电工电子技术教学PPT

第四章电动机与变压器目录4.1三相异步电动机控制电路的设计4.2电动机的分类4.3三相异步电动机4.4直流电动机与控制电机4.5变压器4.6三相异步电动机正反转控制线路的设计过程4.7拓展实训本章要点熟悉三相异步电动机的结构、工作原理。掌握电动机的机械特性及应用。熟悉变压器的结构、工作原理。掌握变压器的阻抗变换特性。技能目标掌握电动机的启动、调速、反转、制动等方法。了解电动机的选用及控制方法。掌握变压器的选用、极性判别及简单变压器的制作。4.1三相异步电动机控制电路的设计(1)掌握三相异步电动机控制电路的设计原则和要求。(2)熟悉实现控制的元器件，了解其工作原理。(3)能够绘制三相异步电动机电动加自锁或正反转控制电路1.设计目的2.设计内容设计一个电动机正反转控制电路，绘制控制线路图。设备有电动机、交流接触器、常开(常闭)按钮、热继电器、熔断器、闸刀开关等。交流电动机直流电动机:鼠笼式绕线式异步机同步机他励、并励、串励、复励电动机类型：4.2电动机分类电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能电机作用：使用电动机驱动生产机械：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵优点：动车机车用JS、JR系列风机系列柴油发电机齿轮减速三相异步电动机4.3三相异步电动机一、三相异步电动机的铭牌1.型号：例如Y132M-4Y132M－4分）转/(600pfn磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分Y：三相异步电动机132：机座中心高（132mm）机座长度代号：M-中机座；S-短机座，L-长机座。2.额定功率：PN电机额定运行时，轴上输出的机械功率。3.额定电压UN和电动机接法电机额定运行时，定子绕组应加的线电压。3kW及以下采用Y接法，4kW及以上采用△接法。例：380/220Y/指：线电压为380V时采用Y接法；线电压220V时采用接法。规定电机运行电压不能高于或低于额定值的5％电动机接法:指定子三相绕组的接法。Y/接法Y接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U14.额定电流：IN5.额定频率：fN加在电动机定子绕组上的允许频率。我国电网的频率规定为50Hz。6.额定转速：nN是指电动机在额定电压、额定频率和额定输出功率情况下的转速。A48.6/A2.11/表示:△接法时电机线电流为11.2A，相电流为6.48A；Y接法时线、相电流均为6.48A。电机额定运行时，定子绕组的线电流。7.绝缘等级绝缘等级，是按电动机绕组所用的绝缘材料使用时容许的极限温度来分级的。极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。绝缘等级极限温度AEBFHC105C120C130C155C1808.工作方式连续运行、短时工作和断续运行方式。二、三相异步电动机的选择1.功率选择电动机功率(容量)是由生产机械所需功率决定。如额定功率选得过大，电机在轻载下工作，其运行效率和功率因数都较低，不经济；额定功率选择得太小，将引起电动机过载，会使电动机温升超过允许值而过早损坏。为保证生产顺利进行，并获得良好经济、技术指标，应根据生产机械的需要和工作条件合理地选用电动机的功率、类型和转速。1）连续工作方式对于连续工作水泵、风机等生产机械，电机额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可。例如，车床的切削功率为1(kW)100060FνP电动机的功率为111(kW)100060PFvP产品目录上选择一台合适的电动机，其额定功率应为NPP≥即可在产品目录上选择Y160M-4型电动机，其额定功率PN=11kW，满足PN＞P，额定转速nN=1460r/min。【例4-1】有一离心式水泵，其数据如下：Q=0.03m3/s，H=20m，n=1460r/min，55.02今用一笼型电动机拖动作长期运行，电动机与水泵直接连接()。试选择电动机功率。11【解】1210000.032010.7(kW)10210210.55QHPηη2)短时工作方式短时工作：闸门启闭、机床尾座、横梁移动和夹紧、刀架快速移动等。我国规定，短时工作方式的标准持续时间有10min、30min、60min、90min四种。例如，刀架快速移动对电动机所要求的功率为11(kW)10260GμνP11(kW)10260GμνP实际选用电机功率为过载系数【解】【例4-2】已知刀架重量G=500kg，移动速度，导轨摩擦系数min/15m1.0传动机构的效率，要求电动机的转速约为1400r/min。求刀架快速移动电动机的功率。2.01Y系列四极笼型电动机的过载系数2.2于是115000.1150.28(kW)10260102600.22.2GμvPη选用Y80-1-4型电动机，PN=0.55kW＞P1，nN=1390r/min。3)断续工作方式周期性重复短时运行的工作方式。每周期包括恒定运行时间t1和停歇时间t2。标准周期时间为10min。t1与T(T=t1+t2)的比值称负载持续率，用百分数来表示。我国规定标准持续率：15%、25%、40%和60%四种，如不加以说明，则以25%为准。2.种类和形式的选择由于生产常用三相交流电，没有特殊要求时，一般应选鼠笼式交流电机。鼠笼式异步电机结构简单、机械特性较硬、价格便宜、运行可靠、使用维护方便；起重机、卷扬机、轧钢机、锻压机等不能采用笼型电动机的场合，可选用绕线式异步电动机。常见的有开启式、防护式、封闭式和防爆式等不同结构形式电动机。以保证在不同的环境中能安全可靠地运行。3.电压和转速选择我国Y系列三相异步电动机的额定电压380V。100kW以上的大功率电机，常用3000V或6000V额定电压。采用较多的电机同步转速是：1500r/min鼠笼式绕线式转子定子（固定部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分：三、三相异步电动机的结构构成：由机座、铁心和定子绕组组成。机座是用铸铁或铸刚制成。铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组。绕组联接成星形或三角形。作用：产生旋转磁场。1、定子。异步电动机接线的结构示意返回下一页机座定子绕组铭牌数据出线端子鼠笼式电机－－构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便。构成：由铁心和绕组两部分构成。铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；绕组分为鼠笼式和绕线式两种。作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2、转子鼠笼式转子转轴轴承转子绕线式转子铁心绕组转轴直流电机小直流电机上一页返回步进电机交流伺服电机同步电机4、三相异步电动机的工作原理vlBe（右手定则）（左手定则）ilBfn0neiNSf磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势。闭合导线产生电流。通电导线在磁场中受力。1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致异步2.线圈比磁场转得慢0nn240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1）旋转磁场的产生在定子铁心的三相对称绕组中，通入三相对称交流电流，就产生“旋转磁场”，代替演示实验中的磁铁。0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下参考方向：绕组始端到末端的方向60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0nAiBiCitmI同理可得：其它电流角度下的磁场方向。二极旋转磁场可见，定子绕组中通入三相电流，共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。2）旋转磁场的转向当通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-C时，旋转磁场转向与相序一致。取决于三相电流的相序！0n0n改变电机旋转方向的方法：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt3）旋转磁场的极数和转速BiAXBYCZAiCi此种接法下，绕组始端间相差1200空间角，合成磁场只一对磁极，则极对数为1。AXYCBZNS旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即：P=1C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCi将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组始端间相差600空间角，磁场是两对磁极。A'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'Y即：P=2AXYCBZNSAXYCBZNS0nAXYCBZSN60AiBiCimIt旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。N0=60f（转/分）XNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN30旋转磁场具有两对极时，当电流从ωt=0°到ωt=60°经历了60°时，磁场在空间仅旋转了30°。比P=1时转速慢了一半，即：n0=60f/2（转/分）故:旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)Hz50(f0n3p120分）转/(0001n分）转/(600pfn电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果0nn在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。4）电动机的转动原理电动机的转动原理电生磁，磁生电，电磁力作用，转子转。异步电机运行中:%9~1s转差率：电机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）5）转子转速和转差率%10000nnns同步转速：旋转磁场的转速。由于n=975r/min，接近于同步转速n0=1000r/min【例4-3】有一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min。求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率f1=50Hz。故：极对数为p=3。额定负载时转差率为：%5.2%1001000975100000nnns【解】答：【思考题】什么是三相电源的相序？就三相异步电动机本身而言，有无相序？22022221)(sXRsRCUT5、三相异步电动机的电磁转矩和机械特性1）转矩公式由异步电动机转动原理知，电磁转矩T是由转子电流I2与旋转磁场相互作用而产生的。经推导得：Ts10n0Tn电源电压一定时，T、s的关系曲线称电动机的转矩特性曲线，如图所示。2）三个重要转矩在等速转动时，电动机的电磁转矩T必须与阻转矩TC相平衡，阻转矩主要是机械负载转矩T2，还包括空载损耗转矩(轴承摩擦和风阻转矩)T0。由于T0很小，可略去，有：（1）额定转矩NTC202TTTTTNNN2NN9550260PPTTnn可得在额定电压下，电机以额定转速nN运行，输出额定功率P2时，电动机转轴上输出的转矩为:n0TnNTnN（牛顿•米）)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT例如：某普通车床的主轴电动机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kW，额定转速为1440r/min，则额定转矩为NNN7.59550955049.7(Nm)1440PTn（2）最大转矩Tmax电机带动最大负载的能力。最大转矩Tmax称临界转矩。对应的转差率sm称临界转差率。如果电机将带不动负载而停转。俗称“闷车”maxTTLn0TnmaxT求解0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT三相异步机2.2~8.1（1）Tmax和电压的平方成正比，故对电压波动敏感，用时要注意电压的变化。（2）工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使电机严重过热。因为：maxTT