机电传动控制之交流电机

《机电传动控制》目录（48h）1第一章概论（0.5h）第二章机电传动系统的动力学基础（1.5h）第三章直流电机（4h）第四章交流电机（6h）第五章控制电机（4h+2h）第六章继电器－接触器控制系统（6h+2h）第七章可编程序控制器（14h+8h）第四章交流电机4.1三相异步电动机的结构和原理4.2铭牌和能流图4.3机械特性4.4启动特性4.5调速特性4.6制动特性4.7单相异步电机4.8同步电机4.9应用24.1三相异步电动机的结构和原理一、结构3定子和励磁线圈转子或转子线圈4.1定子和转子硅钢冲片4三相对称绕组AX，BY，CZ鼠笼式转子结构5铜条或铸铝绕线式转子结构6ABC4.5外接变阻器（启动和速度调节）滑环和电刷二、工作原理7定子旋转磁场和转子中感应电流的相互作用！二、工作原理8定子三相绕组4.6三相交流电N-S主磁场以n0顺时针旋转(相对切割)转差率n0－同步转速n－转子转速＜n0转子速度9n略小于n0电机转向10三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。n0n0nn4.2铭牌和能流图11一、铭牌定子绕组接线方式12短路片线电压相电压铭牌：Y/△－接线方式

380/220－不同接线应加的线电压4.154.16二、能流图13输入定子的电功率定子电路中的铜损转子中的铜损Pcu2=sPcu1输入转子的电磁功率铁损(磁滞和涡流损耗)机械损失功率输出的机械功率定子的功率因素cosφ1转子的功率因素cosφ2P1PePm△Pcu1△PFe1△Pm△Pcu2P24.3机械特性14一、定子电路分析定子每相绕组的感应电势为有效值为忽略漏磁4.19二、转子电路分析15转子感应电势有效值为E20－转子未转动感应电势4.20电原理图（类似变压器）16转子感应电流有效值为E20－转子未转动时的感应电势X2---转子每相绕组漏磁感抗转子电路功率因素为(I2迟后E2一个2角)174.21定子磁势和转子磁势为什么相对静止定子磁势转速n0=60f/p

转子的机械转速n=(1-s)*n0

转子上的电流频率f2=s*f，所以转子磁势相对于转子的转速n‘=60*f2/p=60*s*f/p=s*n0

则转子磁势相对于静止空间的转速

n2=n+n’=(1-s)*n0+s*n0=n0

可见，转子磁势和定子磁势转速相同，即相对静止。18

三、机械特性19机械特性方程20U,U1---定子绕组相电压，电源电压；R2------转子每相绕组的电阻；X20-----n=0时转子每相绕组的感抗；K-------三相异步电动机的转矩常数。三、机械特性21T=f(S)T-S曲线n=n0n=0Tn=f(T)机械特性曲线4.231.固有机械特性22几个特征点？同步转速n0=60f/p额定工作点

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

(0.06～0.015)nN=(0.94～0.985)n0启动工作点Tst(n=0,S=1)临界工作点(T=Tmax,S=Sm)Sm=R2/X20Tmax=KU2/(2X20)两个系数过载能力系数λm=Tmax/TNλm=2.0～2.2启动能力系数λst=Tst/TNλst=1.0～1.2转矩-转差率实用公式T/Tmax代入

sm=R2/X20化简得

23Tmax=KU2/(2X20)

sm=R2/X204.232.人为机械特性降低电源电压的人为特性24特性变化的特点：n0、Sm不变；Tmax大大减小，对U敏感；机械特性变软；TL不变下，S↑I↑温度升高。0.25Tmax0.64Tmax4.24定子电路串入电阻或电抗25特性变化的特点：n0、Sm不变；Tmax比较大（同降压引起Tmax下降相比；机械特性变软；改变电源频率时的人为特性26特性变化的特点：n0、Sm改变，机械特性基本不变；f>f1>f24.26转子电路串入电阻（绕线式电动机）27

特性变化的特点：

Sm增大，机械特性变软；4.4启动特性三相异步电动机的启动要求启动转矩要足够大；满足启动转矩要求下，启动电流要小。28一、鼠笼式异步电动机的启动方法1.直接启动（全压启动）29图4.29302.串电阻、电抗降压启动31特点：机械特性变软适用轻载或空载消耗能量大，不适合经常启动的电动机3.Y-△降压启动32IstY=Ist△/3TstY=Tst△/3优点：简单、经济、电流小。缺点：只能应用正常工作方式为三角形接线电机(4KW以上，额定电压380v、△接线。)4.自耦变压器降压启动33优点：电压可调、电流小。缺点：变压器体积大、价格高。不能应用于经常平繁启动的电机。345.软启动器35带电流闭环的电子控制软启动器(晶闸管交流调压器)限制启动电流并恒值（0.5~4）IN转速升高后自动衰减启动时间短不宜满载启动应用：风机、水泵、运输机二、绕线式异步电动机的启动方法

1.逐级切除启动电阻法36优点：电流小、启动转矩大。缺点：电阻上的损耗大。2.频敏变阻器启动法37优点：电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大的冶金、化工设备上。缺点：不能用作调速电阻。n=0，S=1f2=Sf1↑R↑X↑→I↓T↑n=nn，f2↓R=X≈0相当于转子短路，启动完毕4.35

三、特殊鼠笼式电动机的启动1.双鼠笼电动机38黄铜外(启动)紫铜内(工作)4.361-启动笼2-工作笼3-合成机械特性392、深槽电机集肤效应电流集中在导体表面（启动时）100千瓦以上鼠笼电机4.37机械特性4.5调速特性40一、改变极对数调速414.36422PP2PP

改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。启动时宜低速启动。4.37变极对数的机械特性4344二、变转差率调速1、调压调速离心风机不同负载下可以有不同的调速范围2、转子串电阻调速45有级调速起重设备上三、变频调速464748494.6制动特性一、反馈制动50n与T方向相反4.4151二、反接制动

1.电源反接制动52n0方向改变T,TL同向a→b→c断电因为反接电流很大，实际串电阻后应a→d→e特点：制动强烈、控制复杂、不准确、能耗大，适用正反转场合。4.432.倒拉制动53n与T方向相反提升工作在a点下放时串电阻改变机械特性a→b→c→d点。特点：能耗大、电阻大小要适当，起吊机械。4.44三、能耗制动54特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。4.7单相异步电动机一、脉动磁场554.4656脉动磁场的T—S曲线正向反向合成T-S曲线脉动磁场特点：1、没有启动能力，启动转矩为零；2.在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定.二、启动方法571.电容分相式移相电容开关iB电流超前iA电流90度58圆形旋转磁场的条件：两相相差90度等幅值的交流电通入两相在空间相差90度的对称绕组.4.50电容分相式异步电动机的转向59

转向取决于电流最大值到达的顺序。或对调两绕组的任一绕组的接线。602.罩极式异步电动机罩极铜环注意：罩极电动机的转向不可改变。4.52家用电风扇控制电路61有级调速无级调速家用洗衣机62家用电冰箱制冷原理63低温低压气体制冷剂高压高温蒸汽高压过冷液体低压低温液体低压低温液体家用电冰箱控制电路644.8同步电动机一、结构65适用于发电机或大功率高电压的场合气隙不均匀（低速电动机1000r/min以下）气隙均匀（高速）直流励磁（电刷、集电环）4.53二、工作原理66n不随负载变化，恒定转速。4.544.55三、启动67同步电动机不能自行启动由于惯性转子产生摆动68异步启动法QB在1位置时为启动状态，R为防止励磁线圈产生高压。当n接近n0时将QB搬向2处，将转子拉入同步。R1调节cos2至要求。4.9应用三相异步电动机化工、纺织、冶金、建筑、农机、矿山、轻工等行业，大量作为风机、水泵、压缩机、机床、印刷机、造纸机、纺织机、轧钢机、空调机、城市地铁、轻轨交通以及矿山电动车辆等。69单相异步电动机70习题4.64.1171本章习题解答724-6（1）由于电机每相绕组的额定相电压是220V，而电源的线电压是380V，所以只能采用Y形连接。（2）因为nN=960r/min，所以n0=1000r/min

从而p=3734-11（1）U=UN时，

TST1=1.2TN=1.29.55

PN/nN=312N•m>TL=250N•m能启动

U=0.8UN时，

TST2=0.82TST1=200<TL

不能启动（2）TSTY=TST/3=1.2TN/3=0.4TNTL=0.35TN