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真钱扑克大全直流电机的工作原理及调速特性

  直流电机的工作原理及调速特性_物理_自然科学_专业资料。第1章 电动机的工作原理及特性 ? 掌握直流电动机的电势方程式,转矩 方程式和电压平衡方程式;三相异步 电动机的同步转速和转差率的概念; 掌握电动机的机械特性,特别是人工 机械特性; ? 掌握电动机

  第1章 电动机的工作原理及特性 ? 掌握直流电动机的电势方程式,转矩 方程式和电压平衡方程式;三相异步 电动机的同步转速和转差率的概念; 掌握电动机的机械特性,特别是人工 机械特性; ? 掌握电动机起动,制动,调速的各种 方法和应用场所; ? 了解用机械特性来分析电动机运行状 态的方法; ? 了解常用控制电机的应用场合. 1.1直流电机的工作原理及特性 ? 1.直流电机的基本结构 主磁极 电枢 换向器 电刷装置 直流电机的结构图 剖面图:电枢1; 主磁极2;换向 极4;机座6 电枢铁心冲片 换向器:换向片3; 连接片4;云母环2 2.直流电机的基本工作原理 简化为一对磁极,一个线圈 发电机 电动机 2.直流电机的基本方程式 ? 1)感应电势E ? 2)电磁转矩T E ? K e?n T ? Kt? I a ? 式中:E-电动势(V); ??一对磁极的磁通(Wb); ?n-电枢转速(r/min); ? Ke -与结构有关的常数. 式中: ?T-电磁转矩(Nm); ? -一对磁极的磁通(Wb); ? Ia-电枢电流(A); ? Kt-与结构有关的常数 3.直流电动机的机械特性 ? 1.他激和并激直流电动机的机械特性 ? 1)原理电路图 1)直流电动机机械特性方程式 ? 直流电动机电枢电压平衡方程式 ? U ? E ? I a Ra E ? Ke? n Re U n? ? Ia K e? K e? ?由 ?式中,Ra为电枢电阻.以 ? ?代入得: T ? Kt? I a ?将Ia值再代入,得:: Ra U n? ? T ? n0 ? ?n 2 K e? Ke Kt? 上式为直流电动机机械特性的一般表达式 机械特性曲线n=f(T) Ra U n? ? T ? n0 ? ?n 2 K e? Ke Kt? ? 4.固有(自然)机械特性和人工机械特性 ? 1)他激直流电动机的自然机械特性(正转) ? 在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的 机械特性即为自然机械特性. 额定负载时,转速降 落不多,是硬特性; 金属切削机床,冷轧 机,造纸机等宜于选 用硬特性的电动机. ? 2)自然机械特性曲线的作法 ? 已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra, Ke ? N , no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运 行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性. ? pN ? U N Ra ? ? 0 ? 50 ? 0 ? 75? ?1 ? ? U I N N ? IN ? ?(1)电枢电阻Ra的估算: ?(2)理想空载转速no计算: Ke?N ? U N ? I N Ra nN UN n0 ? K e?N ?(3)额定转矩Nn的计算: PN TN ? 9 ? 55 nN 3)举例 ? (1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率 5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速 1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性. ? 解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可 绘出机械特性. ? ? p Ra ? ? 0 ? 50 ? 0 ? 75? ?1 ? N ? UN IN Ke?N ? U N ? I N Ra =0.132 nN ?UN ? ? IN =0.71 UN no ? K e?N =1667r/min PN TN ? 9 ? 55 =35Nm nN Ra U n? ? T ? n0 ? ?n 2 K e? Ke Kt? 4)电动机人工机械特性(三种) ? (1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性 ? 在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到 串电阻的人工机械特性方程式: n? U N Rad ? Ra ? T ? n0 ? ?n 2 K e? K e K t? 附加电阻Rad越大,机械特性越软. (2)改变电枢电压的人工机械特性 Ra U n? ? T ? n0 ? ?n 2 K e? Ke Kt? no ? UN K e?N 随U的变化而变化 U改变,但转速降不变 .因此,变电枢电压的人工机械 特性是一簇与自然机械特性 平行的特性曲线. 只允许在额定电压以下调节. 在后面的自动调速系统学习中 有广泛的应用. (3)改变磁通的人工机械特性 Ra U n? ? T ? n0 ? ?n 2 K e? Ke Kt? ? 从机械特性方程可知,改变 磁通时,电动机的理想空载 转速和转速降落都会随磁通 的变化而变化. ? 磁通只能在额定值以下调节, 理想空载转速和转速降落都 要增大-------弱磁增速. ? 使用中,要防止电动机过载, 更要防止飞车,因此,直流他 激电动机设有失磁保护. 串激直流电动机的机械特性 ? 1)特点:电枢电流就是激 ? ? ? ? ? 磁电流. 2)机械特性分析: 第一段,电动机轻载时, 机械特性具有双曲线的 形状,理想空载转速趋近 无穷大. 第二段,电动机负载较重 时,磁路趋于饱和,机械特 性近似一条直线)注意事项: 直流串激电动机不允许 空载运行----飞车事故. 4 直流他激电动机的起动特性 ? 直流他激电动机的起动电流 是额定电流的(10-20)倍,不 允许直接起动.限制其起动电 流的方法有两种. 1.降压起动: 组成SCR-M自动调速系统的 起动环节.是后面学习的一个 重点. 2.电枢电路串外接电阻起动 右图为具有三段起动电阻的 他激电动机电路原理图和起 动特性, 其起动特性就是前面刚刚学 习过的一种人工机械特性. 5.直流他激电动机的制动特性 ? 直流他激电动机的工作状 态分为电动状态和制动状 态,如右图所示. ? 图中,(a)为电动状态; ? (b)为制动状态. 1)特点:电动机的转矩T与转 速n方向相反,电机处于发 电工作状态. 2)制动形式:稳定的制动状态; 过渡的制动状态. 3)制动方法有3种: 反馈制动; 反接制动; 能耗制动. 1.反馈制动 ? 1)实现条件:外部作用使电 动机的转速n大于其理想空 载转速no.如,电车下坡,起重 机下放重物. ? 2)机械特性:正转时,是第一 象限的机械特性在第二象限 内的延伸,如右图所示. ?3)特点: ?(1)利用位能转矩带动电动机发 电,将机械能变成电能,向电源馈 送. ?(2)重物下放时电动机的转速仍 高于理想空载转速,运行不太安全. 2.反接制动 ? 1)实现条件:电枢电压 或电枢电势反向. ? 2)分类: ? (1)电源反接制动.改变 电枢电压U的方向所产 生的制动. ? 机械特性方程式为; ? n? ? U Ra ? Rad ? T 2 K e? K e K t? 为了限制制动时比较大的电枢电流,实施电源反接 制动时,一定要在电枢电路中串入限流电阻. 应用在需要迅速减速或频繁正反转的机械上. 反接制动 ? (2)倒拉反接制动.改变电枢 ? ? ? ? 电势方向所产生的制动. 如:起重机的重物下降时, 电枢反转,电势反向.此时, 位能负载转矩TL使重物下 放,电动机转矩TM反对重物 下放-----制动. 特点:适当选择电枢电路中 的附加电阻,可以得到低的 转速,保证安全; 转速稳定性较差. 制动特性如右图所示.是第 一象限在第四象限的延伸 或第三象限在第二象限的 延伸. 3.能耗制动 ? 1)实现条件:将电枢电压突 然降为零,串一外接电阻使 电枢短接.此时电动机继续 旋转产生的转矩T与n反向----制动. ? 2)特点:制动时的机械能转 变为电能使外接电阻发热 而消耗,称之为“能耗”; ? 稳定性好,电动机不可能 反向起动. ? 3)应用:要求迅速准确停车 的场合;重物恒速下放. 6.直流他激电动机的调速特性 Ra ? Rad U n? ? T 2 K e? K e K t? ? 由直流他激电动机人工机械特性方程式 ? 直流电动机的调速方法: 式中, Ke,Kt,Ra 均为常数,因此,电动机有3种调速方法 1.变电枢电路外接电阻Rad; 2.变电枢电压U; 3.变磁通 ?. 1.改变电枢电路外接电阻调速 ? 电动机电枢电路串电阻 后,其人工机械特性如右 图示. 1)应用: 起重机,卷扬机; 2)缺点:机械特性软,实现无级调 速困难; 3)注意:串电阻调速与起动特性相 似,但起动电阻与调速电阻不同. 2.改变电动机电枢供电电压调速 ? 变电枢电压调速的机械 特性如右图. 1)特点:容易实现无级调速; 机械特性是一组平行线,硬度 不变;不需用其他起动设备. 2)应用;适用于恒转矩负载, 组成SCR-M系统,在工业生 产中广泛应用.第11章将重点 学习. 3.改变电动机主磁通调速 ? 变磁通调速的机械特性 如右图示. 1)特点:可以实现无级调速; 机械特性软;调速范围不大. 2)应用:适用于恒功率负载. 一般与调压配合使用. 3)注意:在额定转速以上调节 --------弱磁增速. 例题 ? 例:一台直流他激电机的额定数据 为12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7 欧 ;如果电动机在额定转矩下运行,求(1)电动机的电枢电压 降到180V时,电动机的转速是多少?(2)激磁电流If=IfM(即磁通 为额定值的0.8时)时,电动机的转速是多少?(3)电枢电路串入 2欧的附加电阻时,电动机的转速是多少? ? 解:(1)此时,U=180V,Ra=1.7欧 T ? T ? 9.55 PN ? 9.55 2200 =14 N K e? ? K e? ? U N ? I N Ra 220? 12.4 ?1.7 ? ? 0.13 nN 1500 nN 1500 n ? 1962 K e Kt? 2 ? 0.13?1.24 ? 0.16 Kt? ? 9.55Ke? ? 9.55? 0.13 ? 1.24 n? Ra U ? 180 1.7 ? ? T ? ? ? 14 ? ? ? 1236 2 N K e? K e Kt? ? 0.13 0.16 ? 例题求解 (2)此时,U=UN=220V,Ra=1.7欧 K e? ? 0.8K e? N ? 0.1 Kt? ? 9.55Ke? ? 0.99 Ke Kt? 2 ? 0.099 n? UN Ra 220 1.7 ? T ? ( ? ?14 ? 1962 r / min 2 N K e? K e Kt? 0.1 0.099 Ke? ? 0.13 Kt? ? 1.24 Ke Kt? 2 ? 0.16 UN Ra ? Rad ? 220 3.7 ? n? ? TN ? ? ? ?14? ? 1368 2 K e?N K e Kt? ? 0.13 0.16 ? (3)此时,U=UNa=220V;电枢电路总电阻 R=Ra+Rad=1.7+2=3.7 (以上转速单位为r/min) 1.2三相异步电动机的工作原理及特性 1).三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子构成,定子和转子之间有气隙. (1)定子 定子由铁心,绕组,机座三部分组成. 铁心由0.5mm的硅钢片叠压而成; 三相绕组连接成星形或三角形; 机座一般用铸铁作成,主要用于固定和支撑定子铁心. (2)转子 转子由铁心和绕组组成. 转子同样由硅钢片叠压而成,压装在转轴上; 转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种. 线绕式异步电动机还有滑环,电刷机构. 鼠笼式三相异步电动机的结构示意图 5.定子铁心,6.定子绕组,7.转轴,8.转子,9.风扇,11.轴承,12.机座 鼠笼电动机转子和线绕电动机转子绕组与外部接线).三相异步电动机的工作原理 (1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的 转速称之为同步转速; (2)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势; (3)转子绕组中感生电流; (4)转子电流在旋转磁场中产生力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了. 电动机的转速达不到旋转磁场的转速,否则,就不能切割磁力线,就没 有感应电势,电动机就停下来了.转子转速与同步转速不一样,差那么一 些,称之为异步. 设同步转速为no,电动机的转速为n,则转速差为 ; no-n; 电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S,S是分 析异步电动机运行情况的主要参数,且 n0 ? n S? n0 3).三相异步电动机的旋转磁场 (1)旋转磁场的产生 设电动机为2极,每相绕组只有一个线这个区间,分析有一相电流为零的几个点. 规定:当电流为正时,从首端进尾端出;电流为负时, 从尾端进首端出. t=0时,iA=0;iB为负,iC为正 ?t=0时,iA=0;iB为负,电流实际方向与正方向相 反,即电流从Y端流到B端;iC为正,电流实际方 向与正方向一致,即电流从C端流到Z端。按右手 螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场,如图(a) 中箭头所示。 t=T/6时,ω t=ω T/6=π /3,iA为正;iB为负;iC=0 ?t=T/6时,ω t=ω T/6=π /3,iA为正(电流从A端流 到X端);iB为负(电流从Y端流到B端);iC=0。此时 的合成磁场如图(b)所示,合成磁场已从t=0瞬间所 在位置顺时针方向旋转了π /3。 ?t=T/3时,ω t=ω T/3=2π /3,iA为正;iB=0;iC为负 ?此时的合成磁场如图(c)所示,合成磁场已从t=0瞬间 ?所在位置顺时针方向旋转了2π /3。 t=T/2时,ω t=ω T/2=π ,iA=0;iB为正;iC为负。 此时的合成磁场如图(d)所示。合成磁场从t=0瞬间所在 位置顺时针方向旋转了π 。按以上分析可以证明:当三 相电流随时间不断变化时,合成磁场的方向在空间也不 断旋转,这样就产生了旋转磁场。 (2)旋转磁场的旋转方向 ? ? ? 旋转磁场的旋转方向与三相交流电的相序一致; 改变三相交流电的相序,即A-B-C变为C-B-A,旋转磁场反向; 要改变电动机的转向,只要任意对调三相电源的两根接线)旋转磁场的旋转速度-----同步转速no 60 f n0 ? p 式中,f为电源频率50HZ;p为电动机的磁极对数. 电动机的磁极对数为1时,同步转速为3000r/min; 电动机的磁极对数为2时,同步转速为1500r/min; 电动机的磁极对数为3时,同步转速为1000r/min. (4)定子绕组线端连接方式 ?注意:三相绕组连接成星形,每相绕组承受相电压220V; 三相绕组连接成三角形,每相绕组承受线.三相异步电动机的电路分析 1).定子电路分析 电动机定子和转子 每相绕组的匝数分别为 N1和N2.定子每相绕组产 生的感应电动势为: d? e1 ? ? N dt 其有效值为 : E1 ? 4.44 f1 N1? 定子和转子电路的感应电势 定子电路分析 考虑定子电流产生的漏磁 通,用复数表示为: U1 ? I1 R ? j I1 x 1 ? ? ? 1 ? (? E ) 1 ? 忽略R1和X1上的电压降,有: U1 ? ? E1 其大小为: ? ? U1 ? ? E1 一相电路图 2).转子电路分析 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为: e2 ? ? N 2 d? dt E2 ? 4.44 f 2 N 2? E2o ? 4.44 f1 N2? 其中 f 2 ? sf1 E2 ? sE2o 起动瞬间 X 20 ? 2?f1LL 2 I2 ? E2 R2 ? X 2 2 2 x2 ? sx2o ? sE2o R2 ? ( sX 20 ) 2 2 COS?2 ? R2 R2 ? ( sX 20 ) 2 2 3.三相异步电动机的额定值 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 电动机铭牌数据: 额定功率PN; 额定电压UN; 额定频率f=50Hz; 额定电流IN; 额定转速nN; 有的参数要经过计算得出: 额定效率 额定负载转矩 ? 额定效率 ?N ? PN 3U N I N cos?N ?额定负载转矩 PN TN ? 9550 nN 4.三相异步电动机的能流图 电源输入的功率P1: P U1I1 cos?1 1 ? 3 电动机的输出功率P2(铭 牌功率) P2等于P1减去电动机的总损耗 ?? P2 P ? ?P ? 1 P P 1 1 举例 例1:有一台Y型接线的三相异步电动机,其额定参数为:功率90KW,UN=3000V, IN=22.9A,电源频率f=50Hz,额定转差率SN=28.5%,定子每相绕组匝数N1=320, 转子每相绕组匝数N2=20,旋转磁场每极磁通0.023WB,求: 1)定子每相绕组感应电动机E1;2)转子每相开路电压 E20;3)额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N. 解:1)由电势计算公式得 : 2)转子绕组开路时,f2=f1,得 3)额定转速时,转子电动势的频率 E1 ? 4.44 f1N1? ? 4.44? 50? 320? 0.023? 1634 V E2o ? 4.44 f1N2? ? 4.44? 50? 20? 0.023? 102V f 2 ? sN f1 ? 0.0285? 50 ? 1.43Hz E2o ? 4.44 f1N2? ? 4.44? 50? 20? 0.023? 102 V 举例 例2:一台4极三相异步电动机,电源频率50Hz, 额定转速 1440r/min,转子电阻0.02欧,转子电抗0.08欧,转子电动势 E20=20V,求: 1)电动机的同步转速;2)电动机起动时的转子 电流. 解;1)电动机为4极,磁极对数p=2, 有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)电动机起动时的转子电流 I 2 st ? E20 R2 ? X 20 2 2 ? 20 0.022 ? 0.082 ? 242.5 A 4.三相异步电动机的机械特性 1).三相异步电动机的转矩 三相异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流 相互作用而产生的: T ? Kt?I 2 cos?2 E2o ? 4.44Sf1 N2? 用 COS?2 代入 I2 ? E2 R2 ? X 2 2 2 ? sE2o R2 ? ( sX 20 ) 2 2 ? R2 R2 ? (sX 20 ) 2 2 代入,合并上面几个式子得转矩又一公式: SR2U 2 T ?K 2 R2 ? (SX20 ) 2 注意,转矩与电压平方成正比 2).三相异步电动机的机械特性n=f(T) 固有机械特性(自然机械特性):在额定电压和 额定频率下,定子和转子电路中不接任何电阻或电抗时,电 动机的机械特性. 自然特性上有4个特殊点: (1)理想空载转速点no T=0, n=no, S=0; (2)额定工作点 T=TN, n=nN, S=SN;此时有 TN ? 9550 PN nN SN ? n0 ? nN n0 自然机械特性 (3)起动工作点 T=Tst, n=0, S=1;此时有 R2U 2 Tst ? K 2 2 R2 ? X 20 (4)临界工作点 T=Tanm, n=nm, s=Sm;有: ?st ? Tst TN R Sm ? 2 X 20 Tman U2 ?K 2 X 20 ?m ? Tman TN 人工机械特性 介绍4种人工特性,即:降低定子电压时,定子电路 串入电阻或电抗时,变频率时,线绕电动机转子串电阻时. (1)降低电压时的人工特性 ?电压越低,人工特性曲线越往左 移; 电动机的过载能力和起动 转矩会大大降低; ? 电压降低,负载转矩不变时, 电动机过热; ? 电压降低太多,电动机将带 不动负载(不能起动). ? (2)定子电路串入电阻或电抗 时的人工特性 ?定子电路串电阻或电抗时的人工 机械特性如右图中虚线为 电压降低时的人工机械特性; 曲线相比较,最大转矩 要大一些. ? (3)改变定子电源频率时的人工 特性 随着频率的降低,理想 空载转速只能在电源额定 频率以下调节; ?转速no减小,临界转差率 Sm减小,起动转矩Tst增大, 最大转矩Tmax不变. ? (4)三相线绕式异步电动机 转子电路外接电阻时的人 工特性 ?电路图如右图中(a) 所示,三相转子绕组通 过滑环电刷机构与外 接电阻相联接; ?起动转矩增加(有利), 理想空载转速和最大 转矩不变. 5.三相异步电动机的起动特性 生产机械对电动机起动的要求是:起动转矩大,起动 电流小. 1) .三相鼠笼式异步电动机的起动方法 三相异步电动机起动电流是额定电流的(5-7)倍,为满足 起动要求,三相异步电动机的起动方法分为直接起动和降 压起动两类. (1)直接起动(全电压起动)适用范围; 电动机功率20%变压器容量. 一般中小型鼠笼式异步电动机都 采用 全电压直接起动. (2) 降压起动:容量大的电动机起动电流大,为了限制过大 的起动电流,采用降压起动.在工厂常用的降压起动方法有4 种:定子串电阻或电抗器,Y-△变换,自耦变压器,延边三角 形. (1)定子绕组串电阻或电抗器降压 起动 电路图如右图; 不足之处:起动转矩随定子电压的 平方下降; 不经济. 应用场合:电动机空载或轻载起动. (2)Y- △降压起动:只有正常运行时定子三相绕组是△接法的电动机才能 采用Y- △降压起动.对于国产JO,JO2,Y,Y2系列电动机,功率大于4.5kW的都是 采用△接线.也就是说,大容量电动机都可以用Y- △降压起动. Y- △降压起动的电气 原理图如右图所示.起动时, 三相绕组接成Y形,运行时,绕 组接成△形.电流下降1/3,转 矩也下降1/3. 特点: 电动机Y形起动过程中,可提高 电动 机的效率和功率因数; 起动转矩小,只适用于空载或 轻载起动的场合; 设备简单,经济; 在机床工业上应用较普遍. (3)自耦变压器降压起动 特点: 起动电流小,而且可以调 节; 不适用于频繁起动; 体积大,重量重,价格高. 与定子串电阻或电抗器起 动相比较,在相同的起动 转矩情况下,起动电流要小. (4)延边三角形起动 对电动机定子绕组和 绕组出线有特殊要求; 起动时绕组一部分Y形, 一部分△形接线;运行时 绕组△接线. 制造成本高,接线).三相线绕式异步电动机的起动方法. 线绕式电动机在转子电路串电阻,可以获得较大的 起动转矩以及较小的起动电流,即有良好的起动特性. (1).逐级切除起动电阻法 (1)电路图:如右图.转子 外接电阻为三相对称电阻;当电动 机容量大时,一般采用三相不对称 电阻. (2)起动过程:起动初瞬,电 阻全部接入;在起动过程中,分三次 切除外接电阻,人工特性往上提,电 阻全部切除后,通过提刷机构,使转 子绕组短接,机械特性回到自然特 性. (3)特点:在起动过程中,电 动机能保持最大的加速转矩. (2)频敏变阻器起动法 (1)频敏变阻器:它是一个铁损很 大的 三相电抗器,铁心用A3钢板 叠成,三相绕组接成Y形. (2)起动过程:起动初瞬,转子电流 频率接近50Hz,铁损大,即等效阻抗 大,从而限制了起动电流,增大了起 动转矩.随着转速逐步上升,等效阻 抗逐步减小;到转速达额定转速,相 当转子被短接,起动结束. (3)特点:起动过程能平滑进行, 不需要控制电器; 功率因数低; 只能用于起动,而串电 阻起动时,电阻还可用于调速. 3.举例 例1:一台Y280S-4三相鼠笼式异步电动 机,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,电动机由320kVA 的变压器单独供电,电动机所带负载转矩TL=200Nm,问(1) 电动机能否直接起动?(2)电动机能否用Y- △降压起动? 解(1)电动机额定功率与供电变压器容量之比为 75/320=0.2340.2 电动机不宜直接起动. (2)电动机的额定转矩和起动转矩分别为 TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484Nm Tst=1.9TN=1.9X484=920Nm 如果采用Y- △降压起动,则起动转矩仅为起动转矩的三分之一,即 TstY=1/3X920=307200=TL 因此,可以采用Y- △降压起动. 举例 例2:一台JZR-63-10三相线绕式异步电动机的额定数 为:PN=60kW,nN=577r/min,转子滑环间的开路线V,转 子每相绕组的电阻R2=0.0344欧,转子不动时每相绕组的漏抗 X20=0.163欧,求: (1)电动机直接起动时的E2,I2, cos?2 (2)电动机运行在额定转速时的E2,I2, cos?2 (3)电动机运行在n=528r/min时的E2,转子电路每相应串电阻R及 cos?2 解:电动机直接起动时,n=0,S=1,转子电路每相的电动势 (1)E20=E20l/ 3 =146V I 2 st ? E20 R2 ? X 20 2 2 ? 146 0.0344 ? 0.163 2 2 ? 87604A cos?2 ? R2 R2 ? X 20 2 2 ? 0.206 (2) SN ? no ? nN 600? 577 ? ? 0.0383 no 600 E2 N ? S N E20 ? 5.6 I2N ? E2 N R2 ? X 2 N 2 2 X 2 N ? S N X 20 ? 0.006243 cos?2 N ? R2 R2 ? X 2 N 2 2 ? 160A ? 0.984 (3) S? n0 ? n 600? 528 ? ? 0.12 n0 600 E2 ? SE20 ? 17.5 X 2 ? SX20 ? 0.0196 由下式 I2 ? E2 ( R2 ? R ) 2 ? X 2 2 得R=0.0732欧; 由 cos ?2 ? R ? R2 ( R ? R2 ) 2 ? X 2 2 得 cos?2 ? 0.984 6.三相异步电动机的制动特性 异步电动机制动方法有3种:反馈制动,反接制动,能耗制动. 1).反馈制动 (1)产生条件: 电动机的运行速度高于同步 转速.此时S0,电机进入发电状 态,电能反馈给电网. (2)运行状态: 有两种情况. (1)位能转矩负载的起重机在下放 重物时的反馈制动状态. 可使重物匀速下降如右图中a 点.b点是改变转子外接电阻后 的稳定工作点. (2)多速电动机和变频调速电机 的同步速突然降低时的反馈制动 状态. 2).反接制动:分为电源反接和倒拉制动. 电源反接是突然改变三相电 源的相序,旋转磁场反向; 而倒拉制动则出现在转子 位能负载超过电磁转矩的 时候. (1)电源反接: 转子在由正变负的电磁 转矩和负载转矩作用下迅速减 速.反接制动时电流大,要在定 子电路串电阻. 在右图c点要切断电源(n=0), 否则电动机将反向起动. 反接制动:分为电源反接和倒拉制动. (2)倒拉制动: 电动机减速至右图 c点,由于负载转矩大于电 磁转矩,起重机的重物迫 使电动机反转,电动机进 入反接制动状态. 3).能耗制动 (1)产生条件: 电动机定子绕组脱离交流电源后,立即通入低压直流电,直流 电建立一个恒稳磁场,产生制动转矩,系统贮存的能量消耗在电阻上. (2)机械特性:制动时,特性从下图中的特性曲线之a点平移至 特性曲线之b点,在制动转矩和负载转矩的共同作用下,沿曲线时,T=0,电动机不可能反方向起动,能使电动机准 确停车. 7.三相异步电动机的调速特性 由基本公式 和基本公式 n0 ? n S? n0 n0 ? 60 f p 可得异步电动机的转速方程式为: 60 f n? (1 ? S ) p 异步电动机的调速方法主要有三种:变磁极对数p; 变转差率S;变频率f. 60 f n? (1 ? S ) p 1).变磁极对数调 速 (1)方法: 改变定子绕组的连接, 可以得到两个不同的磁极 对数. (2)多速电动机: 最多在电动机中嵌入 两套绕组,使绕组有不同 的连接,可分别得到双速, 三速,四速电动机,双速应 用较多. 4极 2极 变磁极对数调速 3)特点: 结构简单,效率高,特性好;体积大,价格高.在中小机床 上应用比较多. 双速电动机的高低速转换,一般是先低速,再转换为高速. 双速电动机Y/YY ? / YY 60 f n? (1 ? S ) p 2).转子电路串电阻(变转差率)调速 (1)应用范围: 只适用于线)原理电路和机械特性与串电阻降压起动相同. 线绕式异步电动机的起动电阻,适当增大电阻的容 量,可作调速电阻用. (3)特点: 结构简单,动作可靠;是有级调速. (4)应用: 用于重复短时工作制的生产机械,如起重机械. 三相电磁调速异步电动机也属于变转差率调速 60 f n? (1 ? S ) p 3).变频调速 (1)原理: 由上式可知,改变交流电源的频率,就可以平滑地调 节电动机的转速. (2)一般采用频率和电压同时改变的变频电源. (3)应用范围: 用于鼠笼式异步电动机.组成SCR-M调速系统. 变频调速是交流调速发展的方向.有关内容在后面的 章节详细介绍. 1.3 控制电机简介 ? 控制电机的主要作用是用来完成信息的传递 与交换,而不是进行能量转换. 1) 直流伺服电动机 ? 1.基本结构:与普通他激 直流电动机相同.(有换 向器) ? 2.分类:电磁式(他激式); ? 永磁式, ? 3.电气原理图:如右图. 其中(a)为电磁式(b)为 永磁式. ? 4.参数:输出功率1600W. 2).交流伺服电动机 (1)结构 ? ? ? ? (1)定子: 定子由硅钢片叠成; 在定子铁心的内圆表面嵌 有两套相差90度电角度的 绕组:激磁绕组WF,控制绕 组WC; ? 这两套绕组分别由两个电源 供电. 接线图 两相交流伺服电动机的结构 ? (2)转子: ? 分为鼠笼型和杯型两种. ? (1)鼠笼型转子作得细而长, 转子导体采用高电阻率的材 料.用于小功率的自动控制 系统.产品型号SL系列. ? (2)空心杯型转子作成薄壁 圆筒形,放在内外定子之间. 用于要求运行平滑的系统. 产品型号SK系列. 杯型转子伺服电动机结构图 激磁绕组1;控制绕组2;内定子3; 外定子4;转子5 (2).基本工作原理 ? 两相绕组WF和WC分别通 入频率相同的交流电,产生 旋转磁场,使伺服电动机起 动. ? 取消WC后,要防止自转. ? (3).消除自转现象的措施 ? 加大转子电阻.如: ? 采用薄壁杯形转子. ? 鼠笼条用高阻材料黄铜 转子电阻不同时的机械特性 (4).交流伺服电动机的特性和应用 ? 控制方法;有三种. ? 幅值控制,相位控制,幅-相控制 ? 幅值控制原理图:控制电压Uc越 高,电动机转速越高. 不同控制电压下的机械特性 应用举例 ? (1)参数:交流伺服电动机输出功率为0.1-100W(再大则用直流 伺服电动机); 电源频率50-400Hz. ? (2)应用:雷达天线的旋转控制;飞机驾驶盘的控制;流体阀门开 关控制, 应用方框图 2)步进电动机 是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的一种执行元件 ? (1)分类与结构 ? 步进电动机分为反应式,永 磁式,和混合式三种. ? 三相反应式步进电动机由定 子和转子两个部分构成. ? 右图中,定子有6个磁极,两 个相对的磁极组成一相;转 子上有均匀分布的4个齿. A C B B C A (2)步进电动机的工作原理 由环形分配器送来的脉冲信号,对定子绕组轮流通电。设相序为A→B→C→A。 当A相控制绕组通电,真钱扑克大全 而B、C相不通电时,步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合, 而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过, 故电动机转子受到一个反应转矩(静转矩)的作用,在此转矩的作用下, 使转子的齿1和齿3旋转到与A相绕组轴线相同的位置上,如图(a)所示, 然后B相通电如图(b)所示,转子在空间沿逆时针方向转过30度,转子前进一步. 同理,C相通电时,转子转到图?所示位置;D相通电时,转子转到图(d)所示位置. 按A-B-C-A顺序不断地接通和断开控制绕组,电动机便一步一步地转动. A C 1 2 3 4 A B C 1 4 2 3 A B C 2 1 3 4 A B C 1 2 3 4 B B A (a) C B A (b) C B A (c) C B A (d) C (3)通电方式 ? 控制绕组每改变一次通电方式,称为一拍,每一拍 转子所转过的角度称为一个步距角β。步进电动机 的通电方式有三种。对于三相反应式步进电动机来 说,每次只有一相绕组单独通电,如A→B→C→A, 控制绕组每换接三次构成一个循环,这种方式称为 三相单三拍;若每次有两相绕组同时通电,如 AB→BC→CA→AB,每次循环换接三次,这种方式 称为三相双三拍;若单相通电和两相通电轮流进行, 如A→AB→B→BC→C→CA→A,这种方式被称为 三相六拍。 (4)小步距角步进电动机 ? 步进电动机无论采用哪种通电方式,步距角都太大,无法满足生产中对 精度的要求,在实际应用中一般采用小步距角的步进电动机。设转子齿 数为z,定子相数为m,则齿距角τ和步距角β为: ? Τ=360/ z β=360/K m z ? 其中K为状态系数,对于单相轮流通电方式和双相轮流通电 方式来说,K=1,而对于单双相轮流通电方式来说,K=2。 ? 从上式可知,步距角与相数及齿数有关,要想获得小的步距 角的话,必须增大相数或齿数。但是,相数越多的话,它的 驱动电源就越复杂,并且成本也越高,一般的步进电动机做 成二相、三相、四相、五相或六相。因此,减小步距角的根 本方法是增加转子齿数z。 3) 测速发电机 测速发电机将转速转变为电压信号,广泛用于速度和位置控制系统中. ? 1.异步(交流)测速发电机 ? 1) 结构特点:定子上有两套 互差90度电角度的激磁绕 组WF和输出绕组WC;转子 为空心杯形. ? 2) 工作原理:杯形转子可以 看成一个导条非常多的鼠笼 转子.在激磁电压一定的情 况下,当输出绕组的负载很 小时,测速发电机的输出电 压U0与转速n成正比: ? 转子静止时 转子转动时 U0=Kn 3) 交流测速发电机使用中的几个问题 : ? (1)主要技术指标 ? 剩余电压:测速发电机转速为零时 的输出电压.它会使控制系统误动 作. ? 线)使用中应注意的问题: ? 输出特性的线性度, ? 温度变化的影响,可加温度补偿装 置. ? : 由非线性引起的误差.一般系统要求1% -2%;精密系统要求0.1%-0.25%. ?相位误差:一般要求不超过1度-2度. ?灵敏度:交流测速发电机的灵敏度比较 低. 输出特性的线.直流测速发电机 ? 1)基本原理 ? 电气原理如右图所示,它是一种测 量转速用小型他激直流发电机.空 载时,电枢两端电压为: U a 0 ? E ? Ce n U a ? Ce n /(1 ? U a / U L ) ?2)输出特性:负载越小,转速越高,输出特 性曲线)性能: 没有剩余电压,特性钭率比异步机大; 有换向器和电刷,换向火花产生无线电干 扰,输出特性不稳定.

时间:2020-05-18 00:38