机电传动控制课件 第4章.ppt

第四章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机分为异步电动机和同步电动机。本章重点：1.三相异步电动机工作原理2.三相异步电动机的机械特性，掌握三相异步电动机的启动、调速和制动的方法及应用场合 4.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的基本结构均可分为定子和转子两大部分 定子绕组的接线方式图4.5 出线端排列 图4.6定子星形接法 图4.7 定子三角形接法n 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机型号额定功率nn额定频率额定电压nn额定电流额定接法nn额定转速绝缘等级工作方式nnn 4.1.2 三相异步电动机的工作原理旋转磁场图4.8 定子三相绕组 旋转磁场的产生 图4.9 三相电源的电流波形图 磁场旋转方向图4.10 两极旋转磁场n 旋转磁场的旋转速度三相异步电动机三相定子绕组每相只有一个线圈，三相绕组的首端之间在空间上相差120°，所产生的旋转磁场具有一对磁极（磁极对数用P表示）即P=1。n 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理，是基于定子旋转磁场和转子电流（转子绕组内的电流）的相互作用。n 图4.15三相异步电动机的工作原理n 转子的转速和旋转磁场的转速之间要有差值，这是电动机工作的前提，nn正因如此这种电动机称为异步电动机。在异步电动机中常用转差率（用S表示）来表示转子转速n与旋转磁场的转速n 相0差的程度 三相异步电动机的工作原理是：1）三相定子绕组中通入对称三相电流产生旋转磁场。nn2）转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。3）转子载流导体在磁场中受电磁力的作用，从而形成电磁转矩，进而驱动电动机转子旋转。nn 4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路图4.16三相异步电动机的一相电路 4.2.1定子电路定子每相绕组的感应电动势E1n感应电动势的频率f1n 4.2.2 转子电路转子感应电动势E2n转子电动势的频率f2n转子绕组的漏感抗X2n每相绕组的阻抗为nZ =R +jX =R +jSX222220 转子绕组的电流I2nn转子电路的功率因数 4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性4.3.1 三相异步电动机的电磁转矩n三相异步机的磁矩转子电流 4.3.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性也分为固有机械特性和人为机械特性n图4.17 三相异步电动机的固有机械特性 固有机械特性（1）理想空载转速点n（亦称同步转速点）（2）额定运行点n（3）临界工作点n（亦称最大转矩点）（4）启动工作点n 人为机械特性人为地改变电动机的参数或外加电源电n压、电源频率，异步电动机的机械特性将发生变化，这时得到的机械特性称为异步电动机的人为机械特性。得到人为机械特性常用的方法有：（1）n降低电动机定子电压（2）改变定子电源频率（3）转子电路串电阻 图4.18改变电源电压时的人为机械特性 图4.19改变定子电源频率时的人为机械特性n 图4.20改变转子电阻时的人为机械特性n 4.4 三相异步电动机的启动特性异步电动机对启动的要求：（1）要求异步电动机有足够大的启动转矩。nn（2）在满足生产机械能启动的情况下，启动电流越小越好。n（3）启动过程中，平滑性越好对生产机n械的冲击就越小；启动设备可靠性越高，电路越简单，操作维护就越方便。 异步电动机启动的瞬间，由于转子的转速为零，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流，一般启动电流Ist可达额定电流IN的4～7倍；而启动时由于转子功率因数很低，启动转矩却不大，一般(0.8～1.5)。n解决这些矛盾，其核心问题就是减小启动电流和增大启动转矩。n 4.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动n直接启动又称全压启动，就是将电动机的定子绕组接在额定电压下启动。 定子回路串对称三相电阻或电抗器降压启动采用电阻或电抗器降压启动时，若电压n下降到额定电压的K倍（K1），则启动电流也下降到直接启动电流的K倍，但启动转矩却下降到直接启动矩的K2倍。这表明串电阻或电抗器降压启动虽然降低了启动电流，但同时启动转矩也大为降低。 星-三角形降压启动对于电动机正常运行时定子绕组接成三n角形的鼠笼式异步电动机，在启动时将定子绕组接成星形，这时定子每相绕组上的电压为正常运行时定子每相绕组上的电压的0.58倍，起到了降压的作用；待转速上升到一定程度后再将定子绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。 n图4.23 星-三角形降压启动的原理图 软启动软启动是一种近年来发展起来用于控制鼠笼式异步电动机的全新启动方式。它是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机启动控制装置，通过控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同功能的启动方式。由于电动机启动时电压和电流都可以从零连续调节，对电网电压