機(jī)電傳動(dòng)控制之交流電機(jī)

《機(jī)電傳動(dòng)控制》目錄（48h）1第一章概論（0.5h）第二章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（1.5h）第三章直流電機(jī)（4h）第四章交流電機(jī)（6h）第五章控制電機(jī)（4h+2h）第六章繼電器－接觸器控制系統(tǒng)（6h+2h）第七章可編程序控制器（14h+8h）第四章交流電機(jī)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理4.2銘牌和能流圖4.3機(jī)械特性4.4啟動(dòng)特性4.5調(diào)速特性4.6制動(dòng)特性4.7單相異步電機(jī)4.8同步電機(jī)4.9應(yīng)用24.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理一、結(jié)構(gòu)3定子和勵(lì)磁線圈轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子線圈4.1定子和轉(zhuǎn)子硅鋼沖片4三相對(duì)稱繞組AX，BY，CZ鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)5銅條或鑄鋁繞線式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)6ABC4.5外接變阻器（啟動(dòng)和速度調(diào)節(jié)）滑環(huán)和電刷二、工作原理7定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的相互作用！二、工作原理8定子三相繞組4.6三相交流電N-S主磁場(chǎng)以n0順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(相對(duì)切割)轉(zhuǎn)差率n0－同步轉(zhuǎn)速n－轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速＜n0轉(zhuǎn)子速度9n略小于n0電機(jī)轉(zhuǎn)向10三相交流電流最大值到達(dá)的順序（相序）決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。n0n0nn4.2銘牌和能流圖11一、銘牌定子繞組接線方式12短路片線電壓相電壓銘牌：Y/△－接線方式

380/220－不同接線應(yīng)加的線電壓4.154.16二、能流圖13輸入定子的電功率定子電路中的銅損轉(zhuǎn)子中的銅損Pcu2=sPcu1輸入轉(zhuǎn)子的電磁功率鐵損(磁滯和渦流損耗)機(jī)械損失功率輸出的機(jī)械功率定子的功率因素cosφ1轉(zhuǎn)子的功率因素cosφ2P1PePm△Pcu1△PFe1△Pm△Pcu2P24.3機(jī)械特性14一、定子電路分析定子每相繞組的感應(yīng)電勢(shì)為有效值為忽略漏磁4.19二、轉(zhuǎn)子電路分析15轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)有效值為E20－轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)感應(yīng)電勢(shì)4.20電原理圖（類似變壓器）16轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流有效值為E20－轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)X2---轉(zhuǎn)子每相繞組漏磁感抗轉(zhuǎn)子電路功率因素為(I2遲后E2一個(gè)2角)174.21定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)為什么相對(duì)靜止定子磁勢(shì)轉(zhuǎn)速n0=60f/p

轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速n=(1-s)*n0

轉(zhuǎn)子上的電流頻率f2=s*f，所以轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n‘=60*f2/p=60*s*f/p=s*n0

則轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相對(duì)于靜止空間的轉(zhuǎn)速

n2=n+n’=(1-s)*n0+s*n0=n0

可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和定子磁勢(shì)轉(zhuǎn)速相同，即相對(duì)靜止。18

三、機(jī)械特性19機(jī)械特性方程20U,U1---定子繞組相電壓，電源電壓；R2------轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；X20-----n=0時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；K-------三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。三、機(jī)械特性21T=f(S)T-S曲線n=n0n=0Tn=f(T)機(jī)械特性曲線4.231.固有機(jī)械特性22幾個(gè)特征點(diǎn)？同步轉(zhuǎn)速n0=60f/p額定工作點(diǎn)

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

(0.06～0.015)nN=(0.94～0.985)n0啟動(dòng)工作點(diǎn)Tst(n=0,S=1)臨界工作點(diǎn)(T=Tmax,S=Sm)Sm=R2/X20Tmax=KU2/(2X20)兩個(gè)系數(shù)過(guò)載能力系數(shù)λm=Tmax/TNλm=2.0～2.2啟動(dòng)能力系數(shù)λst=Tst/TNλst=1.0～1.2轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率實(shí)用公式T/Tmax代入

sm=R2/X20化簡(jiǎn)得

23Tmax=KU2/(2X20)

sm=R2/X204.232.人為機(jī)械特性降低電源電壓的人為特性24特性變化的特點(diǎn)：n0、Sm不變；Tmax大大減小，對(duì)U敏感；機(jī)械特性變軟；TL不變下，S↑I↑溫度升高。0.25Tmax0.64Tmax4.24定子電路串入電阻或電抗25特性變化的特點(diǎn)：n0、Sm不變；Tmax比較大（同降壓引起Tmax下降相比；機(jī)械特性變軟；改變電源頻率時(shí)的人為特性26特性變化的特點(diǎn)：n0、Sm改變，機(jī)械特性基本不變；f>f1>f24.26轉(zhuǎn)子電路串入電阻（繞線式電動(dòng)機(jī)）27

特性變化的特點(diǎn)：

Sm增大，機(jī)械特性變軟；4.4啟動(dòng)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大；滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求下，啟動(dòng)電流要小。28一、鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法1.直接啟動(dòng)（全壓?jiǎn)?dòng)）29圖4.29302.串電阻、電抗降壓?jiǎn)?dòng)31特點(diǎn)：機(jī)械特性變軟適用輕載或空載消耗能量大，不適合經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)3.Y-△降壓?jiǎn)?dòng)32IstY=Ist△/3TstY=Tst△/3優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、電流小。缺點(diǎn)：只能應(yīng)用正常工作方式為三角形接線電機(jī)(4KW以上，額定電壓380v、△接線。)4.自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)33優(yōu)點(diǎn)：電壓可調(diào)、電流小。缺點(diǎn)：變壓器體積大、價(jià)格高。不能應(yīng)用于經(jīng)常平繁啟動(dòng)的電機(jī)。345.軟啟動(dòng)器35帶電流閉環(huán)的電子控制軟啟動(dòng)器(晶閘管交流調(diào)壓器)限制啟動(dòng)電流并恒值（0.5~4）IN轉(zhuǎn)速升高后自動(dòng)衰減啟動(dòng)時(shí)間短不宜滿載啟動(dòng)應(yīng)用：風(fēng)機(jī)、水泵、運(yùn)輸機(jī)二、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

1.逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法36優(yōu)點(diǎn)：電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。缺點(diǎn)：電阻上的損耗大。2.頻敏變阻器啟動(dòng)法37優(yōu)點(diǎn)：電流小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需維修。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。適用于：對(duì)調(diào)速?zèng)]有要求、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不大的冶金、化工設(shè)備上。缺點(diǎn)：不能用作調(diào)速電阻。n=0，S=1f2=Sf1↑R↑X↑→I↓T↑n=nn，f2↓R=X≈0相當(dāng)于轉(zhuǎn)子短路，啟動(dòng)完畢4.35

三、特殊鼠籠式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.雙鼠籠電動(dòng)機(jī)38黃銅外(啟動(dòng))紫銅內(nèi)(工作)4.361-啟動(dòng)籠2-工作籠3-合成機(jī)械特性392、深槽電機(jī)集膚效應(yīng)電流集中在導(dǎo)體表面（啟動(dòng)時(shí)）100千瓦以上鼠籠電機(jī)4.37機(jī)械特性4.5調(diào)速特性40一、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速414.36422PP2PP

改變接線必須同時(shí)改變定子繞組的相序，以保證轉(zhuǎn)向不變。啟動(dòng)時(shí)宜低速啟動(dòng)。4.37變極對(duì)數(shù)的機(jī)械特性4344二、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1、調(diào)壓調(diào)速離心風(fēng)機(jī)不同負(fù)載下可以有不同的調(diào)速范圍2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速45有級(jí)調(diào)速起重設(shè)備上三、變頻調(diào)速464748494.6制動(dòng)特性一、反饋制動(dòng)50n與T方向相反4.4151二、反接制動(dòng)

1.電源反接制動(dòng)52n0方向改變T,TL同向a→b→c斷電因?yàn)榉唇与娏骱艽螅瑢?shí)際串電阻后應(yīng)a→d→e特點(diǎn)：制動(dòng)強(qiáng)烈、控制復(fù)雜、不準(zhǔn)確、能耗大，適用正反轉(zhuǎn)場(chǎng)合。4.432.倒拉制動(dòng)53n與T方向相反提升工作在a點(diǎn)下放時(shí)串電阻改變機(jī)械特性a→b→c→d點(diǎn)。特點(diǎn)：能耗大、電阻大小要適當(dāng)，起吊機(jī)械。4.44三、能耗制動(dòng)54特點(diǎn)：制動(dòng)效果不如反接制動(dòng)強(qiáng)度大，制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確停車(chē)，需直流設(shè)備，應(yīng)用于準(zhǔn)確停車(chē)和下放重物設(shè)備上。4.7單相異步電動(dòng)機(jī)一、脈動(dòng)磁場(chǎng)554.4656脈動(dòng)磁場(chǎng)的T—S曲線正向反向合成T-S曲線脈動(dòng)磁場(chǎng)特點(diǎn)：1、沒(méi)有啟動(dòng)能力，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零；2.在外力矩作用下能加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)向不固定.二、啟動(dòng)方法571.電容分相式移相電容開(kāi)關(guān)iB電流超前iA電流90度58圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件：兩相相差90度等幅值的交流電通入兩相在空間相差90度的對(duì)稱繞組.4.50電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向59

轉(zhuǎn)向取決于電流最大值到達(dá)的順序?；?qū)φ{(diào)兩繞組的任一繞組的接線。602.罩極式異步電動(dòng)機(jī)罩極銅環(huán)注意：罩極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不可改變。4.52家用電風(fēng)扇控制電路61有級(jí)調(diào)速無(wú)級(jí)調(diào)速家用洗衣機(jī)62家用電冰箱制冷原理63低溫低壓氣體制冷劑高壓高溫蒸汽高壓過(guò)冷液體低壓低溫液體低壓低溫液體家用電冰箱控制電路644.8同步電動(dòng)機(jī)一、結(jié)構(gòu)65適用于發(fā)電機(jī)或大功率高電壓的場(chǎng)合氣隙不均勻（低速電動(dòng)機(jī)1000r/min以下）氣隙均勻（高速）直流勵(lì)磁（電刷、集電環(huán)）4.53二、工作原理66n不隨負(fù)載變化，恒定轉(zhuǎn)速。4.544.55三、啟動(dòng)67同步電動(dòng)機(jī)不能自行啟動(dòng)由于慣性轉(zhuǎn)子產(chǎn)生擺動(dòng)68異步啟動(dòng)法QB在1位置時(shí)為啟動(dòng)狀態(tài)，R為防止勵(lì)磁線圈產(chǎn)生高壓。當(dāng)n接近n0時(shí)將QB搬向2處，將轉(zhuǎn)子拉入同步。R1調(diào)節(jié)cos2至要求。4.9應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)化工、紡織、冶金、建筑、農(nóng)機(jī)、礦山、輕工等行業(yè)，大量作為風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、印刷機(jī)、造紙機(jī)、紡織機(jī)、軋鋼機(jī)、空調(diào)機(jī)、城市地鐵、輕軌交通以及礦山電動(dòng)車(chē)輛等。69單相異步電動(dòng)機(jī)70習(xí)題4.64.1171本章習(xí)題解答724-6（1）由于電機(jī)每相繞組的額定相電壓是220V，而電源的線電壓是380V，所以只能采用Y形連接。（2）因?yàn)閚N=960r/min，所以n0=1000r/min

從而p=3734-11（1）U=UN時(shí)，

TST1=1.2TN=1.29.55

PN/nN=312N?m>TL=250N?m能啟動(dòng)

U=0.8UN時(shí)，

TST2=0.82TST1=200<TL

不能啟動(dòng)（2）TSTY=TST/3=1.2TN/3=0.4TNTL=0.35TN