電動機及其控制PPT.ppt

第四章電機及其控制 三相異步電動機基本控制電路單相異步電動機直流電動機汽車電動機 異步電動機是把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的動力機械 廣泛應(yīng)用于工業(yè) 如 機床 紡織機械 起重機 礦山機械等 農(nóng)業(yè) 脫粒機 粉碎機 水泵及加工機械等 家用電器 電風(fēng)扇 空調(diào) 洗衣機 電冰箱及小功率電動工具等 電動機 發(fā)電機 電機 直流電機 交流電機 同步電機 異步電機 籠型 繞線型 特殊電機 三相異步電機 單相異步電機 本章重點介紹三相異步電機 三相異步電機 接線盒 轉(zhuǎn)軸 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 機座 定子鐵心 定子繞組 接線盒 端蓋 罩殼 風(fēng)扇 轉(zhuǎn)子 主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 此外 還有端蓋 軸承 風(fēng)扇等部件 轉(zhuǎn)軸 1 定子三相異步電動機的定子是由機座 定子鐵心和定子繞組組成 定子鐵心沖片 U1 U2 三相定子繞組 U相 2 轉(zhuǎn)子 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成 轉(zhuǎn)子鐵心沖片 去掉鐵心后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導(dǎo)條 籠型轉(zhuǎn)子 繞線型轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組 旋轉(zhuǎn)磁場 1 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 三相異步電動機的定子鐵心中放入三相定子繞組 定子繞組 U1 U2 V1 V2 W1 W2 定子繞組Y接 接入三相對稱電源 t 0 iu 0iv為負值iw為正值 t 0 360 240 120 t 120 t 240 t 360 N S N N N S S S 2 磁場的旋轉(zhuǎn)方向 與繞組中電流的相序一致U V W U 空間相差120 角的三相繞組 通入對稱三相電流時 產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場 磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序一致 如果改變流入三相繞組的電流相序 就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向 三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向也就跟著改變 如果電流的相序為U V W U則旋轉(zhuǎn)磁場為順時針方向 n1 t 0 360 240 120 t 240 繞組中電流的相序為U W V U 磁場逆時針旋轉(zhuǎn) 把三相異步電動機的三根線任意調(diào)換兩根與電源相接 電動機旋轉(zhuǎn)方向反向 t 360 旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p與取決于三相定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式 3 旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p 4 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 轉(zhuǎn) 每分 電源頻率 電動機的磁極對數(shù) 三相異步電動機的運轉(zhuǎn)原理 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 旋轉(zhuǎn)的磁場可以帶動轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn) 異步電動機原理圖 轉(zhuǎn)子 定子 磁場轉(zhuǎn)速n1 n 三相異步電動機轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)動起來 其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同 磁場轉(zhuǎn)速n1 轉(zhuǎn)子 感應(yīng)電動勢 電流 n 1 s n1 轉(zhuǎn)差率 0 s sN 0 01 0 06 例一臺額定轉(zhuǎn)速為1450r min的三相異步電動機 求 額定轉(zhuǎn)差率 解 因為sN 0 01 0 06 所以該電動機為4極電機 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為1500r min 三相異步電動機的機械特性 S Tem 1 0 Tem f S TN額定轉(zhuǎn)矩 Tm最大轉(zhuǎn)矩 Tst起動定轉(zhuǎn)矩 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系 當(dāng)U1 R2 X20為固定值時 機械特性 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線 Tem f S n f Tem 三相異步電動機的機械特性 穩(wěn)定運行時 電動機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩Tem T2 穩(wěn)定運行區(qū)域 AB段當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時 電動機能自動調(diào)節(jié)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài) 1 額定轉(zhuǎn)矩TN 電動機額定運行時的轉(zhuǎn)矩 PN單位 千瓦 kW nN單位 轉(zhuǎn)每分 r min TN單位 牛 米 N m 例有兩臺功率相同的異步電動機 一臺PN 7 5kW nN 962r min UN 380V 另一臺PN 7 5kW nN 1450r min UN 380V 求電動機額定轉(zhuǎn)矩 解第一臺 第二臺 2 最大轉(zhuǎn)矩Tm 令 代入得 sm R2而與U1無關(guān) Tm U12而與R2無關(guān) 3 起動定轉(zhuǎn)矩Tst 過載能力 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Y系列三相異步電動機 T 2 2 2 起動瞬間n 0 s 1 當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩T2 Tst時 電動機可帶負載起動 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst起動轉(zhuǎn)矩越大 起動就越迅速 Y系列三相異步電動機Kst 1 7 2 2 4 1常用低壓電器 凡對電能的生產(chǎn) 輸送 分配和使用其控制 調(diào)節(jié) 檢測 轉(zhuǎn)換及保護作用的電工器械均成為電器 低壓電器是指在交流50HZ額定電壓1200V及以下的交流電路或1500V及以下直流電路中工作的電器 主要用作接通或者斷開電路 低壓電器的種類繁多 按控制作用分控制電器和保護電器 按操作方式分為手動電器 如閘刀開關(guān) 組合開關(guān)和按鈕等 和自動電器 熱繼電器 交流接觸器等 4 1 1開關(guān)類控制電器 用途 主要用來接通和斷開不頻繁操作的設(shè)備的電源 操作手柄 閘刀 1 刀開關(guān) 分類 刀開關(guān)按極數(shù)分 有單極 雙極和三極 按結(jié)構(gòu)分有平板式和條架式 按操作方式分 有直接手柄操作式 杠桿操作機構(gòu)式 旋轉(zhuǎn)操作式和電動操作機構(gòu)式 除特殊的大電流刀開關(guān)又采用電動操作方式外 一般都進行手動操作 2 組合開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān) 選擇 根據(jù)電源種類 電壓等級 設(shè)備容量及使用場合來選用 廣泛用于照明電路和在電動機控制電路作電源引入用 注意 刀開關(guān)安裝時 合閘狀態(tài)手柄必須向上 不得倒裝 用途 接通或切斷電源 控制小型籠型電動機的起動 停止 正反轉(zhuǎn)等 LW5D系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)適用于交流50HZ 額定電壓至500V及以下控制線路中 手柄 文字符號及圖形符號 HZ5B型組合開關(guān) 適用于交流50HZ 額定電壓380V及以下的電路中 可作電動機起動 停止 換向 變速之用 文字符號及圖形符號 選擇 根據(jù)控制要求 工作電流及工作電壓選擇 汽車的燈光組合開關(guān) 4 1 2按鈕 用途 接通或切斷控制電路 LAY39系列按鈕 按鈕結(jié)構(gòu)圖 文字符號及圖形符號 動合觸點 常開觸點 動斷觸點 常閉觸點 按鈕 SB 4 1 3熔斷器 用途 短路保護電器當(dāng)電路發(fā)生短路和嚴重過載時 它的熔體能迅速熔斷 從而切斷電路 使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞 結(jié)構(gòu) 熔體 俗稱保險絲 熔管 熔座三部分組成 文字符號和圖形符號 圓筒形熔斷器 熔斷器底座 高壓熔斷器 螺旋式熔斷器 熔體額定電流的選擇 1 照明線路等沒有沖擊電流的負載 熔體額定電流 被保護設(shè)備的額定電流 2 一臺電動機的熔體 熔體額定電流 電動機的起動電流 2 5 熔體額定電流 電動機的起動電流 1 6 2 如果電動機起動頻繁 則為 3 多臺電動機合用的總?cè)垠w 熔絲額定電流 1 5 2 5 容量最大的電動機額定電流 其余電動機額定電流之和 4 1 4交流接觸器 線圈 交流接觸器示意圖 用途 用來頻繁地接通或分斷帶有負載的主電路 如電動機 的自動控制電器 線圈 主觸點 滅弧罩 輔助觸點 線圈 KM 交流接觸器的圖形和文字符號 輔助觸點 主觸點 動合觸點 動斷觸點 選擇接觸器主要考慮 主觸點額定電壓 額定電流 輔助觸點種類 數(shù)量及觸點額定電流 電磁線圈的電源種類 頒率和額定電壓 主觸點電壓 電流 負載額定電壓 電流電流 4 1 5熱繼電器 熱繼電器原理圖 用途 主要用于電動機的過載保護 熱繼電器的圖形和文字符號 動斷觸點 FR 熱元件 FR 4 1 6中間繼電器 用途 用來傳遞或轉(zhuǎn)換信號 或同時控制多個電路 也可以直接控制小容量電動機或其它電氣執(zhí)行元件 結(jié)構(gòu) 與交流接觸器基本相同 只是容量小些 觸點多些 選用 中間繼電器主要考慮電壓等級和觸點數(shù)量 7 1 8自動空氣開關(guān) 空氣斷路器 自動空氣開關(guān)示意圖 用途 用于低壓電路的短路 嚴重過載及欠電壓保護 自動空氣開關(guān) 正常情況下過流脫扣器的銜鐵是釋放著的 嚴重過載或短路時 線圈因流過大電流而產(chǎn)生較大的電磁吸力 把銜鐵往下吸而頂開鎖鉤 使主觸點斷開 起過流保護作用 欠壓脫扣器在正常情況下吸住銜鐵 主觸點閉合 電壓嚴重下降或斷電時釋放銜鐵而使主觸點斷開 實現(xiàn)欠壓保護 電源電壓正常時 必須重新合閘才能工作 4 3三相異步電動機的控制電路 4 3 1單向運轉(zhuǎn)控制電路 一 用刀開關(guān) 或轉(zhuǎn)換開關(guān) 直接控制電路 優(yōu)點 控制電路簡單 缺點 沒有失壓保護 不能實現(xiàn)遙控和自控 不便頻繁起 ?？刂?刀開關(guān)控制電路 二 用接觸器 按鈕控制的單向運轉(zhuǎn)電路 1 點動控制電路 KM Q FU KM SB 主電路 控制電路 閉合開關(guān)Q接通電源 按SB KM線圈得電 KM主觸點閉合 動作過程 M運轉(zhuǎn) 點動控制 2 單向運行控制電路 自鎖 SBSTP 用接觸器本身的觸點使其線圈保持通電的環(huán)節(jié)稱自鎖環(huán)節(jié) 工作過程 按下SBST KM得電 電動機起動 按下SBSTP KM斷電 電動機停止 FR 過載保護 直接起動控制原理圖 直接起動控制結(jié)構(gòu)圖 起動過程 按下起動按鈕SBl 接觸器KM線圈通電 與SB1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點閉合 以保證松開按鈕SBl后KM線圈持續(xù)通電 串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)閉合 電動機連續(xù)運轉(zhuǎn) 從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控制 停止過程 按下停止按鈕SB2 接觸器KM線圈斷電 與SBl并聯(lián)的KM的輔助常開觸點斷開 以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)失電 串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)斷開 電動機停轉(zhuǎn) 與SBl并聯(lián)的KM的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖 圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護 過載保護和零壓保護 起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器FU 一旦電路發(fā)生短路故障 熔體立即熔斷 電動機立即停轉(zhuǎn) 起零壓 或欠壓 保護的是接觸器KM本身 當(dāng)電源暫時斷電或電壓嚴重下降時 接觸器KM線圈的電磁吸力不足 銜鐵自行釋放 使主 輔觸點自行復(fù)位 切斷電源 電動機停轉(zhuǎn) 同時解除自鎖 起過載保護的是熱繼電器FR 當(dāng)過載時 熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱 將其常閉觸點斷開 使接觸器KM線圈斷電 串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點斷開 電動機停轉(zhuǎn) 同時KM輔助觸點也斷開 解除自鎖 故障排除后若要重新起動 需按下FR的復(fù)位按鈕 使FR的常閉觸點復(fù)位 閉合 即可 4 3 2可逆運轉(zhuǎn)控制電路 KMF主觸點接通 電動機正轉(zhuǎn) KMR主觸點接通 電動機反轉(zhuǎn) KMF KMR不能同時接通 否則造成電源短路 注意 KMF KMR同時接通 會出現(xiàn)什么問題 主電路 KMF 互鎖 籠型電動機正反轉(zhuǎn)控制線路 主觸點閉合 正轉(zhuǎn) 按SBF KMF通電 輔動合閉合 自鎖 輔動斷開 互鎖 存在問題 要想改變電機轉(zhuǎn)向 必須先按停止按鈕 具有互鎖環(huán)節(jié)的正反轉(zhuǎn)控制電路 采用復(fù)合按鈕的電動機正反轉(zhuǎn)控制線路 要想改變電機轉(zhuǎn)向 不必先按停止按鈕 直接按相應(yīng)的起動即可 補充 基本電氣識圖 繼電 接觸控制電氣圖分為 電氣控制原理圖 電氣設(shè)備安裝圖 電氣設(shè)備接線圖 2 電氣元件必須用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號標注 3 同一電器的各部件如線圈和觸點常常不畫在一起 但用同一文字標明 4 電氣控制原理圖中的全部觸點都按 常 狀態(tài)繪出 1 電器原理圖分為主電路和控制電路 主電路畫在左側(cè) 或上方 控制電路畫在右側(cè) 或下方 各電氣元件按動作順序由上到下 從左到右依次排列 繪制電氣原理圖的規(guī)則 3 結(jié)合說明書或有關(guān)的技術(shù)資料把控制線路劃分成幾個部分 按動作先后逐一進行分析 4 搞清各電器之間的動作關(guān)系 相互間的聯(lián)鎖及電路的保護環(huán)節(jié)等 2 先看主電路 由電源到被控設(shè)備 由上到下 了解各電氣設(shè)備的特點和控制要求 識圖注意問題 1 首先了解控制系統(tǒng)的主要技術(shù)性能及機械傳動 液壓和氣動的工作原理 三相異步電動機的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù) 銘牌的作用 向使用者簡要說明電動機的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法 例 某電動機銘牌數(shù)據(jù)如下 三相異步電動機型號Y132M 4功率7 5kW頻率50HZ電壓380V電流15 4A接法 轉(zhuǎn)速1440r min絕緣等級B工作方式連續(xù)年月編號 電機廠 1 型號 Y132M 4 三相異步電動機 機座中心高 mm 磁極數(shù) 機座長度代號 S短機座 M中機座 L長機座 2 功率PN額定運行時 軸上輸出的機械功率 輸入功率 效率 3 電壓UN額定運行時 定子繞組上應(yīng)加的線電壓 4 電流IN在UN PN時 流入定子繞組的線電流 5 轉(zhuǎn)速nN在UN PN IN時 電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 6 接法 電動機三相定子繞組的接線方法 接線盒 接線盒 接 Y接 7 頻率fN我國電網(wǎng)頻率為50HZ 8 溫升及絕緣等級 電動機常用絕緣材料分為五個等級 9 工作方式 連續(xù)工作 短時工作 斷續(xù)周期工作 10 其他 可從電工手冊中查得 功率因數(shù) 效率 三相異步電動機的選擇 1 電動機容量 功率 的選擇 選擇原則 電動機的起動轉(zhuǎn)矩 負載轉(zhuǎn)矩 電動機在運行時的溫升不超過其容許值 電動機應(yīng)具有一定的過載能力 選擇方法 調(diào)查統(tǒng)計類比法 分析計算法 2 電動機類型的選擇 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 維護方便 但起動性能差 適用于空載或輕載起動的生產(chǎn)機械 風(fēng)機 水泵 一般機床等 價格較貴 起動性能好 適用于起重機 軋鋼機等 3 結(jié)構(gòu)形式的選擇 臥式 軸為水平 立式 軸為垂直 開啟式 封閉式 防護式 繞線型電動機 籠型電動機 可優(yōu)先考慮 4 額定電壓的選擇 5 轉(zhuǎn)速的選擇 電動機的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大 價格也愈高 功率因數(shù)和效率也就低 同步轉(zhuǎn)速有3000r min 1500r min 1000r min 750r min等 一般情況下 可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r min的電動機 4 100kW的電動機的一般為380V 接 3kW以下一般為380V Y接 100kW以上可考慮額定電壓為3 6或10kV的高壓電動機 單相異步電動機 1基本工作原理 2起動方法 1基本工作原理 單相異步電動機 單相定子繞組 籠型轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu) 工作原理及特點 單相定子繞組產(chǎn)生的是脈動磁場 可分解為大小 轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個磁場 當(dāng)S 1時 對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的合成力矩為零 所以起動轉(zhuǎn)矩為零 常用類型 電容分相式 罩極式單相異步電動機 電源 單相交流電源 功率 幾 幾百瓦 用途 家用電器 風(fēng)扇 冰箱 洗衣機等 及功率不大的電動工具 2