電工學(xué)第6章電動(dòng)機(jī)

1、1 第 6 章 電 動(dòng) 機(jī) 下一章下一章 上一章上一章 返回主頁(yè)返回主頁(yè) 2 電機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁裝置。電機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 電能電能 機(jī)械能機(jī)械能 直流電機(jī)和交流電機(jī)直流電機(jī)和交流電機(jī) 他勵(lì)電機(jī)他勵(lì)電機(jī) 并勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī) 串勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī) 復(fù)勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī) 異步電機(jī)異步電機(jī) 同步電機(jī)同步電機(jī) 3 伺服電動(dòng)機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)：電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移或角速度；電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移或角速度； 測(cè)速發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)； 自自 整整 角角 機(jī)機(jī) ：實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受；實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：電

2、脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速；電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)變壓器：旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號(hào)變換成電壓信號(hào)；轉(zhuǎn)角信號(hào)變換成電壓信號(hào)； 感應(yīng)同步器：感應(yīng)同步器：轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 4iUiViW tiO三相三相 (多相多相) 繞組中流過三相繞組中流過三相 (多相多相) 電流。電流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通入入 iW 5 t = 0W2U1V2W1U2V1U1W2V1U2W1V2NS t = = 90NSiUiViW tiO6U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組

3、都用兩個(gè)線圈串聯(lián)組成：每相繞組都用兩個(gè)線圈串聯(lián)組成：形成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極，形成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極，即即 p = 2 U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0 t = 907旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n0 電流變化一周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈電流每秒變化電流每秒變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 50 圈圈 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 3000 圈圈電流每分變化電流每分變化 (5060) 周周電流變化一周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)半圈旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)半圈電流每秒變化電流每秒變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)旋

4、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 25 圈圈 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 1500 圈圈電流每分變化電流每分變化 (2560) 周周8 p12 3456n0/(r/min) 3000 1500 1000750600500 f = 50 Hz 時(shí)，不同磁極對(duì)數(shù)時(shí)的同步轉(zhuǎn)速如下：時(shí)，不同磁極對(duì)數(shù)時(shí)的同步轉(zhuǎn)速如下： 60 f1pn0 = 磁極對(duì)數(shù)為磁極對(duì)數(shù)為 p 時(shí)時(shí) 9旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向?yàn)椋盒D(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向?yàn)椋篣1V1W1與三相繞組中的三相電流的相序與三相繞組中的三相電流的相序 L1 L2 L3 一致一致L1 L2 L3L1 L2 L3n0n010 右手定則右手定則 左手定則左手定則11NS 用右手定則判斷用右手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組中

5、感應(yīng)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng) 電流的方向。電流的方向。 用左手定則判斷用左手定則判斷 轉(zhuǎn)子繞組受到的轉(zhuǎn)子繞組受到的 電磁力的方向。電磁力的方向。 電磁力電磁力 F 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T 。 T 與與 n0 同方向。同方向。n0Fn 12 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系： n 與與 n0 方向一致。方向一致。 n n0，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 :起動(dòng)起動(dòng) (堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)) 時(shí)時(shí): n = 0，s = 1 理想空載時(shí)理想空載時(shí): n = n0，s = 0 正常工作時(shí)正常工作時(shí): 0 s TL 加速運(yùn)行加速運(yùn)行當(dāng)當(dāng) T2 TL 電動(dòng)機(jī)能起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)能起動(dòng)，否則將起動(dòng)不了。否則將起動(dòng)不

6、了。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù): : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動(dòng)電流起動(dòng)電流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTSt TN KS =ISt INKC =29 例例6.5.1 某三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率某三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率 PN = 45 kW，額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負(fù)載：，試問能否帶此負(fù)載：(1) 長(zhǎng)期運(yùn)行長(zhǎng)期運(yùn)行; (2) 短期運(yùn)行短期運(yùn)行; (3) 直接起動(dòng)。直接起動(dòng)。解解 (1) 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩由于由于TN TL

7、，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。 (3) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于由于TSt TL，故可以帶此負(fù)載直接運(yùn)行，故可以帶此負(fù)載直接運(yùn)行。 TSt = KSTN = 2.0145 Nm = 290 Nm 30UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2 +R TM n0nOT 轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻: : TS n0nMnOT31異步機(jī)的起動(dòng)特性：異步機(jī)的起動(dòng)特性： 起動(dòng)電流大起動(dòng)電流大: ISt = Kc IN = (57)IN 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小: TSt = KSTN = (1.62.2)TN影響：影響： 頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量

8、積累, ,易使電動(dòng)機(jī)過熱。易使電動(dòng)機(jī)過熱。 大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。 良好的起動(dòng)性能良好的起動(dòng)性能: 起動(dòng)電流小起動(dòng)電流小 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大32(全壓起動(dòng)全壓起動(dòng)) (a) 小容量的電動(dòng)機(jī)；小容量的電動(dòng)機(jī)； (b) 電源容量足夠大時(shí)。電源容量足夠大時(shí)。 7.5 kW 以下直接起動(dòng)以下直接起動(dòng) 7.5 kW 以上，且電源容量能滿足起動(dòng)以上，且電源容量能滿足起動(dòng)電流倍數(shù)電流倍數(shù) 3 + 1 4IS INKC =電源容量電源容量 (kVA)電機(jī)功率電機(jī)功率 (kW)33 適用于：正常運(yùn)行為適用于：正常運(yùn)行為形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。 起

9、動(dòng)時(shí)起動(dòng)時(shí)運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí)UVWUNI1LYUVWUNI1L 34定子線電壓比定子線電壓比定子相電壓比定子相電壓比起動(dòng)電流比起動(dòng)電流比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比電源電流比電源電流比定子相電流比定子相電流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS21335降壓比降壓比KA=UUN定子線電壓比定子線電壓比定子相電壓比定子相電壓比M3U UN定子相電流比定子相電流比起動(dòng)電流比起動(dòng)電流比電源電流比電源電流比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比= =

10、 KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22363 軟起動(dòng)器軟起動(dòng)器 M3uOtuNtsiOtiRtsiL限壓起動(dòng)模式限壓起動(dòng)模式限流起動(dòng)模式限流起動(dòng)模式37 例例6.6.1 一臺(tái)一臺(tái) Y250M-6 型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN380 V，三角形聯(lián)結(jié)，三角形聯(lián)結(jié)，PN = 37 kW，nN = 985 r/min，IN = 72 A，KS = 1.8，KC = 6.5。已知電

11、動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的負(fù)載。已知電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TL = 250 Nm，從電源取用的電流不得超過，從電源取用的電流不得超過360 A，試問：試問：(1) 能否直接起動(dòng)？能否直接起動(dòng)？(2) 能否采用星形三角形起能否采用星形三角形起動(dòng)？動(dòng)？(3) 能否采用能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動(dòng)？的自耦變壓器起動(dòng)？ 解解 (1) 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流由于由于I= IS 360 A，所以不能直接起動(dòng)。，所以不能直接起動(dòng)。TN = = Nm =359 Nm60 2 PN nN60 23.1437103985TS t= KST

12、N = 1.8359 Nm = 646 NmISt = KCIN = 6.572 A = 468 A 38(2) 星形三角形起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流星形三角形起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流由于由于 TSY TL， IS 360 A，所以可以采用自耦，所以可以采用自耦變壓器起動(dòng)。變壓器起動(dòng)。TSY = TS = 646 Nm = 215 Nm1313 ISY = IS = 468 A = 156 A1313TSa = KATS = 0.8 646 Nm = 413 Nm22IS = KAIb= KAI = 0.8 468 A = 300 A22239 減小起動(dòng)電流減小起動(dòng)電流 增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 頻敏變阻器：頻敏變阻器： 頻率高，損耗大，電阻大；頻率高，損耗大，電阻大； 頻率低，則反之。頻率低，則反之。 轉(zhuǎn)子電路起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電路起動(dòng)時(shí): 轉(zhuǎn)子電路運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電路運(yùn)行時(shí):f2 高，電阻大，高，電阻大，f2 低，電阻小，低，電阻小，自動(dòng)切除變阻器。自動(dòng)切除變阻器。 R2n0TnOTsR2Ts R2R2Ts 大，大， Is 小。小。40(1) 改變同步轉(zhuǎn)速改變同步轉(zhuǎn)速 n0 改變頻率改變頻率 f1 和磁極對(duì)數(shù)和磁極對(duì)數(shù) p(2) 改變