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1、电机与电力拖动-Level II,2023/11/2,2,基本內容,基础知识变压器三相异步电动机电力拖动系统中电动机的选择,2023/11/2,3,电机的基本工作原理,右手定则,每根导体中感应电势的大小为:e=Bxlv(伏)Bx是导体所在处的磁通密度,简称磁密(韦/米2);L是导体ab或cd的长度(米);V是导体ab或cd与Bx之间的相对线速度(米/秒).,2023/11/2,4,电机的基本工作原理,交流发电机模型,直流发电机模型,2023/11/2,5,电机的基本工作原理,直流电动机的基本工作原理,左手定则,2023/11/2,6,直流电机的电力拖动的基本定义,原动机带动生产机械运转叫拖动。
2、电动机带动生产机械运转的拖动方式叫电力拖动，电动机是原动机，生产机械是负载。电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备以及电源五部分组成。,2023/11/2,7,变压器的基础知识,变压器 变压器是输送交流电时所使用的一种变电压和变电流的设备。它通过磁路的耦合作用把交流电从原边输送到副边，利用绕制在同一铁,心上的原绕组和副绕组的匝数不同，把原绕组的电压和电流从某种数量等级改变为副绕组的另一钟等级。,2023/11/2,8,变压器的基础知识,上图是一台单相双绕组变压器的示意图。铁心是变压器的磁路部分，套在铁心上的绕组是变压器的电路部分。接交流电源的绕组AX为原绕组，也可以
3、叫原边或初级；接负载的绕组ax为副绕组，也可以叫副边或次级。,2023/11/2,9,变压器的基础知识,硅钢片的排列,从变压器的功能来看，铁心和绕组是变压器最主要的部分。铁心多采用0.35mm厚的硅钢片叠装而成，片间彼此绝缘。绕组套在铁心柱上的位置，低压绕组在里，高压绕组在外。,2023/11/2,10,变压器的并列运行,所谓变压器并列运行，就是把这些变压器的原、副绕组相同标号的出线端联在一起，分别接到公共的母线上去。负载一般是逐步发展的，变压器的容量和台数随负载逐步增加，需要并列运行。变压器并列运行时，可以根据负载的变化投入相应的容量和台数，尽量使运行着的变压器接近满载，提高系统的运行效率和
4、改善系统的功率因数。如果某台变压器发生故障需要检修时，可以把它从电网上切除，其他变压器继续运行、保证电网正常供电。并列运行时还可以减少备用容量。并列运行的理想情况和条件 并列运行的变压器的理想运行情况是：（1）空载时每一台变压器副边电流都为零，与单独空载运行时 一样。各台变压器间无环流。（2）负载运行时各台变压器分担的负载电流应与它们的容量成 正比。为了满足理想运行情况，并列运行的变压器应满足以下条件：（1）原、副边额定电压相同（变比相等）。（2）属同一联接组别。（3）短路阻抗标么值相等。,2023/11/2,11,三相异步电动机,各种交流电动机的旋转原理 目前较常用的交流电动机有两种：1、三
5、相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P
6、是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。,2023/11/2,12,三相异步电动机,2023/11/2,13,三相异步电动机,观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相
7、电动机的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。,2023/11/2,14,三相异步电动机,定子和励磁线圈一,转子和转子线圈,2023/11/2,15,三相异步电动机,2023/11/2,16,三相异步电动机的能流图,2023
8、/11/2,17,鼠笼式异步电动机的启动方法,2023/11/2,18,鼠笼式异步电动机的启动方法,2.串电阻、电抗降压启动,2023/11/2,19,鼠笼式异步电动机的启动方法,3.Y-降压启动,IstY=Ist/3 TstY=Tst/3,优点；简单、经济、电流小。缺点；只能应用正常工作方式为三角形接线电机(4KW以上，额定电压380v、接线。),2023/11/2,20,鼠笼式异步电动机的启动方法,4.自耦变压器降压启动,优点；电压可调、电流小。缺点；变压器体积大、价格高。不能应用于经平繁启动电机。,2023/11/2,21,鼠笼式异步电动机的启动方法,5.延边三角形启动,优点；电流、启动
9、转矩大（同Y-相比）。缺点；特殊要求的电机。,2023/11/2,22,绕线式异步电动机的启动方法,优点；电流小、启动转矩大。缺点；电阻上的损耗大。,1.逐级切除启动电阻法,2023/11/2,23,绕线式异步电动机的启动方法,2.频敏变阻器启动法,n=0，S=1 f2=Sf1RXIT n=nn f2 R=X0相当于转子短路，启动完毕,优点；电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大冶金、化工设备上。缺点；不能用作调速电阻。,2023/11/2,24,单相交流电机的旋转原理,单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕
10、组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。,2023/11/2,25,单相交流电机
11、的旋转原理,离心开关,移相电容,2023/11/2,26,单相交流电机的旋转原理,在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3-1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁
12、通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。,2023/11/2,27,电动机的选择,电力拖动系统中电动机选择的主要内容电动机的种类额定电压额定转速额定功率电动机的型式,2023/11/2,28,电动机的选择,电力拖动系统中电动机选择的原则首先考虑电动机的性能额定功率的大小额定转速及型式等满足生产机械的要求电动机额定功率的选择要通过发热,过载能力和起动能力的校核,2023/11/2,29,电动机的选择,电动机容量选择的原则,(l)发热：实际最高工作温度 maxa 电动机绝缘的允许最高工作温度。(2)过载能力：短期工作时，承受高于额定功率的负载功率时仍可保证 ma
13、xa 此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。(3)启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以，为使电动机能可靠启动，必须保证 电动机容量的选择方法有：计算法、统计分析法、类比法。,2023/11/2,30,电动机的选择,温升M-0 介质温度0=40,温降曲线,Th为发热时间常数 Th散热时间常数,最高工作温度Ma,电动机的发热与冷却,2023/11/2,31,电动机的选择,电动机的发热与冷却 工作制-我国将电动机的运行方式。按发热的况分为三类，即连续工作制、短时工作制和重复短时(断续)工作制，并分别按上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流。常用的绝缘级有 E、B、F、H，120、130、155、180,2023/11/2,32,典型生产机械选用电动机的实例,2023/11/2,33,THANKS,电机与拖动基础,
