第1章电机的工作原理及特性

1、第3章 电动机的工作原理及特性掌握直流电动机的电势方程式，转矩方程式和电压平衡方程式；三相异步电动机的同步转速和转差率的概念; 掌握电动机的机械特性，特别是人工机械特性；掌握电动机起动，制动，调速的各种方法和应用场所；了解用机械特性来分析电动机运行状态的方法;了解常用控制电机的应用场合.3.1直流电机的工作原理及特性1.直流电机的基本结构主磁极电枢换向器电刷装置直流电机的结构图剖面图：电枢1；主磁极2；励磁绕组3；换向极4；换向极绕组5；机座6电枢铁心冲片换向器：换向片3；连接片4；云母环2；V型套筒12.直流电机的基本工作原理发电机电动机简化为一对磁极,一个线圈1)感应电势E2.直流电机的基

2、本方程式2)电磁转矩TtaTC I-一对磁极的磁通(Wb);n-电枢转速(r/min); Ce -与结构有关的常数.式中:E-电动势(V);-一对磁极的磁通(Wb); Ia-电枢电流(A); Ct-与结构有关的常数.式中:T-电磁转矩(Nm);eECn3.直流电动机的机械特性1.他激和并激直流电动机的机械特性1)原理电路图1)直流电动机机械特性方程式直流电动机电枢电压平衡方程式 aaUEI ReECneaeeRUnICC02aeetRUnTnnCC C上式为直流电动机机械特性的一般表达式式中,Ra为电枢电阻.以代入得:taTC I由将Ia值再代入,得:机械特性曲线n=f(T)4.固有(自然)机

3、械特性和人工机械特性1)他激直流电动机的自然机械特性(正转)在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的机械特性即为自然机械特性.额定负载时,转速降落不多,是硬特性;金属切削机床,冷轧机,造纸机等宜于选用硬特性的电动机.02aeetRUnTnnCC C2)自然机械特性曲线的作法已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra,Ke , N0 500 751NNaNNNpURU II NNaeNNUI RCn0NeNUnC9 55NNNPTn(1)电枢电阻Ra的估算:(2)理想空载转速no计算:(3)额定转矩Nn的计算:no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运行点(TN,

4、nN),通过这两点作出自然机械特性.3)举例(1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性.解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可绘出机械特性. 0 500 751NNaNNNpURU II =0.71NNaeNNUI RCn=0.132NoeNUnC=1667r/min9 55NNNPTn=35Nm4)电动机人工机械特性(三种)(1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串电阻的人工机械特性方程式:附加电阻Rad越大,机械特性越

5、软.02NadaeetURRnTnnCC C02aeetRUnTnnKK K(2)改变电枢电压的人工机械特性U改变,但转速降不变.因此,变电枢电压的人工机械特性是一簇与自然机械特性平行的特性曲线.只允许在额定电压以下调节.在后面的自动调速系统学习中有广泛的应用. NoeNUnC随U的变化而变化02aeetRUnTnnCC C(3)改变磁通的人工机械特性从机械特性方程可知,改变磁通时,电动机的理想空载转速和转速降落都会随磁通的变化而变化.磁通只能在额定值以下调节,理想空载转速和转速降落都要增大-弱磁增速.使用中,要防止电动机过载,更要防止飞车,因此,直流他激电动机设有失磁保护.02aeetRUn

6、TnnCC C串激直流电动机的机械特性1)特点:电枢电流就是激磁电流.2)机械特性分析: 第一段,电动机轻载时,机械特性具有双曲线的形状,理想空载转速趋近无穷大. 第二段,电动机负载较重时,磁路趋于饱和,机械特性近似一条直线.3)注意事项: 直流串激电动机不允许空载运行-飞车事故. 4 直流他激电动机的起动特性直流他激电动机的起动电流是额定电流的(10-20)倍,不允许直接起动.限制其起动电流的方法有两种.1.降压起动: 组成SCR-M自动调速系统的起动环节.是后面学习的一个重点.2.电枢电路串外接电阻起动 右图为具有三段起动电阻的他激电动机电路原理图和起动特性, 其起动特性就是前面刚刚学习过

7、的一种人工机械特性.5.直流他激电动机的制动特性直流他激电动机的工作状态分为电动状态和制动状态,如右图所示.图中,(a)为电动状态; (b)为制动状态.1)特点:电动机的转矩T与转速n方向相反,电机处于发电工作状态.2)制动形式:稳定的制动状态; 过渡的制动状态.3)制动方法有3种: 反馈制动; 反接制动; 能耗制动.1.反馈制动1)实现条件:外部作用使电动机的转速n大于其理想空载转速no.如,电车下坡,起重机下放重物.2)机械特性:正转时,是第一象限的机械特性在第二象限内的延伸,如右图所示.3)特点:(1)利用位能转矩带动电动机发电,将机械能变成电能,向电源馈送.(2)重物下放时电动机的转速

8、仍高于理想空载转速,运行不太安全.2.反接制动1)实现条件:电枢电压或电枢电势反向.2)分类:(1)电源反接制动.改变电枢电压U的方向所产生的制动.机械特性方程式为; TKKRRKUnteadae2 为了限制制动时比较大的电枢电流,实施电源反接制动时,一定要在电枢电路中串入限流电阻. 应用在需要迅速减速或频繁正反转的机械上.(2)倒拉反接制动.改变电枢电势方向所产生的制动.如:起重机的重物下降时,电枢反转,电势反向.此时,位能负载转矩TL使重物下放,电动机转矩TM反对重物下放-制动.特点:适当选择电枢电路中的附加电阻,可以得到低的转速,保证安全; 转速稳定性较差.制动特性如右图所示.是第一象限

9、在第四象限的延伸或第三象限在第二象限的延伸.反接制动3.能耗制动1)实现条件:将电枢电压突然降为零,串一外接电阻使电枢短接.此时电动机继续旋转产生的转矩T与n反向-制动.2)特点:制动时的机械能转变为电能使外接电阻发热而消耗,称之为“能耗”; 稳定性好,电动机不可能反向起动.3)应用:要求迅速准确停车的场合;重物恒速下放. 6.直流他激电动机的调速特性由直流他激电动机人工机械特性方程式直流电动机的调速方法:式中, Ke,Kt,Ra 均为常数,因此,电动机有3种调速方法 1.变电枢电路外接电阻Rad; 2.变电枢电压U; 3.变磁通 .TKKRRKUnteadae21.改变电枢电路外接电阻调速电

10、动机电枢电路串电阻后,其人工机械特性如右图示.1)应用: 起重机,卷扬机;2)缺点:机械特性软,实现无级调速困难;3)注意:串电阻调速与起动特性相似,但起动电阻与调速电阻不同. 2.改变电动机电枢供电电压调速变电枢电压调速的机械特性如右图.1)特点:容易实现无级调速;机械特性是一组平行线,硬度不变;不需用其他起动设备.2)应用;适用于恒转矩负载,组成SCR-M系统，在工业生产中广泛应用.第11章将重点学习.3.改变电动机主磁通调速变磁通调速的机械特性如右图示.1)特点:可以实现无级调速;机械特性软;调速范围不大.2)应用:适用于恒功率负载.一般与调压配合使用.3)注意:在额定转速以上调节-弱磁

11、增速.例题例:一台直流他激电机的额定数据为;PN=2.2kW,UN=220V.IN=12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7欧 ;如果电动机在额定转矩下运行,求(1)电动机的电枢电压降到180V时,电动机的转速是多少?(2)激磁电流If=IfM(即磁通为额定值的0.8时)时,电动机的转速是多少?(3)电枢电路串入2欧的附加电阻时,电动机的转速是多少?解: 22009.559.551500NNNPTTn13. 015007 . 14 .12220NaNNeenRIUKK24. 113. 055. 955. 9etKK16. 024. 113. 02tKKe12361416. 07 .

12、113. 01802NteaeTKKRKUn1962n(1)此时,U=180V,Ra=1.7欧=14例题求解99. 055. 9etKK099. 02teKK(2)此时,U=UN=220V,Ra=1.7欧min/196214099. 07 . 11 . 0220(2rTKKRKUnNteaeN(3)此时,U=UNa=220V;电枢电路总电阻R=Ra+Rad=1.7+2=3.713. 0eK24. 1tK16. 02teKK13681416. 07 . 313. 02202NteadaNeNTKKRRKUn(以上转速单位为r/min)1 . 08 . 0NeeKK1.2三相异步电动机的工作原理及

13、特性1).1).三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子构成三相异步电动机由定子和转子构成, ,定子和转子之间有气隙定子和转子之间有气隙. . (1) (1)定子定子 定子由铁心定子由铁心, ,绕组绕组, ,机座三部分组成机座三部分组成. . 铁心由铁心由0.5mm0.5mm的硅钢片叠压而成的硅钢片叠压而成; ; 三相绕组连接成星形或三角形三相绕组连接成星形或三角形; ; 机座一般用铸铁作成机座一般用铸铁作成, ,主要用于固定和支撑定子铁心主要用于固定和支撑定子铁心. . (2) (2)转子转子 转子由铁心和绕组组成转子由铁心和绕组组成. . 转子同样由硅钢

14、片叠压而成转子同样由硅钢片叠压而成, ,压装在转轴上压装在转轴上; ; 转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种. . 线绕式异步电动机还有滑环线绕式异步电动机还有滑环, ,电刷机构电刷机构. .鼠笼式三相异步电动机的结构示意图5.定子铁心定子铁心,6.定子绕组定子绕组,7.转轴转轴,8.转子转子,9.风扇风扇,11.轴承轴承,12.机座机座鼠笼电动机转子和线绕电动机转子绕组与外部接线2).三相异步电动机的工作原理(1)(1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组, ,产生旋转磁场产生旋转磁场, ,旋转磁场的旋转磁场的转速称之为转速称之

15、为同步转速同步转速; ;(2)(2)旋转磁场切割转子导体旋转磁场切割转子导体, ,产生感应电势产生感应电势; ;(3)(3)转子绕组中感应电流转子绕组中感应电流; ;(4)(4)转子电流在旋转磁场中产生力转子电流在旋转磁场中产生力, ,形成电磁转矩形成电磁转矩, ,电动机就转动起来了电动机就转动起来了. . 电动机的转速达不到旋转磁场的转速电动机的转速达不到旋转磁场的转速, ,否则否则, ,就不能切割磁力线就不能切割磁力线, ,就没就没有感应电势有感应电势, ,电动机就停下来了电动机就停下来了. .转子转速与同步转速不一样转子转速与同步转速不一样, ,差那么一差那么一些些, ,称之为称之为异步

16、异步. . 设同步转速为设同步转速为n no o, ,电动机的转速为电动机的转速为n,n,则转速差为则转速差为 ; n; no o-n;-n; 电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率s,ss,s是分是分析异步电动机运行情况的主要参数析异步电动机运行情况的主要参数, ,且且 00nnsn3).三相异步电动机的旋转磁场(1)(1)旋转磁场的产生旋转磁场的产生 设电动机为设电动机为2 2极极, ,每相绕组只有一个线圈每相绕组只有一个线圈. .此时的合成磁场如图此时的合成磁场如图(d)(d)所示。合成磁场从所示。合成磁场从t=0t=0瞬

17、间所在瞬间所在位置顺时针方向旋转了位置顺时针方向旋转了。按以上分析可以证明：当三。按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场的方向在空间也不相电流随时间不断变化时，合成磁场的方向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。断旋转，这样就产生了旋转磁场。t=T/2t=T/2时，时，t=T/2=,it=T/2=,iA A=0=0；i iB B为正；为正；i iC C为负。为负。n旋转磁场的旋转方向与三相交流电的相序一致旋转磁场的旋转方向与三相交流电的相序一致; ;n改变三相交流电的相序改变三相交流电的相序, ,即即A-B-CA-B-C变为变为C-B-A,C-B-A,旋转磁场反向旋转磁场反

18、向; ;n要改变电动机的转向要改变电动机的转向, ,只要任意对调三相电源的两根接线只要任意对调三相电源的两根接线. .(2)旋转磁场的旋转方向pfn600式中式中,f,f为电源频率为电源频率50HZ;p50HZ;p为电动机的磁极对数为电动机的磁极对数. .电动机的磁极对数为电动机的磁极对数为1 1时时, ,同步转速为同步转速为3000r/min;3000r/min;电动机的磁极对数为电动机的磁极对数为2 2时时, ,同步转速为同步转速为1500r/min;1500r/min;电动机的磁极对数为电动机的磁极对数为3 3时时, ,同步转速为同步转速为1000r/min.1000r/min.(3)旋

19、转磁场的旋转速度-同步转速no(4)定子绕组线端连接方式注意注意:三相绕组连接成星形三相绕组连接成星形,每相绕组承受相电压每相绕组承受相电压220V; 三相绕组连接成三角形三相绕组连接成三角形,每相绕组承受线电压每相绕组承受线电压380V.3.三相异步电动机的电路分析1).1).定子电路分析定子电路分析 电动机定子和转子电动机定子和转子每相绕组的匝数分别为每相绕组的匝数分别为N N1 1和和N N2 2. .定子每相绕组产定子每相绕组产生的感应电动势为生的感应电动势为: :dtdNe1其有效值为其有效值为 : :11144.4NfE 定子和转子电路的感应电势定子和转子电路的感应电势定子电路分析

20、11EU其大小为其大小为:11EU忽略忽略R1和和X1上的电压降上的电压降,有有:)1(11111EIIUxjR考虑定子电流产生的漏磁考虑定子电流产生的漏磁通通, ,用复数表示为用复数表示为: :一相电路图一相电路图2).转子电路分析dtdNe2222244. 4NfE 12sff 其中其中20124.44Ef N旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为: :起动瞬间起动瞬间osEE2221202LLfX22oXsX220222222222)(sXRsEXREIo2222220cos()RRsX3.三相异步电动机的额定值n电动机铭牌数据电动机铭牌数据:

21、:n额定功率额定功率P PN N; ;n额定电压额定电压U UN N; ;n额定频率额定频率f=50Hz;f=50Hz;n额定电流额定电流I IN N; ;n额定转速额定转速n nN N; ;n有的参数要经过计算得出有的参数要经过计算得出: :n额定效率额定效率n额定负载转矩额定负载转矩n额定效率额定效率NNNnPT9550NNNNNIUPcos34.4.三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图1111cos3IUP 1112PPPPPP2等于等于P1减去电动机的总损耗减去电动机的总损耗电源输入的功率P1:电动机的输出功率P2(铭牌功率)举例 VNfE1634023. 03205044.

22、444. 411120124.444.44 50 20 0.023102Ef NV210.285 5014.3Nfs fHz解解:1):1)由电势计算公式得由电势计算公式得 : : 2224.444.44 14.3 20 0.02329.2NEf NV3)3)额定转速时额定转速时, ,转子电动势的频率转子电动势的频率2)2)转子绕组开路时转子绕组开路时,f2=f1,f2=f1,得得 举例AXREIst5 .24208. 002. 0202222022202例例2:一台一台4极三相异步电动机极三相异步电动机,电源频率电源频率50Hz, 额定转速额定转速1440r/min,转子电阻转子电阻0.02

23、欧欧,转子电抗转子电抗0.08欧欧,转子电动势转子电动势E20=20V,求求: 1)电动机的同步转速电动机的同步转速;2)电动机起动时的转子电动机起动时的转子电流电流.解解;1)电动机为电动机为4极极,磁极对数磁极对数p=2,有有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)电动机起动时的转子电流电动机起动时的转子电流 4.三相异步电动机的机械特性 1). 1).三相异步电动机的转矩三相异步电动机的转矩 三相异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流三相异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用而产生的相互作用而产生的: : 22cosIKTt2202222222

24、22)(sXRsEXREIo2202222)(sXRRCOS21244. 4NSfEo代入代入用用代入代入,合并上面几个式子得转矩又一公式合并上面几个式子得转矩又一公式:2222220()R UTKRSX注意注意,转矩与电压平方成正比转矩与电压平方成正比2).三相异步电动机的机械特性n=f(T) 固有机械特性固有机械特性( (自然机械特性自然机械特性):):在额定电压和在额定电压和额定频率下额定频率下, ,定子和转子电路中不接任何电阻或电抗时定子和转子电路中不接任何电阻或电抗时, ,电电动机的机械特性动机的机械特性. . NNNnPT955000nnnSNN2202222XRURKTstNst

25、stTT202XRSm2022XUKTmanNmanmTT人工机械特性 介绍4种人工特性,即:降低定子电压时,定子电路串入电阻或电抗时,变频率时,线绕电动机转子串电阻时. (1) (1)降低电压时的人工特性降低电压时的人工特性 (2)(2)定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗时的人工特性时的人工特性 (3)(3)改变定子电源频率时的人工改变定子电源频率时的人工特性特性 (4) (4)三相线绕式异步电动机三相线绕式异步电动机 转子电路外接电阻时的人转子电路外接电阻时的人工特性工特性5.三相异步电动机的起动特性生产机械对电动机起动的要求是生产机械对电动机起动的要求是: :起动转矩大起动转矩

26、大, ,起动起动电流小电流小. . 1) .1) .三相鼠笼式异步电动机的起动方法三相鼠笼式异步电动机的起动方法 三相异步电动机起动电流是额定电流的三相异步电动机起动电流是额定电流的(5-7)(5-7)倍倍, ,为满足为满足起动要求起动要求, ,三相异步电动机的起动方法分为直接起动和降三相异步电动机的起动方法分为直接起动和降压起动两类压起动两类. . (2) 降压起动:容量大的电动机起动电流大,为了限制过大的起动电流,采用降压起动.在工厂常用的降压起动方法有4种:定子串电阻或电抗器,Y-变换,自耦变压器,延边三角形.(1)(1)定子绕组串电阻或电抗器降压定子绕组串电阻或电抗器降压起动起动 电路

27、图如右图电路图如右图; ; (2)Y- 降压起动:只有正常运行时定子三相绕组是接法的电动机才能采用Y- 降压起动.对于国产JO,JO2,Y,Y2系列电动机,功率大于4.5kW的都是采用接线.也就是说,大容量电动机都可以用Y- 降压起动. Y- Y- 降压起动的电气降压起动的电气原理图如右图所示原理图如右图所示. .起动时起动时, ,三相绕组接成三相绕组接成Y Y形形, ,运行时运行时, ,绕绕组接成组接成形形. .电流下降电流下降1/3,1/3,转转矩也下降矩也下降1/3.1/3. (3)(3)自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动特点特点: : 起动电流小起动电流小, ,而且可以调而且可以调节

28、节; ; 不适用于频繁起动不适用于频繁起动; ; 体积大体积大, ,重量重重量重, ,价格高价格高. .(4)(4)延边三角形起动延边三角形起动 对电动机定子绕组和对电动机定子绕组和绕组出线有特殊要求绕组出线有特殊要求; ; 起动时绕组一部分起动时绕组一部分Y Y形形, ,一部分一部分形接线形接线; ;运行时运行时绕组绕组接线接线. . 制造成本高制造成本高, ,接线复杂接线复杂. .2).三相线绕式异步电动机的起动方法. 线绕式电动机在转子电路串电阻,可以获得较大的起动转矩以及较小的起动电流,即有良好的起动特性. (1). (1).逐级切除起动电阻法逐级切除起动电阻法 (1)(1)电路图电路

29、图: :如右图如右图. .转子转子外接电阻为三相对称电阻外接电阻为三相对称电阻; ;当电动当电动机容量大时机容量大时, ,一般采用三相不对称一般采用三相不对称电阻电阻. . (2) (2)起动过程起动过程: :起动初瞬起动初瞬, ,电电阻全部接入阻全部接入; ;在起动过程中在起动过程中, ,分三次分三次切除外接电阻切除外接电阻, ,人工特性往上提人工特性往上提, ,电电阻全部切除后阻全部切除后, ,通过提刷机构通过提刷机构, ,使转使转子绕组短接子绕组短接, ,机械特性回到自然特机械特性回到自然特性性. . (3) (3)特点特点: :在起动过程中在起动过程中, ,电电动机能保持最大的加速转矩

30、动机能保持最大的加速转矩. .(2)(2)频敏变阻器起动法频敏变阻器起动法 (1) (1)频敏变阻器频敏变阻器: :它是一个铁损很它是一个铁损很大的大的 三相电抗器三相电抗器, ,铁心用铁心用A3A3钢板钢板叠成叠成, ,三相绕组接成三相绕组接成Y Y形形. . (2) (2)起动过程起动过程: :起动初瞬起动初瞬, ,转子电流转子电流频率接近频率接近50Hz,50Hz,铁损大铁损大, ,即等效阻抗即等效阻抗大大, ,从而限制了起动电流从而限制了起动电流, ,增大了起增大了起动转矩动转矩. .随着转速逐步上升随着转速逐步上升, ,等效阻等效阻抗逐步减小抗逐步减小; ;到转速达额定转速到转速达额

31、定转速, ,相相当转子被短接当转子被短接, ,起动结束起动结束. . (3) (3)特点特点: :起动过程能平滑进行起动过程能平滑进行, ,不需要控制电器不需要控制电器; ; 功率因数低功率因数低; ; 只能用于起动只能用于起动, ,而串电而串电阻起动时阻起动时, ,电阻还可用于调速电阻还可用于调速. .3.举例 例例1:1:一台一台Y280S-4Y280S-4三相鼠笼式异步电动三相鼠笼式异步电动机机,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,电动机由电动机由320kVA320kVA的变压器单独供电的变压器单

32、独供电, ,电动机所带负载转矩电动机所带负载转矩TL=200Nm,TL=200Nm,问问(1)(1)电动机能否直接起动电动机能否直接起动?(2)?(2)电动机能否用电动机能否用Y- Y- 降压起动降压起动? ?解解(1)电动机额定功率与供电变压器容量之比为电动机额定功率与供电变压器容量之比为 75/320=0.2340.2 电动机不宜直接起动电动机不宜直接起动. (2)(2)电动机的额定转矩和起动转矩分别为电动机的额定转矩和起动转矩分别为 TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTstTst

33、=1.9TN=1.9X484=920Nm=1.9TN=1.9X484=920Nm如果采用如果采用Y- Y- 降压起动降压起动, ,则起动转矩仅为起动转矩的三分之一则起动转矩仅为起动转矩的三分之一, ,即即TstYTstY=1/3X920=307200=TL=1/3X920=307200=TL因此因此, ,可以采用可以采用Y- Y- 降压起动降压起动. .举例解解: :电动机直接起动时电动机直接起动时,n=0,S=1,n=0,S=1,转子电路每相的电动势转子电路每相的电动势 (1)E(1)E2020=E=E20l20l/ =146V / =146V 2cos2cos2cos3AXREIst876

34、04163. 00344. 01462222022202206. 0cos2202222XRR984. 0cos2得得222222)(cosXRRRR得得R=0.0732欧欧; 由由222222)(XRREI由下式由下式0196. 0202 SXX5 .17202 SEE12. 060052860000nnnS (3)984. 0cos222222NNXRRAXREINNN160222222006243. 0202XSXNN6 . 5202ESENN0383. 0600577600oNoNnnnS (2)6.三相异步电动机的制动特性异步电动机制动方法有3种:反馈制动,反接制动,能耗制动.1).

35、1).反馈制动反馈制动(1)(1)产生条件产生条件: : 电动机的运行速度高于同步电动机的运行速度高于同步转速转速. .此时此时S S0,0,电机进入发电状电机进入发电状态态, ,电能反馈给电网电能反馈给电网. .(2)(2)运行状态运行状态: : 有两种情况有两种情况. .(1)(1)位能转矩负载的起重机在下放位能转矩负载的起重机在下放重物时的反馈制动状态重物时的反馈制动状态. . 可使重物匀速下降如右图中可使重物匀速下降如右图中a a点点.b.b点是改变转子外接电阻后点是改变转子外接电阻后的稳定工作点的稳定工作点. .2).反接制动:分为电源反接和倒拉制动.电源反接是突然改变三相电源的相序

36、,旋转磁场反向;而倒拉制动则出现在转子位能负载超过电磁转矩的时候.(1)(1)电源反接电源反接: : 转子在由正变负的电磁转子在由正变负的电磁转矩和负载转矩作用下迅速减转矩和负载转矩作用下迅速减速速. .反接制动时电流大反接制动时电流大, ,要在定要在定子电路串电阻子电路串电阻. .反接制动:分为电源反接和倒拉制动.(2)(2)倒拉制动倒拉制动: : 电动机减速至右图电动机减速至右图c c点点, ,由于负载转矩大于电由于负载转矩大于电磁转矩磁转矩, ,起重机的重物迫起重机的重物迫使电动机反转使电动机反转, ,电动机进电动机进入反接制动状态入反接制动状态. .3).能耗制动 (1)产生条件: 电

37、动机定子绕组脱离交流电源后,立即通入低压直流电,直流电建立一个恒稳磁场,产生制动转矩,系统贮存的能量消耗在电阻上. ( (2)2)机械特性机械特性: :制动时制动时, ,特性从下图中的特性曲线特性从下图中的特性曲线1 1之之a a点平移至点平移至特性曲线特性曲线2 2之之b b点点, ,在制动转矩和负载转矩的共同作用下在制动转矩和负载转矩的共同作用下, ,沿曲线沿曲线2 2迅速迅速减速减速, ,到到n=0.n=0. ( (3)3)特点特点: :当当n=0n=0时时,T=0,T=0,电动机不可能反方向起动电动机不可能反方向起动, ,能使电动机准能使电动机准确停车确停车. .7.三相异步电动机的调

38、速特性00nnnS由基本公式由基本公式 pfn600)1 (60Spfn异步电动机的调速方法主要有三种异步电动机的调速方法主要有三种:变磁极对数变磁极对数p;变转差率变转差率S;变频率变频率f.1).1).变磁极对数调变磁极对数调速速(1)(1)方法方法: : 改变定子绕组的连接改变定子绕组的连接, ,可以得到两个不同的磁极可以得到两个不同的磁极对数对数. .(2)(2)多速电动机多速电动机: : 最多在电动机中嵌入最多在电动机中嵌入两套绕组两套绕组, ,使绕组有不同使绕组有不同的连接的连接, ,可分别得到双速可分别得到双速, ,三速三速, ,四速电动机四速电动机, ,双速应双速应用较多用较多

39、. .)1 (60Spfn变磁极对数调速变磁极对数调速3)3)特点特点: : 结构简单结构简单, ,效率高效率高, ,特性好特性好; ;体积大体积大, ,价格高价格高. .在中小机床在中小机床上应用比较多上应用比较多. .双速电动机的高低速转换双速电动机的高低速转换, ,一般是先低速一般是先低速, ,再转换为高速再转换为高速. .YY/2).2).转子电路串电阻转子电路串电阻( (变转差率变转差率) )调速调速(1)(1)应用范围应用范围: : 只适用于线绕式异步电动机只适用于线绕式异步电动机. .(2)(2)原理电路和机械特性与串电阻降压起动相同原理电路和机械特性与串电阻降压起动相同. .

40、线绕式异步电动机的起动电阻线绕式异步电动机的起动电阻, ,适当增大电阻的容适当增大电阻的容量量, ,可作调速电阻用可作调速电阻用. .(3)(3)特点特点: : 结构简单结构简单, ,动作可靠动作可靠; ;是有级调速是有级调速. .(4)(4)应用应用: : 用于重复短时工作制的生产机械用于重复短时工作制的生产机械, ,如起重机械如起重机械. .)1 (60Spfn3).3).变频调速变频调速(1)(1)原理原理: : 由上式可知由上式可知, ,改变交流电源的频率改变交流电源的频率, ,就可以平滑地调就可以平滑地调节电动机的转速节电动机的转速. .(2)(2)一般采用频率和电压同时改变的变频电

41、源一般采用频率和电压同时改变的变频电源. .(3)(3)应用范围应用范围: : 用于鼠笼式异步电动机用于鼠笼式异步电动机. .组成组成SCR-MSCR-M调速系统调速系统. .变频调速是交流调速发展的方向变频调速是交流调速发展的方向. .有关内容在后面的有关内容在后面的章节详细介绍章节详细介绍. .)1 (60Spfn1.3 控制电机简介控制电机的主要作用是用来完成信息的传递与交换,而不是进行能量转换.1) 直流伺服电动机1.基本结构:与普通他激直流电动机相同.(有换向器)2.分类:电磁式(他激式); 永磁式,3.电气原理图:如右图.其中(a)为电磁式(b)为永磁式.4.参数:输出功率1-60

42、0W.2).交流伺服电动机(1)结构(1)定子:定子由硅钢片叠成;在定子铁心的内圆表面嵌有两套相差90度电角度的绕组:激磁绕组WF,控制绕组WC;这两套绕组分别由两个电源供电.接线图两相交流伺服电动机的结构(2)转子:分为鼠笼型和杯型两种.(1)鼠笼型转子作得细而长,转子导体采用高电阻率的材料.用于小功率的自动控制系统.产品型号SL系列.(2)空心杯型转子作成薄壁圆筒形,放在内外定子之间.用于要求运行平滑的系统.产品型号SK系列.杯型转子伺服电动机结构图激磁绕组1;控制绕组2;内定子3; 外定子4;转子5(2).基本工作原理两相绕组WF和WC分别通入频率相同的交流电,产生旋转磁场,使伺服电动机起动.取消WC后,要防止自转.(3).消除自转现象的措施 加大转子电阻.如:采用薄壁杯形转子.鼠笼条用高阻材料黄铜转子电阻不同时的机械特性(4).交流伺服电动机的特性和应用控制方法;有三种.幅值控制,相位控制,幅-相控制幅值控制原理图:控制电压Uc越高,电动机转速越高.不同控制电压下的机械特性应用举例(1