交流电动机的工作原理及特性

《交流电动机的工作原理及特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流电动机的工作原理及特性（87页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机 械，矿山机械等。械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。 交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能, , 交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。1. 按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、按电机定子相数分：三相异步电动机、

2、两相异步电动机、 单相异步电动机。单相异步电动机。2.按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机. 规格代号：中心高规格代号：中心高132mm，短机座，短机座2号铁心，号铁心，2极极 产品型号：异步电动机产品型号：异步电动机Y 132S2电动机的额定技术数据：电动机的额定技术数据：（1）额定电压）额定电压UN 电动机额定状态下运行时定子绕组上电动机额定状态下运行时定子绕组上应应 加的线电压，单位为加的线电压，单位为V或或KV。（2） 额定电流额定电流IN 电动机在额定状态下运行时，定子绕电动机在额定状态下运行时，定子绕组的线电流，单

3、位为组的线电流，单位为A或或KA。 （3）额定功率）额定功率PN 电动机在额定状态下运行时，其轴上输电动机在额定状态下运行时，其轴上输 出的机械功率，单位为出的机械功率，单位为W或或KW。（4）频率）频率f1 电动机交流电源的频率，我国规定为电动机交流电源的频率，我国规定为50HZ。（5）额定转速）额定转速nN 电动机在额定状态下（电动机在额定状态下（UN、IN、PN）运行时电动机转子的转速，单位为运行时电动机转子的转速，单位为rmin。 （6）额定功率因数）额定功率因数cos N 在额定负载下，在额定负载下， N是定子相是定子相电流与相电压的相位差，三相异步电动机的电流与相电压的相位差，三相

4、异步电动机的cos 随负载随负载的变化的变化 而变化，其范围为而变化，其范围为0.20.9，轻载时，轻载时cos 较低。较低。 （7）额定效率）额定效率 N 额定输出功率额定输出功率PN与额定输入功率之与额定输入功率之 比比PN1，即，即 %PP100N1NN 额定输入功率额定输入功率 NNNN13 cosIUP 电动机的额定技术数据：电动机的额定技术数据：电动机铭牌上还标明绕组的接法电动机铭牌上还标明绕组的接法 如有的电动机铭牌上标识出电压为如有的电动机铭牌上标识出电压为220380V，接法，接法标识为标识为 Y时，则表明，当电源电压为时，则表明，当电源电压为220V时，电动机时，电动机定子

5、绕组采用定子绕组采用 形方式联接，而当电源电压为形方式联接，而当电源电压为380V时，电时，电动机定子绕组采用动机定子绕组采用Y形方式联接。形方式联接。例例3.1.1：已知一台三相异步电动机的额定功率：已知一台三相异步电动机的额定功率PN3.8KW，额定电压，额定电压UN380V，额定功率因数，额定功率因数cos N0.7，额定效率额定效率 N0.85，额定转速，额定转速nN950rmin，求额定输，求额定输入功率入功率P1N和额定电流和额定电流IN。解解 根据根据 额定输入功率额定输入功率 N1NNPP KW47485083NN1.PP A797038031047433NNN1N.cosUP

6、I 额定电流额定电流 这是电动机的外形这是电动机的外形三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖端盖机座机座这这是是三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图这这是是三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子定子这这是是三三相相异异步步电

7、电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子定子转子转子轴承轴承端盖端盖机座机座三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕 组组成。组组成。这是机座定子铁心和定子绕组示意图这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成这是定子硅钢片这是定子硅钢片在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕

8、组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组定子绕组星接星接定子绕组定子绕组角接角接端子端子这这是是饶饶线线型型转转子子铁铁心心与与绕绕组组根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子笼型转子的电机称笼型电动机笼型转子的电机称笼型电动机饶线型转子的电机称饶线型电动机饶线型转子的电机称饶线型电动机外接电阻外接电阻电刷电刷滑环滑环转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子铁心是由相互绝缘的硅钢

9、片叠压而成。这这是是转转子子硅硅钢钢片片 笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。连接起来。这这是是笼笼型型转转子子U1W2V1U2W1V2电流的流入端用电流的流入端用 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组定子绕组U1U2V1V2W1 W2iAiBiCuAuBuCiAiBiCU1V1W1U2V2W2转子绕组转子绕组SN n0ne( i )FF转子转子导体导体

10、旋转磁极形成旋转旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。iA=Imsin tiB=Imsin( t-120 )iC=Imsin( t+120 )iAiBiC相序相序A-B-C-A ti0电流的流入端用电流的流入端用 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示iAiBiCU1V1W1U2V2W2U1W2V1U2W1V2iA t = 0 tiU1W2V1U2W1V2iA= 0iB为为负负值值iC为为正正值值NS0电

11、流的流入端用电流的流入端用 表示表示 iBiC电流的流出端用电流的流出端用 表示表示 t t = 60iNS60iC = 0iB为为负负值值iA为为正正值值iAiBiC0U1W2V1U2W1V2 t = 90NS90iA为为正正值值iB为为负负值值iC为为负负值值 tiiAiBiC0U1W2V1U2W1V2 t = 180iA= 0iB为为正正值值iC为为负负值值180NS tiiAiBiC0U1W2V1U2W1V2 t=60 NS60 t=90NS t=0NS90 t=180 NS1800U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2 空间相

12、差空间相差120120 角的三相绕组，通角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场的旋转磁场, ,当电流经过一个周期变化当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周 ( (在空间旋转的角度为在空间旋转的角度为360360 ) )。 tiiAiBiC0U1V1W1U2V2W2iAiC90 600 U1W2V1U2W1V2NS0U1W2V1U2W1V2NS60相序相序A-C-B-AU1W2V1U2W1V2NS90iB 改变流入三相绕组的电流相改变流入三相绕组的电流相序序, ,就能改变旋转磁场的转向就能

13、改变旋转磁场的转向; ;改改变了旋转磁场的转向变了旋转磁场的转向, , 也就改变也就改变了三相异步电动机的旋转方向。了三相异步电动机的旋转方向。iAiBiCU1V1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2600 t = 0U1W2V1U2W1NSU2W1V2U1W2V1V20SN t = 60NSU1W2V1U2W1U2W1V2U1W2V1V230SN0 tiiAiBiC0 tiiAiBiC090180 t = 90NS45SN t =180NS90SN90U1W2V1U2W1U2W1V2U1W2V1V2U1W2V1U2W1U2W1V2U1W2V1V2iAiBiCU1V1W1U2V2W2U1V

14、1W1U2V2W2 当定子每相中有两个绕组串联当定子每相中有两个绕组串联, 且每相绕组在空间相差且每相绕组在空间相差60时时, 通入对称三相交流电后通入对称三相交流电后, 也产生一个旋转磁场也产生一个旋转磁场, 但它是但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周一个四极旋转磁场。当电流变化一周, 旋转磁场在空间只转旋转磁场在空间只转了半周了半周(180 空间角空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转速度较两极磁场慢了一半。pn0 = 60 f1电源的频率电源的频率 磁极对数磁极对数n0s = = n0nn0 nP=1 n0 =3000 r/min P=2 n0 =1500 r/min P=3 n

15、0=1000 r/min n = (1s) n00 s U1 TmU1TmU1smR2R2Tn0R2Tst ,不能起动不能起动, 可可空载空载或或轻载轻载起动起动负载转矩负载转矩 T2T2 时时, 电机起动电机起动在在cb段段 nsTba段段 在在ab段段 nsTT=T2T2 =TN (在在d点点)ab段为稳定运行区域，段为稳定运行区域， bc段为不段为不 稳定运行区域稳定运行区域 s直到直到 T = T2 电机稳定运行在新的电机稳定运行在新的转速下转速下,工作于工作于d点点 nn =(1 s)n0 Tn0n0TabcTstTmT2dnnNTN=T2N d转矩平衡方程式转矩平衡方程式 =负载转

16、矩负载转矩+空载转矩空载转矩 电动机工作在稳定运行区时电动机工作在稳定运行区时, 具有自适应能力。具有自适应能力。例如例如, 原来在额定负载下稳定运行原来在额定负载下稳定运行(工作于工作于d点点), 若负载转矩突然增大为若负载转矩突然增大为 T2, T2 TN ，例例3.4.1 已知某台三相异步电动机的额定数据为：已知某台三相异步电动机的额定数据为：PN4.5kW， nN950rmin，效率，效率 N84.5，UN380V，cos N0.84，接成星形（，接成星形（Y），），f150HZ，过载系数过载系数 m2，起动转矩倍数，起动转矩倍数 st1.7。求：。求：（1）磁极对数）磁极对数P； （

17、2）额定转差率）额定转差率sN；（3）额定转矩）额定转矩TN；（；（4）额定输入功率）额定输入功率P1N；（5）定子的额定电流）定子的额定电流IN；（；（6）最大转矩）最大转矩Tmax；（7）起动转矩）起动转矩Tst。解解（1）根据根据nN950rmin，可以得出，可以得出n01000rmin3100050606001 nfP 磁极对数磁极对数 （2）额定转差率为）额定转差率为050100095010000N0N.nnns （3）额定转矩为）额定转矩为 95010545595593NNN .nP.T=45.24N m（4） 额定输入功率额定输入功率 kW335845054NNN1.PP （5）

18、根据）根据 额定电流额定电流 A64984038031033533NNN1N.cosUPI （7）最大起动转矩）最大起动转矩 Tst stTN1.7 45.24=76.91N mNNNN13 cosIUP （6）最大转矩）最大转矩 Tmax mTN2 45.24=90.48N m例：已知例：已知PN=4.5 KW，nN=950r/min， N=84 .5%， U1=380 V，Y接，接，f1=50Hz， m=2， st=1.7。求：。求：（1）磁极对数）磁极对数 P；（；（2） SN； （3）TN；（4）输入功率）输入功率P1；（；（5）最大转矩）最大转矩Tm；（；（6）起动转矩）起动转矩Ts

19、t解：解：（1）P=3SN=n1 nN n11000 950 1000=0.05（2）（3）TN=9.55PNnN=9.55450103 950=45.24Nm（4）P1=PN N 4.50.845=5.33kW（5） Tm= m TN=245 .24=90 .48Nm（6） Tst= st TN=1 . 745 .24=76 .91Nm起动初始瞬间，起动初始瞬间，n=0，s=1 （1） 起动电流起动电流IST大，大，57 IN。频繁起动会使电动机过。频繁起动会使电动机过热。热。 过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的

20、正常工作。压降落，影响邻近负载的正常工作。（2） 起动转矩起动转矩TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子感抗大，使转子的但转子感抗大，使转子的 功率功率 因数很低因数很低, 不能带动较大负不能带动较大负载起动。载起动。3.5.1三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大起动转矩小；起动电流大，比额定值大47倍；倍； 影响同一电网上其它负载的正常工作。影响同一电网上其它负载的正常工作。优点：优点：简单、方便、经济、起

21、动过程快，适用于中小型简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机笼型异步电动机 起动时降低电动机的电源电压，以限制起动电流，待起动时降低电动机的电源电压，以限制起动电流，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。起动转矩与外加电压平方成正比，降压的同时也大大的起动转矩与外加电压平方成正比，降压的同时也大大的降低了起动转矩，因此这种方法使用于轻载或空载起动。降低了起动转矩，因此这种方法使用于轻载或空载起动。FUW2U1U2V1V2W1Q1转子转子定子定子绕组绕组只适用于正常运行时只适用于正常运行时为为 接法接法的电动机的电动机 Q2Y

22、U1U2V1W1V2W2W1V1U1U2V2W2FUW2U1U2V1V2W1Q1转子转子定子定子绕组绕组 Q2Y 起动电流和起动转矩都降起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一低到直接起动时的三分之一IlY/ Il =1/3TstY/Tst =UPY2/UP (Ul / 3 )2 (Ul)2=1/3IlY=IPY=UPY / | Z|=Ul/( 3 |Z |)Il = 3 IP = 3 UP / | Z| = 3 Ul /|Z |U1U2V1V2W1W2Q1Q2M3 U1U2V1V2W1W2Q1Q2M3 U1U2V1V2W1W2Q1Q2M3 Ist =(0.55)2 Ist自耦变压器抽头

23、有自耦变压器抽头有 0.55, 0.64, 0.73 等等Ist= (0.55) Ist IstIstIst变压器变比变压器变比则变压器副方电流则变压器副方电流为为 = 0.551n而变压器原方电流而变压器原方电流电动机起动转矩电动机起动转矩Tst =(0.55)2 Tst电动机起动电动机起动电流电流Ist和起动转矩和起动转矩Tst均为直接起动的均为直接起动的1/n2。 绕线式电动机起动时，在转子绕组中串电阻，减小绕线式电动机起动时，在转子绕组中串电阻，减小起动电流。起动电流。2 R2 +XS2E2I2 = 2 起动时先将起动变阻器的阻值置于最大位置，随着起动时先将起动变阻器的阻值置于最大位置

24、，随着转速的上升，逐渐减小起动电阻，直到电动机转速接近转速的上升，逐渐减小起动电阻，直到电动机转速接近额定值时，再全部切除起动电阻，使电动机进入正常运额定值时，再全部切除起动电阻，使电动机进入正常运行状态。行状态。转子串电阻起动，不但减小了起动电流转子串电阻起动，不但减小了起动电流而且增大了而且增大了cos 2，提高了起动转矩。，提高了起动转矩。起动电阻起动电阻Q 定子绕组定子绕组转子绕组转子绕组滑环滑环电刷电刷 例例3.5.1 一台笼型三相异步电动机定子绕组为三角形联一台笼型三相异步电动机定子绕组为三角形联接，接，PN28KW，UN380V，IN58A，cos N0.88，nN=1455r/

25、min， st=1.2, Ist/IN=6, m=2.3，起动负载转矩为起动负载转矩为71.5N m，要求起动电流不大于，要求起动电流不大于150A。（1）该电动机能否采用星形三角形转换方法进行起）该电动机能否采用星形三角形转换方法进行起动？动？（2）若采用自耦变压器降压起动，当自耦变压器的抽）若采用自耦变压器降压起动，当自耦变压器的抽头为头为64 （ ）时，能否满足起动要求？）时，能否满足起动要求？ 6401.K 解解 （1）电动机额定转矩为）电动机额定转矩为mN78183145510285595593NNN .nP.T直接起动时的起动转矩为直接起动时的起动转矩为mN542207818321

26、21Nst .T.T星形三角形起动时的起动转矩星形三角形起动时的起动转矩 mN571mN573542203131ststY .TTA3485866Nst II星形三角形起动时的起动电流星形三角形起动时的起动电流 A150A1163483131ststy II直接起动时的起动电流为直接起动时的起动电流为可以采用星形三角形转换起动方法。可以采用星形三角形转换起动方法。（2） 用自耦变压器降压起动时用自耦变压器降压起动时A150A541423486406402st2st .I.ImN571mN3390542206406402st2st .T.T能满足要求。能满足要求。p= (1s) 60 f1n =

27、 (1s) n1调速方法调速方法3.5.1三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速在某一确定负载下，人为的改变电动机转速称为调速。在某一确定负载下，人为的改变电动机转速称为调速。 改变电动机转速有三种方法：改变电动机转速有三种方法：改变磁极对数改变磁极对数P、改改变转差率变转差率s、。 改变定子绕组所形成的磁极对数与改变电源频率改变定子绕组所形成的磁极对数与改变电源频率的调速方法适用于笼型异步电动机，它们是改变旋转的调速方法适用于笼型异步电动机，它们是改变旋转磁场转速磁场转速n0的调速方法。的调速方法。 改变电动机转差率的方法只适用于绕线式异步电动改变电动机转差率的方法只适用于绕线式异步电动机

28、，它不改变旋转磁场的转速机，它不改变旋转磁场的转速n0，而是在转子绕组电路，而是在转子绕组电路中串联电阻，改变转差率，实现对电动机的调速。中串联电阻，改变转差率，实现对电动机的调速。变频调速是通过改变电动机电源频率得到的平滑调速。变频调速是通过改变电动机电源频率得到的平滑调速。 1. 变频调速变频调速 若电源电压若电源电压U1不变，则磁通随频率而变。通常电不变，则磁通随频率而变。通常电机在设计中，将磁通机在设计中，将磁通 的数值选择在接近饱和值上。的数值选择在接近饱和值上。11111444KNf.EU 在改变在改变f1的同时要同步调节电源电压的同时要同步调节电源电压U1，以保持，以保持U1/

29、f1比值为恒定，从而维持磁通恒定不变。比值为恒定，从而维持磁通恒定不变。异步电动机变频调速的控制方式主要有：异步电动机变频调速的控制方式主要有： 这种方式是将频率这种方式是将频率f1从额定值往下调，从额定值往下调，U1同时减小。同时减小。 这种调速方法的机械特性较硬，调速范围较宽，但低这种调速方法的机械特性较硬，调速范围较宽，但低速性能较差。如果电源频率速性能较差。如果电源频率f1 能实现连续调节，就能实现能实现连续调节，就能实现无级变频调速。无级变频调速。Tn0f1f 1f1 f 1 f f 1n nNn TN 调速过程中，由于调速过程中，由于U1=4.44f1N1 ，T=CT I2cos

30、2，如果负载转矩不变磁通又是恒定的，则转子电流不变，如果负载转矩不变磁通又是恒定的，则转子电流不变，电动机输出转矩也不变，故为电动机输出转矩也不变，故为恒转矩调速恒转矩调速。 在电源电压在电源电压U1不变的情况下，提高电源频率会使磁通不变的情况下，提高电源频率会使磁通 减小，输出转矩随之减小。对于恒功率负载，使电动减小，输出转矩随之减小。对于恒功率负载，使电动机转速升高，从而异步电动机的电磁功率基本保持不机转速升高，从而异步电动机的电磁功率基本保持不变，变，属恒功率变频调速方式属恒功率变频调速方式。这种方式是将频率从额定值向上调这种方式是将频率从额定值向上调Tn0f1f 1f1 f 1 f 1

31、f 1n nNn TN 这种恒功率变频调速方式（也称为恒压弱磁变频调这种恒功率变频调速方式（也称为恒压弱磁变频调速方式）的机械特性较软。速方式）的机械特性较软。 变频器简介变频器简介 实现变频调速就要有变频电源，变频电源是由变频实现变频调速就要有变频电源，变频电源是由变频器提供的。器提供的。 变频器的基本结构：主电路包括变频器的基本结构：主电路包括整流、滤波和逆变整流、滤波和逆变三个部分。三个部分。交流交流电源电源整整 流流滤滤 波波逆逆 变变M电动机电动机主电路主电路驱动电路驱动电路运算电路运算电路保护电路保护电路检测电路检测电路控制电路控制电路频率和电频率和电压可调的压可调的交流电源交流电

32、源 控制电路的功能是向主电路提供控制信号，它包括进控制电路的功能是向主电路提供控制信号，它包括进行电压和频率运算的运算电路、对主电路进行电流电压行电压和频率运算的运算电路、对主电路进行电流电压检测的检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱检测的检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路以及主电路和控制电路的保护电路。动电路以及主电路和控制电路的保护电路。交流交流电源电源整整 流流滤滤 波波逆逆 变变M电动机电动机主电路主电路驱动电路驱动电路运算电路运算电路保护电路保护电路检测电路检测电路控制电路控制电路频率和电频率和电压可调的压可调的交流电源交流电源 在现代变频器中，普遍采用在现代变频

33、器中，普遍采用正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制（SPWM）方式将直流电转换为频率和电压可调的交流）方式将直流电转换为频率和电压可调的交流电。它是电。它是通过改变输出的脉冲宽度，使输出电压的平均通过改变输出的脉冲宽度，使输出电压的平均值接近于正弦波值接近于正弦波。即，使脉冲系列的占空比按正弦规律。即，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，当来安排，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小。如果脉冲间的间隔小，正弦值较小时，脉冲的宽度也小。如果脉冲间的间隔小，相应的输出电压大；反之，脉冲间的间隔较大，相应的相应的输出电压大；反之，脉冲间的

34、间隔较大，相应的输出电压也较小。输出电压也较小。0tTu0tTu 变频调速器应用实例：变频供水控制系统变频调速器应用实例：变频供水控制系统 压力设定压力设定可编程序可编程序控制器控制器变频调速器变频调速器接触器接触器压力传感器压力传感器水泵水泵机组机组 用 户用 户管网管网各种控制各种控制 信号信号 系统以可编程序控制器为控制核心，实现系统要求的系统以可编程序控制器为控制核心，实现系统要求的控制。通过压力传感器检测到用户水压的大小，将这一信控制。通过压力传感器检测到用户水压的大小，将这一信号送入号送入PLC，PLC与压力的设定值比较后，将按编制好的与压力的设定值比较后，将按编制好的程序进行处理

35、，然后向变频调速器发出速度调节信号，调程序进行处理，然后向变频调速器发出速度调节信号，调节水泵的旋转速度，从而实现恒压供水。节水泵的旋转速度，从而实现恒压供水。3.5.1 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速调速方法调速方法n = (1s) n1p= (1s) 60 f1 变极调速是通过改变异步电动机定子旋转磁场磁极变极调速是通过改变异步电动机定子旋转磁场磁极对数来改变旋转磁场转速对数来改变旋转磁场转速n0，从而实现调速。当极对，从而实现调速。当极对数增加一倍时，旋转磁场的转速数增加一倍时，旋转磁场的转速n0就降低一半，转子就降低一半，转子转速也将降低一半，显然这种调速方法是有级调速。转速

36、也将降低一半，显然这种调速方法是有级调速。SU1U2U 1U 2SNSNSNNSU1U 1U2U 2U1U 2U1U2U 2SNU 1SNU1U1U 1U 1U2U 2n1=15003000 r/m P=2P=1p= (1s) 60 f1n = (1s) n1调速方法调速方法绕线式电动机在转子绕组绕线式电动机在转子绕组中串入电阻中串入电阻R2 , 可改变转可改变转差率差率 s 和转速和转速 n。3.5.1 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速TNR2R2Tn0R2n0当转子的转速当转子的转速n 超过超过旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1时，时，这时的转矩是制动转矩。这时的转矩是制动转矩。F4

37、7 单相异步电动机的基本结构和工作原理单相异步电动机的基本结构和工作原理 特点：特点： 1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦； 2. 由单相交流电源供电的旋转电机；由单相交流电源供电的旋转电机； 3. 具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。 所以单相异步电动机被广泛用于所以单相异步电动机被广泛用于电风扇电风扇、洗衣机洗衣机、电唱机电唱机、吸吸尘器尘器、医疗器械医疗器械及及自动控制装置自动控制装置中。中。一、一、 单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式单相

38、异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个磁场。定、转子气隙中产生一个磁场。 此磁场在空间并不旋转，只是磁此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化，化， 即即 tsinBBm 其磁场曲线：其磁场曲线： 在电机系统中，常把磁通在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场大小随时间做正弦变化的磁场称称脉动磁场。脉动磁场。 可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场（用磁感应强度场（用磁感应

39、强度B表示），可以分解成两个转速相等而方向相反表示），可以分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场的旋转磁场 和和 ，磁感应强度的大小为：，磁感应强度的大小为：1mB2mB221/BBBmmm 两个旋转磁场的同步转速为：两个旋转磁场的同步转速为： pfn600 如果仅有一个单相绕如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来组，则在通电前转子原来是静止的，通电后转子仍是静止的，通电后转子仍将静止不动。将静止不动。 若此时用手拔动它，若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动转子便顺着拔动方向转动起来，最后达到稳定运行起来，最后达到稳定运行状态。状态。 单相单相 异步电动机没有异步电动机没有启动能力启动能

40、力，但一经推动后，它却能转动起，但一经推动后，它却能转动起来。来。 两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转矩。矩。 结论：结论： （1）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启动转矩为零；动转矩为零； （2）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态，）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态，其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。 因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的因此，

41、要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的启动转矩问题。启动转矩问题。 二、单相异步电动机的启动方法二、单相异步电动机的启动方法 单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就可以建立单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就可以建立启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步电动机。启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步电动机。 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 当选择参数使当选择参数使BY绕组中的电流绕组中的电流在相位上超前在相位上超前AX绕组中的电流绕组中的电流900时，时，通电后能在定、转子气隙内产生一个通电后能在定、转子气隙内产生一个旋转磁场。旋转磁场。 在此旋转

42、磁场作用下，鼠笼转子将在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。跟着旋转磁场一起旋转。 若在启动绕组若在启动绕组BY支路中，接支路中，接入一离心开关入一离心开关QC，如图所示。电，如图所示。电动机启动后，当转速达到额定值附动机启动后，当转速达到额定值附近时，借离心力的作用，将近时，借离心力的作用，将QC打打开，此后电动机就成为单相运行了，开，此后电动机就成为单相运行了，此种结构型式的电动机，称为电容此种结构型式的电动机，称为电容分相式电动机。也可不用离心开关，分相式电动机。也可不用离心开关，即在运行时并不切断电容支路。即在运行时并不切断电容支路。 电动机反转，不能像三相电动机反转，不

43、能像三相异步电动机那样掉换两根电源异步电动机那样掉换两根电源线来实现，必须以掉换电容器线来实现，必须以掉换电容器C的串联位置来实现，即改变的串联位置来实现，即改变QB的接通位置，就可改变旋的接通位置，就可改变旋转磁场的方向，从而实现电动转磁场的方向，从而实现电动机的反转。机的反转。 洗衣机中的电动机，就是靠洗衣机中的电动机，就是靠定时器中的自动转换开关来实现定时器中的自动转换开关来实现这种切换的。这种切换的。48 同步电动机的基本结构和工作原理同步电动机的基本结构和工作原理一、同步电动机的基本结构一、同步电动机的基本结构 定子定子：由铁心、定子绕组：由铁心、定子绕组（三相对称绕组，并通有对称（

44、三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成盖等主要部件组成 转子转子：包括主磁极、装在：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、电别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。刷以及集电环等主要部件。 隐极式隐极式凸极式凸极式二、同步电动机的工作原理和运行特性二、同步电动机的工作原理和运行特性 1工作原理工作原理 电枢绕组通以对称三相交电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一电流电流后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其旋转速度为同枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速步转速pfn600 在转

45、子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现一在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。个大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一这两个磁场的相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转，即起旋转，即“同步同步”电动机也由此而得名。电动机也由此而得名。(视频同步电动机的旋视频同步电动机的旋转磁动势转磁动势) 2机械特性机械特性 在电源频率在电源频率f 与电动机转子极对数与电动机转子极对数p为一定的情况下，转子的转为一定的情况下，转子的转速为

46、一常数，速为一常数，n=n0，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性。转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性。 三、同步电动机的启动三、同步电动机的启动 同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有像异步电但却没有像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而且它的启动困难。且它的启动困难。 启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以产启动时先不加入直流磁场，只

47、在定子上加上三相对称电压以产生旋转磁场，鼠笼绕组中产生感应电势，即产生感应电流，从而使生旋转磁场，鼠笼绕组中产生感应电势，即产生感应电流，从而使转子转动起来，等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流转子转动起来，等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相励磁电流，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，便可把转子拉入同步。互作用下，便可把转子拉入同步。 启动步骤如下：启动步骤如下： 1）励磁电路的转换开关）励磁电路的转换开关QB投合到投合到1的位置，使励磁绕组与直的位置，使励磁绕组与直流电源断开，直接通过变阻器构

48、成闭合回路以免启动时历次绕组受流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险；旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险； 2）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕组加上额定电压，时转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用组加上额定电压，时转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用降压启动；降压启动； 3）将励磁电路转换开关）将励磁电路转换开关QB投合到投合到2的位置，励磁绕组与直流的位置，励磁绕组与直流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步；电源接通，转子上形

49、成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步； 4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到要求数值。要求数值。 四、同步电动机的特点四、同步电动机的特点 1. 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂； 2. 由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入要比异步电动机高得多；要比异步电动机高得多； 3. 同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高等特点。等特点。 因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同步电动机来传动的。步电动机来传动的。