基本结构变频器的基本结构 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系45交流电交流电直流电直流电整流器整流器逆变器逆变器f、U连续可调的交流电连续可调的交流电变变 频频 器器 可变可变Uf ,Hz50转速转速n可以连续平滑的调节可以连续平滑的调节大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系46大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系47大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系48U1U2U

15、3U4(a) p = 2(b) p = 1U1U2U3U4大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系49UN0.9UNn0nMnOTR2R2 +RTM n0nOT大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系50I2nsI2 T 若相位相同若相位相同T若相位相反若相位相反I2nsI2TT 在转子电路中串入与在转子电路中串入与 E2 频率相同，相位相同或相反频率相同，相位相同或相反的附加电动势的附加电动势 Ea 。以替代调速电阻上的压降。以替代调速电阻上的压降。I2 = E2EaR2 (sX2) 22引入引入Ea 引入引入Ea 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系51 电动机的制动2.反

16、接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的任意两相反接：停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使磁场的旋转方向反过来，以达制动的目的；，使磁场的旋转方向反过来，以达制动的目的； 1.抱闸抱闸： 加机械抱闸加机械抱闸3.能耗制动（直流制动能耗制动（直流制动DB）：停车时，断开交流电：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；源，接至直流电源上，产生制动转矩；4.再生反馈制动：再生反馈制动： 令电机转子的转速超过令电机转子的转速超过 旋转磁场旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。（用于变频电动的同步转速，便会产生制动转矩。（用于变频电动机）机）变频调速的电动机，也可采用一种准确停车的方法：

17、首先用再生变频调速的电动机，也可采用一种准确停车的方法：首先用再生制动降至较低转速，再转换成直流制动，使电机迅速停车。制动降至较低转速，再转换成直流制动，使电机迅速停车。大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系52再生制动直流制动直流制动的起始频率直流制动的起始频率fDB越高越高,制动时间制动时间tDB越短越短。直流电压直流制动时间大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系53* 1.8 单相异步电动机单相异步电动机 1.电容启动式电动机电容启动式电动机 为使单相异步电动机能自行启动，必须使转子在启动时能产生一定的启动转矩。电容电动机是采用分相法来产生启动转矩的 ，电动机的转动方向由旋转

18、磁场的旋转方向决定 。 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系54 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系55两相电流两相电流 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系56 两相旋转磁场两相旋转磁场电容分相式单相异步电动机启动后，启动绕组可以留在电路中，电容分相式单相异步电动机启动后，启动绕组可以留在电路中，也可以在转速上升到一定数值后切除它，只留下工作绕组，这时也可以在转速上升到一定数值后切除它，只留下工作绕组，这时电动机仍能继续工作。电动机仍能继续工作。大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系57脉振磁场脉振磁场 Fm Rm m

19、 Fm Rm m Rm Fm tOt1t2t3t4t5t6t7t8大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系58工作原理工作原理 无起动转矩，有运行转矩。无起动转矩，有运行转矩。TRsF1TFsRTOs(a) 转子顺时针方向旋转转子顺时针方向旋转(b) 转子逆时针方向旋转转子逆时针方向旋转TFsR1TRsFTOs大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系59n转子转子 励磁绕组励磁绕组 短路环短路环 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系60步进电动机(Step Motor)可以将脉冲电信号变换为转角或转速，所以又称脉冲电动机。步进电动机的转角与输入的电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频

20、率成正比，因此，它不受电压、负载以及环境条件变化的影响，广泛应用于脉冲技术和数字控制系统中。根据步进电动机的结构特点，通常分成反应式和永磁式两种。* 1.9 步进电动机步进电动机大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系61 步进电动机将电信号转变成转角或转速。步进电动机将电信号转变成转角或转速。 工作原理工作原理U2 V1V2 U1 W2W1 1234大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系62三相反应式步进电动机三相反应式步进电动机大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系63三相单三拍信号波形三相单三拍信号波形 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系64三相六拍通电方式三相

21、六拍通电方式 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系65 三相六拍步进电动机驱动电路原理图三相六拍步进电动机驱动电路原理图大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系66( (b) ) V 相通电相通电通电顺序：通电顺序：U V W U( (a) ) U 相通电相通电每一拍转子转过的角度称步距角。每一拍转子转过的角度称步距角。( (c) ) W 相通电相通电W2U1V1W1U2V212343412W2U1V1W1U2V23412W2U1V1W1U2V2 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系67( (a) ) UV 相通电相通电U1W2V1W1U2V23412 W2V1W1U2V2

22、3412U1W2V1W1U2V23412U1( (b) ) VW 相通电相通电 ( (c) ) WU 相通电相通电通电顺序：通电顺序：UV VW WU UV通电顺序：通电顺序：U UV V VW W WU U步距角步距角 与转子齿数与转子齿数 Z 和拍数和拍数 N 的关系的关系360 ZN =转子每分钟的转速转子每分钟的转速60f ZNn =大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系68 U1U2V1V2W1W2NSIf 特点：通过改变转子特点：通过改变转子 If，可以调节电动机的，可以调节电动机的 。原理图原理图机械特性机械特性nTn0O大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系69 在两电刷之间加入在两电刷之间加入直流电压，则在绕组中直流电压，则在绕组中产生电流，通电导体又产生电流，通电导体又受到力的作用，产生电受到力的作用，产生电磁力矩。由于换向器的磁力矩。由于换向器的作用，在作用，在 N (S) 极下受极下受力方向不变，使电枢旋力方向不变，使电枢旋转起来。转起来。 FSNiae F e 大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系70T = CT Ia式中：式中： 每极磁通；每极磁通； Ia 电枢电流；电枢电流； CT 电机结构决定的常数。电机结构决定的常数。E = CE nE 与与 Ia 反向反