電工學(xué)第6章電動機

1、1 第 6 章 電 動 機 下一章下一章 上一章上一章 返回主頁返回主頁 2 電機是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。電機是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 電能電能 機械能機械能 直流電機和交流電機直流電機和交流電機 他勵電機他勵電機 并勵電機并勵電機 串勵電機串勵電機 復(fù)勵電機復(fù)勵電機 異步電機異步電機 同步電機同步電機 3 伺服電動機：伺服電動機：電壓信號轉(zhuǎn)化為角位移或角速度；電壓信號轉(zhuǎn)化為角位移或角速度； 測速發(fā)電機：測速發(fā)電機：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號；將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號； 自自 整整 角角 機機 ：實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受；實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受； 步進電動機：步進電動機：電

2、脈沖信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速；電脈沖信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)變壓器：旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號變換成電壓信號；轉(zhuǎn)角信號變換成電壓信號； 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。轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號。 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、都用兩個線圈串聯(lián)組成：每相繞組都用兩個線圈串聯(lián)組成：形成的磁場則是兩對磁極，形成的磁場則是兩對磁極，即即 p = 2 U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0 t = 907旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n0 電流變化一周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈電流每秒變化電流每秒變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 50 圈圈 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(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)磁場轉(zhuǎn)半圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈電流每秒變化電流每秒變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋

4、轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 25 圈圈 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(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，不同磁極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下：時，不同磁極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下： 60 f1pn0 = 磁極對數(shù)為磁極對數(shù)為 p 時時 9旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向為：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向為：U1V1W1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 電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(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 :起動起動 (堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)) 時時: n = 0，s = 1 理想空載時理想空載時: n = n0，s = 0 正常工作時正常工作時: 0 s TL 加速運行加速運行當當 T2 TL 電動機能起動，電動機能起動，否則將起動不了。否則將起動不

6、了。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù): : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動電流起動電流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTSt TN KS =ISt INKC =29 例例6.5.1 某三相異步電動機，額定功率某三相異步電動機，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，試問能否帶此負載：，試問能否帶此負載：(1) 長期運行長期運行; (2) 短期運行短期運行; (3) 直接起動。直接起動。解解 (1) 電動機的額定轉(zhuǎn)矩電動機的額定轉(zhuǎn)矩由于由于TN TL

7、，故可以帶此負載短時運行，故可以帶此負載短時運行。 (3) 電動機的起動轉(zhuǎn)矩電動機的起動轉(zhuǎn)矩由于由于TSt TL，故可以帶此負載直接運行，故可以帶此負載直接運行。 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異步機的起動特性：異步機的起動特性： 起動電流大起動電流大: ISt = Kc IN = (57)IN 起動轉(zhuǎn)矩小起動轉(zhuǎn)矩小: TSt = KSTN = (1.62.2)TN影響：影響： 頻繁起動時造成熱量積累頻繁起動時造成熱量

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

9、動時起動時運行時運行時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電流比起動電流比起動轉(zhuǎn)矩比起動轉(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電流比起動電流比電源電流比電源電流比起動轉(zhuǎn)矩比起動轉(zhuǎn)矩比= =

10、 KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22363 軟起動器軟起動器 M3uOtuNtsiOtiRtsiL限壓起動模式限壓起動模式限流起動模式限流起動模式37 例例6.6.1 一臺一臺 Y250M-6 型三相籠型異步電動機，型三相籠型異步電動機，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、動機起動時的負載。已知電動機起動時的負載轉(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？能否直接起動？(2) 能否采用星形三角形起能否采用星形三角形起動？動？(3) 能否采用能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動？的自耦變壓器起動？ 解解 (1) 電動機的額定轉(zhuǎn)矩電動機的額定轉(zhuǎn)矩直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于由于I= IS 360 A，所以不能直接起動。，所以不能直接起動。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) 星形三角形起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流星形三角形起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于由于 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。變壓器起動。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 減小起動電流減小起動電流 增大起動轉(zhuǎn)矩增大起動轉(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)子電路起動時轉(zhuǎn)子電路起動時: 轉(zhuǎn)子電路運行時轉(zhuǎn)子電路運行時:f2 高，電阻大，高，電阻大，f2 低，電阻小，低，電阻小，自動切除變阻器。自動切除變阻器。 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 和磁極對數(shù)和磁極對數(shù) p(2) 改變