中职电工电子技术及应用第五章 常用电动机教学课件

1、正版可修改PPT课件(中职）电工电子技术及应用第五章 常用电动机教学课件第五章 常用电动机第一节 三相异步电动机的结构和工作原理第二节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动二第四节 三相异步电动机的铭牌和技术数据第五节 其他用途电动机第一节 三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的结构 异步电动机主要由定子和转子两部分组成，这两部分由气隙隔开。根据转子结构的不同，分成笼型和绕线型两种。图5-1为三相笼型异步电动机的结构。1.定子 定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成 定子铁芯是电机磁路的一部分，它由厚0. 5mm、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成，

2、在其内圆冲有均匀分布的槽，如图5 -2所示，槽内嵌放三相对称绕组。定子绕组是电机的电路部分，它用铜线缠绕而成，三相绕组根据需要可接成星形()和三角形()，由接线盒的端子板引出。机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。下一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的结构2.转子 转子由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成。 转子铁芯也是由厚0. 5 mm、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成，在其外圆冲有均匀分布的槽，如图5 -3所示。 转子铁芯各槽内都嵌有铸铝导条(个别电机有用铜导条的)，端部有短路环短接，形成一个短接回路。去掉铁芯，形如一笼子，如图5 -4(a)所示。 绕线型转子绕组结

3、构与定子绕组相似，在槽内嵌放三相绕组，通常为形连接，绕组的三个端线接到装在轴上一端的三个滑环上，再通过一套电刷引出，以便与外电路相连，如图5 -5所示。转轴由中碳钢制成，其两端由轴承支撑着，它用来输出转矩。下一页上一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理 为便于分析，异步电动机的三相绕组用三个线圈U1-U2、V1-V2、W1-W2表示，它们在空间互差120电角度，并接成Y形连接，如图5 -6所示，图(a)为对称三相绕组，图(b)为Y形连接。把三相绕组接到三相交流电源上，三相绕组便有三相对称电流流过。假定电流的正方向由线圈的始端流向末端，流过三相线圈的电流分别为其波

4、形如图5 -7所示。下一页上一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理 由于电流随时间而变，所以电流流过线圈产生的磁场分布情况也随时间而改变，现研究几个瞬间，如图5-8所示。 由此可见，三相绕组通入三相交流电流时，将产生旋转磁场。若满足两个对称(即绕组对称、电流对称)，则此旋转磁场的大小便恒定不变(称为圆形旋转磁场)，否则将产生椭圆形旋转磁场(磁场大小不恒定)。 由图5 -8可看出，旋转磁场的旋转方向与相序方向一致，如果改变相序，则旋转磁场旋转方向也就随之改变。三相异步电动机的反转正是利用这个原理。下一页上一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机

5、的工作原理进一步分析还可得到其转速式中，f1为电网频率;p为磁极对数我国电网频率为50 Hz，故n1与p的关系如表5-1所示下一页上一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理2.三相异步电动机转动原理 图5 -9是三相异步电动机的工作原理示意图 (1) 电生磁:定子三相绕组U、V、W，通三相交流电流产生旋转磁场，其转向与相序一致，为顺时针方向，转速为 假定该瞬间定子旋转磁场方向向下。 (2)(动)磁生电:定子旋转磁场旋转切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。 (3)电磁力(矩):这时转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，

6、其方向由“左手螺旋定则”判断，如图5 -9所示。下一页上一页第一节 三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理2.三相异步电动机转动原理 我们定义异步电动机的转速差(n1-n)的与旋转磁场转速n1的比率，称为转差率，用s表示上一页返 回第二节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性一、三相异步电动机的电磁转矩 由上节工作原理可知，异步电动机的电磁转矩是由与转子电动势同相的转子电流(即转子电流的有功分量)和定子旋转磁场相互作用产生的，可见电磁转矩与转子电流有功分量(I2cos2)及定子旋转磁场的每极磁通(0)成正比，即可以算出电磁转矩与电动机参数之间的关系:下一页第二节 三相异步电动

7、机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性 对于某一台确定的电动机而言，当电压一定时，Tem=f(s)之间的关系曲线称为Tem-s曲线，如图5-10所示 由n=(1-s)n1关系，可将Tem-s关系改为，n=f(Tem)关系，此即为异步电动机的机械特性，如图5-11所示。因n与Tem均属机械量，故称此特性为机械特性，它直接反映了当电动机转矩变化时，转速的变化情况下一页上一页第二节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性1.额定转矩TN 它是电动机额定运行时的转矩，可由铭牌上的PN和nN 求取:2.最大转矩Tm 可以得到改变电源电压U1和R2的机械特性，如图5-1

8、2所示下一页上一页第二节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性3.启动转矩Tst只有当启动转矩大于负载转矩时，电动机才能启动。启动转矩越大，启动就越迅速。由此引出电动机的另一个重要性能指标启动转矩倍数Kst上一页返 回第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动机的启动 电动机接上电源，转速由零开始运转，直至稳定运转状态的过程，称为启动过程 对电动机启动要求是:启动电流小，启动转矩大，启动时间短。1.直接启动 把电动机三相定子绕组直接加上额定电压的启动方法叫直接启动，如图5 -13所示。 条件：下一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动

9、机的启动 2.降压启动 降压启动的主要目的是限制启动电流，但问题是在限制启动电流的同时，启动转矩也受限制，因此它只适用于在轻载或空载情况下启动。最常用的启动方法有Y-换接启动和自耦补偿器启动。 Y-换接启动只适用于定子绕组为连接，且每相绕组都有两个引出端子的三相笼型异步电动机，原理接线如图5-14所示下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动机的启动 2.降压启动 由三相交流电路知识可推得:Y连接启动时的启动电流为连接直接启动时的1/3，其启动转矩也为后者的1/3，即 对容量较大或正常运行时接成Y连接而不能采用启动的笼型电动机常用自祸补偿器启动。其原理接线如图5-15

10、所示。它是利用自祸变压器降压原理启动。下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动二、三相异步电动机的调速1.变频调速 由于频率f1能连续调节，故可在较大范围内实现平滑调速，它属无级调速，其调速性能好，但它需有一套专用变频设备。2.变极调速 当电源频率f1一定时，转速n近似与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，转速近似减小一半。 通常用改变定子绕组的接法来改变极对数，笼型转子的极对数能自动地保持与定子极对数相等，所以这种方法只适用于笼型异步电动机。下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动二、三相异步电动机的调速3.变转差率调速 在绕线型异步电动机转子回路里串可调电阻，由图5-

11、12 (b)可知，在恒转矩负载下，转子回路电阻增大，其转速n下降 这种调速方法优点是有一定的调速范围，设备简单，但能耗较大，效率较低，广泛用于起重设备。下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机的制动 1.反接制动 异步电动机反接制动接线如图5-16 ( a)所示。制动时将电源开关Q由“运转”位置切换到“制动”位置，把它的任意两相电源接线对调。由于电压相序反了，所以定子旋转磁场方向反厂，而转子由于惯性仍继续按原方向旋转，这时转矩方向与电动机的旋转方向相反，如图5-16 ( b)所示，成为制动转矩。下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机

12、的制动2.回馈制动 回馈制动发生在电动机转速n大于定子旋转磁场转速n1的时候，如当起重机下放重物时，重物拖动转子，使转速n n1。这时转子绕组切割定子旋转磁场方向与原电动状态相反，则转子绕组感应电动势和电流方向也随之相反，电磁转矩方向也反厂，即转矩与电机旋转方向由同向变为反向，成为制动转矩(如图5-17所示)，使重物受到制动而匀速下降。实际上这台电动机已转人发电机运行状态，它将重物的势能转变为电能而回馈到电网，故称回馈制动。下一页上一页第三节 三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机的制动3.能耗制动 异步电动机能耗制动接线如图5-18 ( a)所示。制动方法是在切断电源开关Q1同时

13、闭合开关Q2触点，在定子两相绕组间通入直流电流。于是定子绕组产生一个恒定磁场，转子因惯性而旋转切割该恒定磁场，在转子绕组产生感应电动势和电流。由图5-18 (b)可判得，转子的载流导体与恒定磁场相互作用产生电磁转矩，其方向与转子转向相反，起制动作用，因此转速迅速下降，当转速下降至零时，转子感应电动势和电流也降至零，制动过程结束。制动期间，运转部分所储藏的动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称能耗制动。上一页返 回第四节 三相异步电动机的铭牌和技术数据 铭牌的作用是向使用者简要说明这台设备的一些额定数据和使用方法，因此看懂铭牌，按照铭牌的规定去使用设备，是正确使用这台设备的先决条件。 如一台

14、三相异步电动机铭牌数据如表5-2所示。1.型号 为了便于各部门业务联系和简化技术文件对产品名称、规格、型式的叙述等而引用的一种代号，由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字三部分组成。各类型电机的主要产品代号意义摘录于表5-3中。下一页第四节 三相异步电动机的铭牌和技术数据2.额定功率PN 指电动机在额定状况下运行时，转子轴上输出的机械功率，单位为kW3.额定电压UN 指电动机在额定运行情况下，三相定子绕组应接的线电压值，单位为V4.额定电流IN 指电动机在额定运行情况下，三相定子绕组的线电流值，单位为A 三相异步电动机额定功率、电流、电压之间的关系为下一页上一页第四节 三相异步电动机的铭牌和

15、技术数据5.额定转速nN 指额定运行时电动机的转速，单位为r/min6.额定频率fN 我国电网频率为50 Hz，故国内异步电动机频率均为50 Hz7.接法 电动机定子三相绕组有Y连接和连接两种，如图5-19所示。Y系列电动机功率在4kW及以上均接成连接。绕组的接线标志如表5-4所示。下一页上一页第四节 三相异步电动机的铭牌和技术数据 8.温升及绝缘等级 温升是指电机运行时绕组温度允许高出周围环境温度的数值。但允许高出数值的多少由该电机绕组所用绝缘材料的耐热程度决定，绝缘材料的耐热程度称为绝缘等级，不同绝缘材料，其最高允许温升是不同的，中小电动机常用的绝缘材料分五个等级，如表5 -5，其中最高允

16、许温升值是按环境温度40计算出来的。 9.工作方式 为厂适应不同的负载需要，按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成了三种工作方式:连续工作制、短时工作制和断续周期工作制。 除上述铭牌数据外，还可由产品目录或电工手册中查得其他一些技术数据，如一台Y160M-6电动机(表5 -6 ) 上一页返 回第五节 其他用途电动机一、步进电动机1.步进电动机的用途和基本要求 步进电动机或称脉冲电动机，是一种将输人脉冲信号转换成输出轴的角位移(或直线位移)的执行元件。 由于步进电动机的工作职能正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决厂步进电动机的电源问题。因此，随着数字计算机的发展，步进电动机的

17、应用也日益广泛。 图5-20就是数控机床控制系统的示意图下一页第五节 其他用途电动机一、步进电动机1.步进电动机的用途和基本要求 控制系统对步进电动机的基本要求是: 在一定的速度范围内步进电动机都能稳定运行，愉出轴转过的步数必须等于输入脉冲数，既不能多走一步，也不能少走一步，即不能出现所谓的“失步”现象 每输入一个脉冲信号，愉出轴所转过的角度称为步距角，该值要小而且精度要高，这样才能使工作台的位移量小而且准确均匀，从而可以提高加工精度 允许的工作频率高，这样才能动作迅速，减少辅助工时，提高生产率下一页上一页第五节 其他用途电动机一、步进电动机2.步进电动机的作用原理和基本结构 步距角s与转子齿

18、数z及拍数N之间存在如下关系: 转子每分钟转速为 典型结构如图5 -21所示，转子的齿数增加厂很多(图中为40个齿)，定子每个极上也相应地开了几个齿(图中为5个齿)。下一页上一页第五节 其他用途电动机二、伺服电动机 伺服电动机亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动;信号来到之后，转子立即转动;当信号消失，转子能即时自行停转。由于这种“伺服”的性能，因此而命名。1. 直流伺服电动机 (1)基本结构 直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，不过由于直流伺服电动机的功率不大，也可由永久磁铁制成，省去励磁绕组。其励磁方式儿乎只采取他励式(永磁式亦认

19、为是他励式)。下一页上一页第五节 其他用途电动机二、伺服电动机1. 直流伺服电动机 (2)工作原理 直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生厂磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通相互作用而产生转矩使伺服电动机投入工作。 (3)控制方式 交流伺服电动机的励磁绕组与控制绕组均装在定子铁芯上，从理论上讲，这两种绕组的作用相互对换时，电动机的性能不会出现差异。下一页上一页第五节 其他用途电动机二、伺服电动机2.交流伺服电动机 (1)工作原理 图5-22是交流伺服电动机的原理图，图中f和k表示装在定子上的两个绕组，它们在空间上相差90电角度。绕组k是由

20、定值交流电压励磁，称为励磁绕组;绕组k是由伺服放大器供电而进行控制的，故称为控制绕组。转子为笼型。 交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到电源上，控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无启动转矩，转子不转。下一页上一页第五节 其他用途电动机二、伺服电动机2.交流伺服电动机 (2)控制方法 伺服电动机不仅须具有启动和停止的伺服性，而且还须具有转速的大小和方向的可控性。交流伺服电动机的控制方法有以下三种: 幅值控制:即保持控制电压Uk的相位不变，仅仅改变其幅值来进行控制。 相位控制:即保持控制电压Uk的幅值不变，仅仅改变其相位来进行控制。 幅一相控制:即同时改变Uk的幅值和相位来进行控制。下一页上一页第五节 其他用途电动机三、单相异步电动机 在只有单相电源或所需较小功率时，可选用单相异步电动机。 单相异步电动机结构(如图5-23所示)与三相笼型异步电动机相似，转子也为笼型，所不同的是单相异步电动机的定子绕组有两个，一个为工作绕组，它在全部运行中均接入电网，另一个为启动绕组，它仅在启动瞬间接入，当电动机转速升至70%85%的同步转速时，由离心开关将它切除(电容或电阻分相电动机)。下一页上一页第五节 其他用途电动机三、单相异步电动机 正转旋转磁场(与转向相同)对转子的转差率s+，它产生正向电磁转矩Tem