《電工與電子技術(shù)》單元5電動(dòng)機(jī).ppt

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1 主編 李文王慶良副主編 孫全江韋宇主審 于昆倫 電工與電子技術(shù) 上篇電工學(xué)單元5電動(dòng)機(jī) 2 知識(shí)點(diǎn) 交 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 工作原理 電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性及啟動(dòng) 調(diào)速 反轉(zhuǎn) 制動(dòng)方法 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及選擇 異步電動(dòng)機(jī)電路的分析計(jì)算方法 其他電動(dòng)機(jī)的用途 能力目標(biāo) 掌握異步電動(dòng)機(jī)電路的分析計(jì)算 具有正確選擇電動(dòng)機(jī)的能力 單元5電動(dòng)機(jī) 3 單元5電動(dòng)機(jī) 目錄 4 5 1 1 1電動(dòng)機(jī)的分類 按速度劃分 可分為不調(diào)速和調(diào)速兩大類型 不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電 調(diào)速電動(dòng)機(jī)由各種變流器 主要是各種電力電子變流器 供電 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 將有越來越多的調(diào)速傳動(dòng)取代不調(diào)速傳動(dòng) 以節(jié)約電能 改善機(jī)械性能 5 1電動(dòng)機(jī) 5 1 1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 5 1電動(dòng)機(jī) 5 按照電動(dòng)機(jī)的類型劃分 電動(dòng)機(jī)可分為交流 直流電動(dòng)機(jī)兩大類 交流電動(dòng)機(jī)又分異步 同步電動(dòng)機(jī)兩類 5 1電動(dòng)機(jī) 6 5 1 1 2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成 定子 固定部分 和轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)部分 如圖5 1所示 定子由機(jī)座 定子鐵芯和定子繞組三部分組成 機(jī)座是由鑄鋼制成的 它有固定鐵芯 繞組和支撐端蓋的作用 圖5 1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 5 1電動(dòng)機(jī) 7 定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的組成部分 一般是由互相絕緣的硅鋼片疊成 見圖5 2 鐵芯的表面沖有槽 用于嵌放三相對(duì)稱繞組 稱為定子繞組 定子繞組是定子中的電路部分 一般有六個(gè)出線端 分別接到機(jī)座的接線盒內(nèi) 以便使用時(shí)與三相電源相連接 圖5 2定子硅鋼片 5 1電動(dòng)機(jī) 8 轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分 用來帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng) 它主要由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組兩部分組成 轉(zhuǎn)子鐵芯是由許多硅鋼片疊成的圓柱體 每一片轉(zhuǎn)子硅鋼片的形狀如圖5 3所示 其外圈沖有均勻分布的槽 槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同 三相異步電動(dòng)機(jī)分為籠型和繞線式兩種 圖5 3轉(zhuǎn)子硅鋼片 5 1電動(dòng)機(jī) 9 籠型轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)壓進(jìn)銅條 銅條兩端分別焊在兩個(gè)銅環(huán)上 如圖5 4 a 所示 由于形狀像籠子 所以得此名 為了節(jié)省銅材 現(xiàn)在中小型電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子 如圖5 4 b 所示 即把熔化的鋁澆鑄在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi) 有的把風(fēng)扇和兩個(gè)端環(huán)鑄在一起 鑄鋁轉(zhuǎn)子不僅簡(jiǎn)化了制造工藝 也降低了成本 圖5 4籠型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 a 籠型轉(zhuǎn)子 b 鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子 5 1電動(dòng)機(jī) 10 繞線式轉(zhuǎn)子繞組同定子繞組一樣 也是由導(dǎo)線制成三相對(duì)稱繞組 放置在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi) 轉(zhuǎn)子繞組固定連接成Y型 把三個(gè)接線端分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)彼此絕緣的銅質(zhì)滑環(huán)上 滑環(huán)與軸也是絕緣的 通過與滑環(huán)滑動(dòng)接觸的電刷 將轉(zhuǎn)子繞組的三個(gè)始端接到機(jī)座的接線盒內(nèi) 其結(jié)構(gòu)如圖5 5所示 三個(gè)接線端可以把外加的三相變阻器或電阻串入轉(zhuǎn)子繞組中 從而改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速性能 當(dāng)不接外加三相變阻器時(shí) 必須把三個(gè)接線端短接 使轉(zhuǎn)子繞組形成閉合通路 否則電動(dòng)機(jī)將不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 兩種類型轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)只是在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上有所不同 其工作原理完全一樣 籠型電動(dòng)機(jī)用得最多 最普遍 繞線式電動(dòng)機(jī)有較好的啟動(dòng)和調(diào)速性能 一般用在要求頻繁啟動(dòng)和在一定范圍內(nèi)調(diào)速的場(chǎng)合 5 1電動(dòng)機(jī) 11 圖5 5繞線式轉(zhuǎn)子 a 繞線轉(zhuǎn)子 b 繞線轉(zhuǎn)子回路接線示意圖1 轉(zhuǎn)軸 2 轉(zhuǎn)子鐵芯 3 滑環(huán) 4 轉(zhuǎn)子繞線出線頭 5 風(fēng)扇 6 刷架 7 電刷引線 8 轉(zhuǎn)子繞組 5 1電動(dòng)機(jī) 12 5 1 1 3三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電流 便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 而三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的利用 所以先介紹旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的 1 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組如圖5 6 a 所示 它是由在空間彼此相隔120 的三組相同的線圈組成 即三相對(duì)稱繞組 每組線圈是一相繞組 為便于分析其基本原理 每相繞組用一個(gè)線圈表示 每相繞組的始 未端分別用U1 V1 W1和U2 V2 W2表示 定子繞組可以連成Y 也可連成 圖5 6 b 所示為Y連接 5 1電動(dòng)機(jī) 13 將定子繞組接在三相交流電源上 即產(chǎn)生三相電流 其波形如圖5 7 a 所示 瞬時(shí)表達(dá)式為 圖5 6定子繞組示意圖 5 1電動(dòng)機(jī) 14 規(guī)定電流的正方向是從繞組的首端流入 末端流出 三相繞組通入三相交流電流后 共同產(chǎn)生了一個(gè)隨電流交變的在空間不斷旋轉(zhuǎn)的合成磁場(chǎng) 這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 下面在圖5 7中任取幾個(gè)不同瞬間進(jìn)行分析 圖中 符號(hào) 表示電流流入紙面 符號(hào) 表示電流流出紙面 t 0的瞬間 iU 0 U1U2繞組中無電流 iV為負(fù) V1V2繞組中電流的方向與正方向相反 電流從V2到V1 即電流從末端V2流入 從首端V1流出 iW為正 W1W2繞組中電流的方向與正方向相同 電流從W1到W2 即電流從首端W1流入 從末端W2流出 根據(jù)右手螺旋定則可知 它們產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)如圖5 7 b 所示 5 1電動(dòng)機(jī) 15 圖5 7兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) a 三相電流的波形 b 合成磁場(chǎng) 5 1電動(dòng)機(jī) 16 圖5 7 b 5 1電動(dòng)機(jī) 17 5 1電動(dòng)機(jī) 18 圖5 7 b 5 1電動(dòng)機(jī) 19 2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在圖5 8中以旋轉(zhuǎn)的磁極N S表示 轉(zhuǎn)子繞組用一個(gè)閉合線圈來表示 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1速度順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 磁力線切割轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 其方向用右手定則來確定 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 則轉(zhuǎn)子繞組逆時(shí)針方向切割磁力線 在S極下 導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向垂直紙面向里 用 表示 在N極下 導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向垂直紙面向外 用 表示 由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的 因此在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下會(huì)產(chǎn)生電流 其方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同 轉(zhuǎn)子繞組中的電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F 其方向用左手定則確定 如圖5 8所示 5 1電動(dòng)機(jī) 20 電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 使轉(zhuǎn)子以n速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來 但轉(zhuǎn)子的速度n不可能與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1相等 如果兩者速度相等 方向又相同 則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 磁力線就不切割轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組中就沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流 電磁轉(zhuǎn)矩也就不會(huì)產(chǎn)生 所以 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 兩者不同步 這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來 由于它是靠感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流而工作 因此又叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 圖5 8轉(zhuǎn)動(dòng)原理 5 1電動(dòng)機(jī) 21 綜上所述 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是 由定子繞組通入三相交流電源而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力 從而形成電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來 通常把旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差值稱為轉(zhuǎn)差 轉(zhuǎn)差與n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率 用s表示 即 5 3 或 5 4 5 1電動(dòng)機(jī) 22 5 1 2 1轉(zhuǎn)子電路各量的分析 1 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子電流頻率與變壓器類似 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2的有效值為 式中 轉(zhuǎn)子電流頻率 轉(zhuǎn)子繞組系數(shù) 因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為 所以 5 1 2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性 5 5 5 6 5 1電動(dòng)機(jī) 23 5 1電動(dòng)機(jī) 24 5 1電動(dòng)機(jī) 25 5 1電動(dòng)機(jī) 26 4 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)轉(zhuǎn)子電路為感性電路 其轉(zhuǎn)子電流總是滯后于轉(zhuǎn)子電勢(shì)角度 所以轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)為 式 5 10 說明 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)隨轉(zhuǎn)差率的增大而下降 其變化規(guī)律如圖5 9所示 5 10 5 1電動(dòng)機(jī) 27 5 1 2 2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 1 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩是三相電動(dòng)機(jī)最重要的物理量之一 可以證明 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 式中cT 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù) 與電動(dòng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)有關(guān) 磁極平均磁通 在電源電壓和頻率一定時(shí) 其值為常量 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 將式 5 9 式 5 10 代入式 5 11 可得 5 12 5 1電動(dòng)機(jī) 28 由于 因此 式 5 12 也可寫成式 5 13 中 為常量 而電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方有關(guān) 所以 電源電壓的波動(dòng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響很大 5 13 5 1電動(dòng)機(jī) 29 2 轉(zhuǎn)矩特性曲線由式 5 12 和式 5 13 可知 在電源電壓和頻率一定時(shí) 則 及均為常數(shù) 因而 電磁轉(zhuǎn)矩僅與轉(zhuǎn)差率有關(guān) 圖5 10 5 1電動(dòng)機(jī) 30 圖5 10異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線 5 1電動(dòng)機(jī) 31 由式 5 14 可知 因鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻很小 所以也很小 對(duì)于繞線式電動(dòng)機(jī) 由于可以外接電阻 因而可以改變轉(zhuǎn)子回路電阻從而改變 如圖5 11所示 利用這一原理可以調(diào)節(jié)繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 式 5 15 表明 在電機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí) 最大轉(zhuǎn)矩只與電源電壓有關(guān) 圖5 11不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的轉(zhuǎn)矩曲線 5 1電動(dòng)機(jī) 32 5 1 2 3三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電力拖動(dòng)系統(tǒng)中 為了便于分析 通常將曲線改畫成曲線 后者稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 所以 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性就是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系 參照?qǐng)D5 10 將曲線中的s坐標(biāo)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 并按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90 再將表示T的橫軸下移 即可得異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 如圖5 12所示 圖5 12三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 5 1電動(dòng)機(jī) 33 研究機(jī)械特性的目的是為了分析電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能 圖5 12中 BC為不穩(wěn)定運(yùn)行階段 AB為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū) 在穩(wěn)定區(qū) 若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載發(fā)生變化 電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行 下面介紹異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線上的三個(gè)特征轉(zhuǎn)矩 1 額定轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩 可由銘牌上的和求得式 5 16 中 的單位為kW 的單位為r min 的單位為N m 5 16 5 1電動(dòng)機(jī) 34 2 最大轉(zhuǎn)矩由式 5 15 可以確定最大轉(zhuǎn)矩 應(yīng)當(dāng)注意 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩時(shí) 電動(dòng)機(jī)就要停轉(zhuǎn) 所以最大轉(zhuǎn)矩也稱為停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 此時(shí) 電動(dòng)機(jī)的電流可達(dá)額定電流的3 5倍 電動(dòng)機(jī)會(huì)因嚴(yán)重過熱而燒壞繞組 最大轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義 當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大而過載時(shí) 電磁轉(zhuǎn)矩接近于最大轉(zhuǎn)矩 此時(shí)應(yīng)當(dāng)保證電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行 不因短時(shí)過載而停轉(zhuǎn) 但長(zhǎng)時(shí)間過載也會(huì)造成電動(dòng)機(jī)過熱損壞 因此 要求電動(dòng)機(jī)要有一定的過載能力 電動(dòng)機(jī)的過載能力可用下式表示 即為電動(dòng)機(jī)的過載能力 一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載能力在1 8 2 2范圍內(nèi) 5 17 5 1電動(dòng)機(jī) 35 3 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間 的轉(zhuǎn)矩 只有在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí) 異動(dòng)電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 起動(dòng)迅速 因此 應(yīng)用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)來反映異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)能力 一般三相異步電動(dòng)機(jī)的 1 0 2 2 綜上所述 三相交流異步電動(dòng)機(jī)有如下主要特點(diǎn) 異步電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性 即隨著負(fù)載的變化而轉(zhuǎn)速變化較小 異步電動(dòng)機(jī)有較大的過載能力和起動(dòng)能力 電源電壓的波動(dòng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的工作影響較大 5 18 5 1電動(dòng)機(jī) 36 5 1 3 1銘牌每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的銘牌上都標(biāo)注了電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 額定值和在額定運(yùn)行狀況下的有關(guān)技術(shù)參數(shù) 在銘牌上所規(guī)定的額定值和工作條件下運(yùn)行 稱為額定運(yùn)行 銘牌上的額定值及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)是正確設(shè)計(jì) 選型 使用和維修電動(dòng)機(jī)的依據(jù) 圖5 13為一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌 5 1 3異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和主要系列 圖5 13三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌 5 1電動(dòng)機(jī) 37 下面對(duì)銘牌中的型號(hào) 額定值 接線及電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)等分別加以敘述 1 型號(hào)異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)主要包括產(chǎn)品代號(hào) 設(shè)計(jì)序號(hào) 規(guī)格代號(hào)和特殊環(huán)境代號(hào)等 產(chǎn)品代號(hào)表示電動(dòng)機(jī)的類型 用大寫印刷體的漢語拼音字母表示 如 Y 表示異步電動(dòng)機(jī) YR 表示繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)等 設(shè)計(jì)序號(hào)是指電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的順序 用阿拉伯?dāng)?shù)字表示 規(guī)格代號(hào)是用中心高 鐵芯外徑 機(jī)座號(hào) 機(jī)座長(zhǎng)度 鐵芯長(zhǎng)度 功率 轉(zhuǎn)速或極數(shù)表示 主要系列產(chǎn)品的規(guī)格代號(hào)按表5 1規(guī)定 5 1電動(dòng)機(jī) 38 注 1 機(jī)座長(zhǎng)度的字母代號(hào)采用國(guó)際通用符號(hào)表示 S表示短機(jī)座 表示中機(jī)座 表示長(zhǎng)機(jī)座 2 鐵芯長(zhǎng)度的數(shù)字代號(hào)用數(shù)字1 2 3 4 表示 此外 還有特殊環(huán)境代號(hào)等 詳見有關(guān)電動(dòng)機(jī)手冊(cè) 現(xiàn)以Y系列異步電機(jī)為例 說明型號(hào)中每個(gè)數(shù)字及字母代表的含義 例如 Y132M 4 其中 Y 表示異步電動(dòng)機(jī) 132 表示機(jī)座中心高為132mm M 表示機(jī)座長(zhǎng)度為中型 4 表示磁極數(shù)為4 再如 Y630 10 180 其中 Y 表示異步電動(dòng)機(jī) 630 表示電動(dòng)機(jī)功率為630kW 10 表示磁極數(shù)為10 180 表示定子鐵心外徑為180mm 表5 1異步電動(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品的規(guī)格代號(hào) 5 1電動(dòng)機(jī) 39 2 額定值額定值是制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)在額定工作條件下所規(guī)定的量值 額定電壓 指在額定運(yùn)行狀態(tài)下 加在定子繞組上的線電壓值 單位為V或kV 額定電流 指在額定運(yùn)行狀態(tài)下 流入電動(dòng)機(jī)定子繞組中的電流值 單位為A或kA 額定功率 指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí) 從轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率 單位為W或kW 額定頻率 在額定狀態(tài)下定子側(cè)電源的頻率稱為額定頻率 單位為Hz 我國(guó)電網(wǎng)為50Hz 額定轉(zhuǎn)速 指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速 單位為r min 5 1電動(dòng)機(jī) 40 3 接線接線是指電動(dòng)機(jī)定子三相繞組的連接方式 有星形和三角形兩種連接方式 如圖5 14所示 圖5 14三相異步電動(dòng)機(jī)接線 a 星形連接 b 三角形連接 5 1電動(dòng)機(jī) 41 4 電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)電動(dòng)機(jī)防護(hù)等級(jí)的標(biāo)示方法是以字母 IP 和后面兩位數(shù)字表示的 IP 為英文 防護(hù) 的縮寫 IP 后面第一位數(shù)字代表第一種防護(hù)形式 防塵 的等級(jí) 共分0 6共7個(gè)等級(jí) 第二個(gè)數(shù)字代表第二種防護(hù)形式 防水 的等級(jí) 共分0 8共9個(gè)等級(jí) 數(shù)字越大表示防護(hù)能力越強(qiáng) 5 1電動(dòng)機(jī) 42 5 1 3 2三相異步電動(dòng)機(jī)的主要系列簡(jiǎn)介我國(guó)目前生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)主要產(chǎn)品有 Y系列 是一般用途的小型籠型全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī) 取代了先前JO2系列 額定電壓為380V 額定頻率為50Hz 功率范圍為0 5 315kW 同步轉(zhuǎn)速為60 3000r min 防護(hù)等級(jí)有IP44和IP23兩種 YR系列 為三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) YD系列 為變極多速三相異步電動(dòng)機(jī) YZ和YZR系列 為起重和冶金用三相異步電動(dòng)機(jī) YZ為籠型異步電動(dòng)機(jī) YZR為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) YB系列 為防爆籠型異步電動(dòng)機(jī) YCT系列 為電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī) 5 1電動(dòng)機(jī) 43 5 1 4 1選擇電動(dòng)機(jī)的原則傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇主要是確定電動(dòng)機(jī)的類型及規(guī)格 在校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱 最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 允許的最大飛輪力矩以及過載轉(zhuǎn)矩等項(xiàng)目時(shí) 應(yīng)從生產(chǎn)機(jī)械所需要的各種負(fù)載圖和工作制中選擇其中最繁重的條件來計(jì)算 若均能符合要求 且有適當(dāng)?shù)娜萘吭６?10 左右 則所選的電動(dòng)機(jī)可以采用 否則 應(yīng)另選定額重新計(jì)算 5 1 4電動(dòng)機(jī)的選擇 5 1電動(dòng)機(jī) 44 選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)通常應(yīng)考慮以下幾項(xiàng)原則 要從供電電網(wǎng)的質(zhì)量 電網(wǎng)容量 允許的電壓波動(dòng)范圍 功率因數(shù) 啟制動(dòng)特性 啟動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 力矩的大小 啟制動(dòng)時(shí)間的限制 是否要求快速正反轉(zhuǎn) 允許對(duì)電網(wǎng)的沖擊 啟制動(dòng)的頻繁程度 制動(dòng)時(shí)是否要回饋能量 調(diào)速性能 要求的調(diào)速范圍及精度 調(diào)速平滑程度 低速工作時(shí)間的長(zhǎng)短 控制特性等幾個(gè)方面綜合考慮 選擇適當(dāng)類型的電動(dòng)機(jī)及其控制方式 額定功率要滿足負(fù)載需要 但不宜過大 過大會(huì)使投資增高 而且會(huì)造成輕載運(yùn)行時(shí)損耗大 效率低 功率因數(shù)低 啟動(dòng)時(shí)沖擊大等問題 5 1電動(dòng)機(jī) 45 根據(jù)溫升和使用環(huán)境條件 選擇合理的通風(fēng)方式 結(jié)構(gòu)形式和防護(hù)等級(jí) 按照現(xiàn)場(chǎng)使用狀況和傳動(dòng)機(jī)械要求 選擇其結(jié)構(gòu)和安裝方式 如軸的方向 采用底座安裝還是凸緣安裝 掛在墻上還是吊裝 與傳動(dòng)機(jī)械的連接方式 直接連接 齒輪箱 帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)等 傳動(dòng)機(jī)械有無振動(dòng)和沖擊以及安裝基礎(chǔ)的牢固程度等 盡量選用可靠性高 互換性好 維護(hù)方便且有標(biāo)準(zhǔn)定額的電動(dòng)機(jī) 考慮初期投資和運(yùn)行費(fèi)用 要從電動(dòng)機(jī)及其控制設(shè)備的總投資 效益 功率因數(shù)和費(fèi)用以及全部設(shè)備的年維修費(fèi)用等因素加以選擇 5 1電動(dòng)機(jī) 46 5 1 4 2電動(dòng)機(jī)類型的選擇 根據(jù)環(huán)境條件選擇電動(dòng)機(jī)的類型 不同的使用環(huán)境條件對(duì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 通風(fēng)及類型有不同的要求 見表5 2 表5 2電動(dòng)機(jī)類型的選擇 5 1電動(dòng)機(jī) 47 續(xù)表5 2電動(dòng)機(jī)類型的選擇 5 1電動(dòng)機(jī) 48 續(xù)表5 2電動(dòng)機(jī)類型的選擇 5 1電動(dòng)機(jī) 49 根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇電動(dòng)機(jī)類型 表5 3列舉出各類電動(dòng)機(jī)適用的傳動(dòng)特性 表5 3各類電動(dòng)機(jī)適用的傳動(dòng)特性 5 1電動(dòng)機(jī) 50 5 1 4 3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇合理地選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 必須從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)全面考慮 對(duì)于一般的高 或中 轉(zhuǎn)速機(jī)械 如泵 壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等 宜選用相應(yīng)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī) 直接與機(jī)械設(shè)備相連接 對(duì)于不調(diào)速的低轉(zhuǎn)速機(jī)械 如球磨機(jī) 軋機(jī)等 宜選用適當(dāng)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)傳動(dòng) 但對(duì)大功率機(jī)械 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能太高 要考慮大型減速機(jī) 尤其是大減速比 加工困難及維修不便等因素 對(duì)于要調(diào)速的機(jī)械 電動(dòng)機(jī)允許的最高工作轉(zhuǎn)速應(yīng)與生產(chǎn)機(jī)械要求的最高速度相適應(yīng) 5 1電動(dòng)機(jī) 51 對(duì)于頻繁啟 制動(dòng)的斷續(xù)周期工作機(jī)械 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速除應(yīng)滿足機(jī)械所需的最高穩(wěn)定工作速度之外 還應(yīng)從保證生產(chǎn)機(jī)械具有最大的加 減速度而選擇最合適的傳動(dòng)比 以使生產(chǎn)機(jī)械獲得最高生產(chǎn)率 對(duì)于某些低速重復(fù)短時(shí)工作的機(jī)械 如果電動(dòng)機(jī)制造上可能 宜采用無減速機(jī)直接傳動(dòng) 自扇冷式電動(dòng)機(jī)的散熱效能隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變 不宜長(zhǎng)期在低速下運(yùn)行 如果由于調(diào)速的需要 長(zhǎng)期低速運(yùn)行而又超過電動(dòng)機(jī)允許的條件時(shí) 應(yīng)增設(shè)外通風(fēng)設(shè)施 以免損壞電動(dòng)機(jī) 5 1電動(dòng)機(jī) 52 5 1 4 4電動(dòng)機(jī)功率 轉(zhuǎn)矩的選擇電動(dòng)機(jī)容量即額定功率的選擇是由生產(chǎn)機(jī)械的需要決定的 也就是說由負(fù)載功率來決定 電動(dòng)機(jī)功率的選擇應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的工作方式采用不同的方法 對(duì)于連續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī) 選擇其容量只要等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械所需功率即可 對(duì)于斷續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī) 所選電動(dòng)機(jī)在該負(fù)載持續(xù)作用下的額定功率等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械所需功率 機(jī)械負(fù)載短時(shí)工作時(shí) 應(yīng)選用相對(duì)應(yīng)的短時(shí)工作電動(dòng)機(jī) 其功率等于或略大于負(fù)載功率 5 1 4 5電動(dòng)機(jī)電壓的選擇電壓選擇主要依據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行場(chǎng)所供電網(wǎng)的電壓等級(jí) 同時(shí)還應(yīng)兼顧電動(dòng)機(jī)的類型和功率 小容量的電動(dòng)機(jī)額定電壓均為380V 大容量的電動(dòng)機(jī)有時(shí)采用3kV 6kV和10kV的高壓電動(dòng)機(jī) 5 1電動(dòng)機(jī) 53 5 1 5 1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)從異步電動(dòng)機(jī)接入電源 轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的過程 稱為啟動(dòng) 在啟動(dòng)開始的瞬間 n 0 s 1 轉(zhuǎn)子和定子繞組中都有很大的啟動(dòng)電流 一般中 小型鼠籠式電動(dòng)機(jī)的定子啟動(dòng)電流 線電流 是額定電流的4 7倍 過大的啟動(dòng)電流會(huì)造成輸電線路的電壓降增大 容易對(duì)處在同一電網(wǎng)中的其他電器設(shè)備的工作造成危害 例如 使照明燈的亮度減弱 使鄰近異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小等 另外 雖然轉(zhuǎn)子電流較大 但由于轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)很低 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不是很大 為了改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程 要求電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)既要把啟動(dòng)電流限制在一定數(shù)值內(nèi) 同時(shí)要有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 以便縮短啟動(dòng)過程 提高生產(chǎn)率 5 1 5三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 調(diào)速與制動(dòng) 5 1電動(dòng)機(jī) 54 1 鼠籠式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)鼠籠式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種 直接啟動(dòng) 就是將三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組加上額定電壓的啟動(dòng)方式 也稱全壓?jiǎn)?dòng) 如圖5 15所示 這種方法最簡(jiǎn)單 設(shè)備少 投資小 啟動(dòng)時(shí)間短 但啟動(dòng)電流大 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小 一般只適用于小容量電動(dòng)機(jī) 7 5kW以下 的啟動(dòng) 圖5 15直接啟動(dòng)線路 5 1電動(dòng)機(jī) 55 較大容量的電動(dòng)機(jī) 在電源容量也較大的情況下 可參考以下經(jīng)驗(yàn)公式確定能否直接啟動(dòng) 式 5 19 的左邊為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù) 右邊為電源允許的啟動(dòng)電流倍數(shù) 只有滿足該條件 方可采用直接啟動(dòng) 降壓?jiǎn)?dòng) 降壓?jiǎn)?dòng)的主要目的是為了限制啟動(dòng)電流 但同時(shí)也限制了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 因此 這種方法只適用于輕載或空載情況下啟動(dòng) 常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法有下列幾種 5 1電動(dòng)機(jī) 56 第一 定子電路中串電抗器啟動(dòng) 這種啟動(dòng)方法是在電動(dòng)機(jī)定子繞組的電路中串入一個(gè)三相電抗器 其接線如圖5 16所示 啟動(dòng)時(shí) 先合上電源開關(guān)QS1 此時(shí)利用電抗器的分壓 使加到電動(dòng)機(jī)兩端的電壓降低 從而降低了啟動(dòng)電流 待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而接近額定轉(zhuǎn)速時(shí) 再將開關(guān)QS2閉合 電抗器被短接 電動(dòng)機(jī)便在額定電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn) 圖5 16串電抗器啟動(dòng) 5 1電動(dòng)機(jī) 57 第二 Y 啟動(dòng) 這種方法只適用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組作三角形連接的電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)時(shí) 先將定子繞組改接成星形 使加在每相繞組上的電壓降低到額定電壓的1 3 從而降低了啟動(dòng)電流 待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后 再將繞組接成三角形 使其在額定電壓下運(yùn)行 Y 啟動(dòng)線路如圖5 17所示 圖5 17Y 啟動(dòng)線路圖 5 1電動(dòng)機(jī) 58 可以證明 星形啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流 線電流 僅為三角形直接啟動(dòng)時(shí)電流 線電流 的1 3 即 其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也為后者的1 3 即 Y 啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單 成本低 能量損失小 目前 4 100kW的電動(dòng)機(jī)均設(shè)計(jì)成380V三角形連接 所以 這種方法有很廣泛的應(yīng)用意義 第三 自耦變壓器啟動(dòng) 對(duì)容量較大或正常運(yùn)行時(shí)作星形連接的電動(dòng)機(jī) 可應(yīng)用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 此自耦變壓器稱為啟動(dòng)補(bǔ)償器 其電路接線如圖5 18所示 自耦變壓器的一次繞組接電源 啟動(dòng)時(shí) 將開關(guān)接到 啟動(dòng) 位置 則低壓側(cè)接電動(dòng)機(jī)的定子繞組 使電動(dòng)機(jī)在低電壓下啟動(dòng) 待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到一定值 將開關(guān)切換到 運(yùn)行 位置 電動(dòng)機(jī)便在額定電壓下運(yùn)行 5 1電動(dòng)機(jī) 59 自耦變壓器上備有抽頭 以便根據(jù)所要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來選擇不同的電壓 如QJ3型的抽頭比 U2 U1 為40 60 80 同樣可以證明 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)電流為直接啟動(dòng)電流的1 K2 其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也為后者的1 K2 這里 K為變壓器的變壓比 K U2 U1 圖5 18自耦變壓器啟動(dòng)線路圖 5 1電動(dòng)機(jī) 60 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不受電動(dòng)機(jī)繞組接線方法的限制 可按照允許的啟動(dòng)電流和所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選擇不同的抽頭 常用于啟動(dòng)容量較大的電動(dòng)機(jī) 其缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用高 不宜頻繁啟動(dòng) 例5 1一臺(tái)三角形連接的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 已知PN 10kW UN 380V IN 20A nN 1450r min 由手冊(cè)查得 Ist IN 7 Tst TN 1 4 擬半載啟動(dòng) 電源容量為200kV A 試選擇適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法 并求此時(shí)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 5 1電動(dòng)機(jī) 61 第四 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng) 軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng) 軟停車 輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電動(dòng)機(jī)控制裝置 國(guó)外稱為SoftStarter 它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路 軟啟動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器 用于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí) 輸出只改變電壓并沒有改變頻率 軟啟動(dòng)器用于需降壓?jiǎn)?dòng)和停止的場(chǎng)合 軟啟動(dòng)只改變輸出電壓 不改變頻率 也就是不改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行曲線上的n1 而是加大該曲線的陡度 使電動(dòng)機(jī)特性變軟 當(dāng)n1不變時(shí) 電動(dòng)機(jī)的各個(gè)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 均正比于其端電壓的平方 因此用軟啟動(dòng)時(shí)大大降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 所以軟啟動(dòng)并不適用于重載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī) 5 1電動(dòng)機(jī) 62 2 繞線式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 轉(zhuǎn)子繞組串接電阻啟動(dòng) 繞線式電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子電路中接入電阻來啟動(dòng)的 如圖5 19所示 啟動(dòng)時(shí) 先將啟動(dòng)變阻器調(diào)到最大值 使轉(zhuǎn)子電路電阻最大 從而降低啟動(dòng)電流和提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高 逐步減小變阻器電阻 啟動(dòng)完畢時(shí) 切除啟動(dòng)電阻 繞線式電動(dòng)機(jī)常用于要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上 如卷揚(yáng)機(jī) 鍛壓機(jī) 起重機(jī)及轉(zhuǎn)爐等 圖5 19繞線式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)線路 5 1電動(dòng)機(jī) 63 5 1電動(dòng)機(jī) 64 頻敏變阻器是一種由鑄鐵片或鋼板疊成鐵芯 外面套上三相繞組組成三相電抗器 將其接入繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中 由其繞組電抗和鐵芯損耗 主要是渦流損耗 決定的阻抗隨電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 體積小 運(yùn)行可靠 但啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)低 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小 常用的頻敏變阻器有用于輕載啟動(dòng)的BP1 BP2 BP3系列 用于重載啟動(dòng)的BP4 BP6系列 5 1 5 2三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 如果旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn) 則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也隨之改變 改變?nèi)嚯娫吹南嘈?即把任意兩相線對(duì)調(diào) 就可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向 電動(dòng)機(jī)便會(huì)反轉(zhuǎn) 5 1電動(dòng)機(jī) 65 5 1 5 3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速所謂調(diào)速 就是在同一負(fù)載下使電動(dòng)機(jī)得到不同的轉(zhuǎn)速 生產(chǎn)機(jī)械采用電氣調(diào)速 可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械變速系統(tǒng) 由式 5 2 知 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方式 即改變電源頻率 極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s 1 變頻調(diào)速近年來 交流變頻調(diào)速在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常迅速 由于晶閘管變流技術(shù)的日趨成熟和可靠 變頻調(diào)速在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用非常普遍 它打破了直流拖動(dòng)在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位 5 1電動(dòng)機(jī) 66 2 電磁調(diào)速電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 電磁滑差離合器和直流勵(lì)磁電源三部分組成 異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用 當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn) 直流勵(lì)磁電源是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置 這里主要介紹電磁滑差離合器 圖5 20是其結(jié)構(gòu)示意圖 圖5 20電磁滑差離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖1 可控整流器 2 負(fù)載 3 磁極 4 電樞 5 籠型機(jī) 6 電磁調(diào)整電動(dòng)機(jī) 7 勵(lì)磁線圈 5 1電動(dòng)機(jī) 67 它包括電樞 磁極和勵(lì)磁線圈三部分 電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu) 它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接 俗稱主動(dòng)部分 磁極做成爪形結(jié)構(gòu) 裝在負(fù)載軸上 俗稱從動(dòng)部分 主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上無任何聯(lián)系 當(dāng)勵(lì)磁線圈通過電流時(shí) 產(chǎn)生磁場(chǎng) 爪形結(jié)構(gòu)便形成很多磁極 此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖著旋轉(zhuǎn) 那么它便切割磁場(chǎng)相互作用 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 于是從動(dòng)部分的磁極便跟著主動(dòng)部分電樞一起旋轉(zhuǎn) 前者轉(zhuǎn)速低于后者 因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場(chǎng)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 電樞才能切割磁力線 磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)原理沒有本質(zhì)的區(qū)別 所不同的是 異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生 而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線圈中的直流電流產(chǎn)生 并由于電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用 5 1電動(dòng)機(jī) 68 3 變極調(diào)速改變磁極對(duì)數(shù) 可有效地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 增加磁極對(duì)數(shù) 可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 但磁極對(duì)數(shù)只能成整數(shù)倍地變化 因此 該調(diào)速方法無法做到平滑調(diào)速 變極調(diào)速的實(shí)質(zhì)是改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 在實(shí)際生產(chǎn)中 磁極對(duì)數(shù)可以改變的電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī) 如雙速 三速 四速等 雙速電動(dòng)機(jī)定子每相繞組由兩個(gè)相同的部分組成 這兩部分若串聯(lián)連接 則獲得的磁極對(duì)數(shù)為兩部分并聯(lián)時(shí)的兩倍 如圖5 21所示 因?yàn)樽儤O調(diào)速經(jīng)濟(jì) 簡(jiǎn)便 因而在金屬切削機(jī)床中經(jīng)常應(yīng)用 5 1電動(dòng)機(jī) 69 4 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中 接入調(diào)速變阻器 改變轉(zhuǎn)子回路電阻 即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速 這種調(diào)速方法也能平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 但能耗較大 效率低 目前主要應(yīng)用在起重設(shè)備中 圖5 21磁極對(duì)數(shù)改變的方法 a 串聯(lián)時(shí) b 并聯(lián)時(shí) 5 1電動(dòng)機(jī) 70 5 1 5 4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 1 能耗制動(dòng)這種制動(dòng)方法是在電動(dòng)機(jī)脫離三相電源的同時(shí) 將定子繞組接入直流電源 從而在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的直流磁場(chǎng) 如圖5 22所示 此時(shí) 由于轉(zhuǎn)子的慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 根據(jù)右手定則和左手定則不難確定 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和直流磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反 稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下就很快停止 由于該制動(dòng)方法是把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上 故稱能耗制動(dòng) 能耗制動(dòng)能量消耗小 制動(dòng)平穩(wěn) 無沖擊 但需要直流電源 主要應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場(chǎng)合 5 1電動(dòng)機(jī) 71 圖5 22能耗制動(dòng) 圖5 23反接制動(dòng) 5 1電動(dòng)機(jī) 72 2 反接制動(dòng)在電動(dòng)機(jī)停車時(shí) 可將三相電源中的任意兩相電源接線對(duì)調(diào) 此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)便反向旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流及電磁轉(zhuǎn)矩方向改變 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反 因而成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很快下降到零 應(yīng)當(dāng)注意 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于零時(shí) 應(yīng)及時(shí)切斷電源 以防電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 反接制動(dòng)的電路原理如圖5 23所示 反接制動(dòng)線路簡(jiǎn)單 制動(dòng)力大 制動(dòng)效果好 但由于制動(dòng)過程中沖擊力大 制動(dòng)電流大 不宜在頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合下使用 5 1電動(dòng)機(jī) 73 3 機(jī)械制動(dòng)在切斷電源后 利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)的措施稱為機(jī)械制動(dòng) 在實(shí)踐中用得較多的是電磁抱閘 電磁抱閘主要由制動(dòng)電磁鐵和閘瓦制動(dòng)器組成 制動(dòng)電磁鐵用于接受制動(dòng)信號(hào) 其組成與普通的電磁機(jī)構(gòu)相同 閘瓦制動(dòng)器由閘輪 閘瓦 杠桿和彈簧等組成 閘輪與電動(dòng)機(jī)同軸連接 當(dāng)制動(dòng)電磁鐵接受到制動(dòng)信號(hào)時(shí) 產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)閘瓦制動(dòng)器動(dòng)作 使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn) 電磁抱閘的動(dòng)作分為通電制動(dòng)型和斷電制動(dòng)型兩種 所謂通電制動(dòng)型就是當(dāng)電磁抱閘斷電時(shí) 閘瓦制動(dòng)器處在松弛狀態(tài) 閘輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)電磁抱閘通電時(shí) 閘瓦抱緊閘輪 閘瓦制動(dòng)器處在制動(dòng)狀態(tài) 而斷電制動(dòng)與通電制動(dòng)正好相反 即通電時(shí) 制動(dòng)器處于松弛狀態(tài) 斷電時(shí) 制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài) 5 1電動(dòng)機(jī) 74 直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械 它與交流電動(dòng)機(jī) 如三相異步電動(dòng)機(jī) 相比 雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 生產(chǎn)成本較高 故障較多等 目前已不如交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用普遍 但由于它具有優(yōu)良的調(diào)速性能和較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 仍得到廣泛應(yīng)用 本節(jié)僅就直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的分類 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速作一簡(jiǎn)單介紹 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁 他勵(lì)和自勵(lì)三類 其中自勵(lì)又分為并勵(lì) 串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種 5 2直流電動(dòng)機(jī) 5 2直流電動(dòng)機(jī) 75 直流電動(dòng)機(jī)主要由磁極 電樞 換向器三部分組成 其結(jié)構(gòu)如圖5 24所示 5 2 1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖5 24直流電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)圖 5 2直流電動(dòng)機(jī) 76 磁極 磁極是電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置 如圖5 25所示 它分成極芯1和極掌2兩部分 極芯上放置勵(lì)磁繞組3 極掌的作用是使電動(dòng)機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適 并用來擋住勵(lì)磁繞組 磁極是用鋼片疊成的 固定在機(jī)座4 即電機(jī)外殼 上 機(jī)座也是磁路的一部分 機(jī)座常用鑄鋼制成 圖5 25直流電動(dòng)機(jī)的磁極及磁路1 極芯 2 極掌 3 勵(lì)磁繞組 4 機(jī)座 5 2直流電動(dòng)機(jī) 77 電樞 電樞是電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分 直流電動(dòng)機(jī)的電樞是旋轉(zhuǎn)的 電樞鐵芯呈圓柱狀 由硅鋼片疊成 表面沖有槽 槽中放有電樞繞組 如圖5 26所示 圖5 26直流電動(dòng)機(jī)的電樞 5 2直流電動(dòng)機(jī) 78 換向器 整流子 換向器是直流電動(dòng)機(jī)的一種特殊裝置 其外形如圖5 27所示 主要由許多換向片組成 每?jī)蓚€(gè)相鄰的換向片中間是絕緣片 在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷 使轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組得以同外電路連接 換向器是直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 易于識(shí)別 圖5 27換向器 5 2直流電動(dòng)機(jī) 79 圖5 28是直流電動(dòng)機(jī)的示意圖 若在A B之間外加一個(gè)直流電壓 A接電源正極 B接負(fù)極 則線圈中有電流流過 當(dāng)線圈處于圖5 28所示位置時(shí) 有效邊ab在N極下 cd在S極上 兩邊中的電流方向?yàn)閍 b c d 5 2 2直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 圖5 28直流電動(dòng)機(jī)原理圖 5 2直流電動(dòng)機(jī) 80 由安培定律可知 ab邊和cd邊所受的電磁力為 F BIL 式中 I為導(dǎo)線中的電流 單位為安 A 根據(jù)左手定則知 兩個(gè)F的方向相反 如圖5 28所示 形成電磁轉(zhuǎn)矩 驅(qū)使線圈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180 時(shí) cd邊處于N極下 ab邊處于S極上 由于換向器的作用 使兩有效邊中電流的方向與原來相反 變?yōu)閐 c b a 這就使得兩極面下的有效邊中電流的方向保持不變 因而其受力方向 電磁轉(zhuǎn)矩方向都不變 由此可見 正是由于直流電動(dòng)機(jī)采用了換向器結(jié)構(gòu) 使電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變 在這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 這時(shí)電動(dòng)機(jī)可作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn) 即由電動(dòng)機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率 5 2直流電動(dòng)機(jī) 81 5 2 3 1直流電動(dòng)機(jī)的分類及其特性在直流電動(dòng)機(jī)中 除了必須給電樞繞組外接直流電源外 還要給勵(lì)磁繞組通以直流電流用以建立磁場(chǎng) 電樞繞組和勵(lì)磁繞組可以用兩個(gè)電源單獨(dú)供電 也可以由一個(gè)公共電源供電 按勵(lì)磁方式的不同 直流電動(dòng)機(jī)可以分為他勵(lì) 并勵(lì) 串勵(lì)和復(fù)勵(lì)等形式 由于勵(lì)磁方式不同 它們的特性也不同 1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)電源供電 如圖5 29所示 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于采用單獨(dú)的勵(lì)磁電源 設(shè)備較復(fù)雜 但這種電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍很寬 多用于主機(jī)拖動(dòng)中 5 2 3直流電動(dòng)機(jī)的分類和機(jī)械特性 5 2直流電動(dòng)機(jī) 82 圖5 29他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 圖5 30并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 5 2直流電動(dòng)機(jī) 83 2 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)后由同一個(gè)直流電源供電 如圖5 30所示 這時(shí)電源提供的電流I等于電樞電流Ia和勵(lì)磁電流If之和 即I Ia If 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的特點(diǎn)是導(dǎo)線細(xì) 匝數(shù)多 電阻大 電流小 這是因?yàn)閯?lì)磁繞組的電壓就是電樞繞組的端電壓 這個(gè)電壓通常較高 勵(lì)磁繞組電阻大 可使If減小 從而減小損耗 由于If較小 為了產(chǎn)生足夠的主磁通 就應(yīng)增加繞組的匝數(shù) 由于If較小 可近似為I Ia 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較好 在負(fù)載變化時(shí) 轉(zhuǎn)速變化很小 并且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便 調(diào)節(jié)范圍大 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大 因此應(yīng)用廣泛 5 2直流電動(dòng)機(jī) 84 3 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源 如圖5 31所示 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的特點(diǎn)是其勵(lì)磁電流If就是電樞電流Ia 這個(gè)電流一般比較大 所以勵(lì)磁繞組導(dǎo)線粗 匝數(shù)少 它的電阻也較小 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)多用于負(fù)載在較大范圍內(nèi)變化的和要求有較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備中 圖5 31串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 5 2直流電動(dòng)機(jī) 85 4 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)這種直流電動(dòng)機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組 一個(gè)與電樞繞組串聯(lián) 另一個(gè)與電樞繞組并聯(lián) 如圖5 32所示 所以復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性兼有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 所以也被廣泛應(yīng)用 在以上四種類型的直流電動(dòng)機(jī)中 以并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛 圖5 32復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 5 2直流電動(dòng)機(jī) 86 5 2 3 2直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓 勵(lì)磁電流 電樞回路總電阻為恒值時(shí) 電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系 即 或者說電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電樞電流的關(guān)系 即 后者也就是轉(zhuǎn)速調(diào)整特性 由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是機(jī)械量 所以把它稱為機(jī)械特性 利用機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 可以確定電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 在一定條件下還可以利用機(jī)械特性和運(yùn)動(dòng)方程式來分析拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)情況 如轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩及電流隨時(shí)間的變化規(guī)律 而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性對(duì)分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng) 調(diào)速 制動(dòng)等運(yùn)行性能也是十分重要的 5 2直流電動(dòng)機(jī) 87 圖5 33是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理圖 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式可以由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式導(dǎo)出 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程式可以求得機(jī)械特性方程式 為電樞回路總電阻 5 20 圖5 33他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖 5 2直流電動(dòng)機(jī) 88 當(dāng)電源電壓U 常數(shù) 電樞回路總電阻R 常數(shù) 勵(lì)磁磁通 常數(shù)時(shí) 根據(jù)式 5 20 求出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 如圖5 34所示 它是一條向下傾斜的直線 這說明當(dāng)加大電動(dòng)機(jī)的負(fù)載 就會(huì)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降 特性曲線與縱軸的交點(diǎn)為T 0時(shí)的轉(zhuǎn)速 稱為理想空載的轉(zhuǎn)速 5 21 圖5 34他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 5 2直流電動(dòng)機(jī) 89 1 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流很大 達(dá)到額定電流的10 20倍 因此必須限制啟動(dòng)電流 限制啟動(dòng)電流的方法就是啟動(dòng)時(shí)在電樞電路中串接啟動(dòng)電阻Rst 一般規(guī)定啟動(dòng)電流不應(yīng)超過額定電流的1 5 2 5倍 啟動(dòng)時(shí)將啟動(dòng)電阻調(diào)至最大 待啟動(dòng)后 隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升將啟動(dòng)電阻逐漸減小 如圖5 35所示 5 2 4直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 反轉(zhuǎn) 調(diào)速 圖5 35直流電動(dòng)機(jī)電樞電路中串接啟動(dòng)電阻原理圖 a 他勱式 b 并勵(lì)式 5 2直流電動(dòng)機(jī) 90 2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 可知直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種 改變磁通 調(diào)速 改變電樞電壓U調(diào)速和電樞串聯(lián)電阻調(diào)速 改變磁通調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑 可做到無級(jí)調(diào)速 調(diào)速經(jīng)濟(jì) 控制方便 機(jī)械特性較硬 穩(wěn)定性較好 但由于電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)磁路已接近飽和 所以通常只是減小磁通將轉(zhuǎn)速往上調(diào) 調(diào)速范圍較小 改變電樞電壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是不改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度 穩(wěn)定性好 控制靈活 方便 可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 調(diào)速范圍較寬 可達(dá)到6 10 但電樞繞組需要一個(gè)單獨(dú)的可調(diào)直流電源 設(shè)備較復(fù)雜 5 2直流電動(dòng)機(jī) 91 3 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)也有能耗制動(dòng) 反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)三種 能耗制動(dòng)是在停機(jī)時(shí)將電樞繞組接線端從電源上斷開后立即與一個(gè)制動(dòng)電阻短接 由于慣性 短接后電動(dòng)機(jī)仍保持原方向旋轉(zhuǎn) 電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)仍存在并保持原方向 但因?yàn)闆]有外加電壓 電樞繞組中的電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向改變了 即電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反 起到了制動(dòng)作用 5 2直流電動(dòng)機(jī) 92 反接制動(dòng)是在停機(jī)時(shí)將電樞繞組接線端從電源上斷開后立即與一個(gè)相反極性的電源相接 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩立即變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩 使電動(dòng)機(jī)迅速減速至停轉(zhuǎn) 發(fā)電反饋制動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速時(shí) 電樞繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將高于外加電壓 使電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)運(yùn)行 電樞電流改變方向 電磁轉(zhuǎn)矩成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 限制電機(jī)轉(zhuǎn)速過分升高 5 2直流電動(dòng)機(jī) 93 特種電機(jī)是指有特殊用途的電機(jī) 它們的容量和尺寸通常都比較小 所以又稱微型電機(jī) 特種電機(jī)常在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作檢測(cè) 放大 執(zhí)行等元件使用 本節(jié)介紹目前常用的幾種交流特種電機(jī) 自整角機(jī)是一種感應(yīng)式特種電機(jī) 通常成對(duì)使用或多個(gè)組合使用 它能將發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)角變換為電信號(hào) 再通過接收機(jī)將電信號(hào)變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角輸出 從而實(shí)現(xiàn)角度的遠(yuǎn)距離傳送 自整角機(jī)廣泛用于同步傳動(dòng)系統(tǒng)中 5 3其他電動(dòng)機(jī) 5 3 1自整角機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 94 圖5 36為單相同步偏轉(zhuǎn)自整角機(jī)的工作原理圖 圖中1為發(fā)送自整角機(jī) 2為接收自整角機(jī) 它們都由定子和轉(zhuǎn)子組成 定子三相繞組在空間互差120 對(duì)稱排列 轉(zhuǎn)子上嵌有單相勵(lì)磁繞組 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子繞組各自作Y形連接后再按相序?qū)?yīng)連通 兩者轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁組則并聯(lián)后接入單相電源中 圖5 36單相自整角機(jī)工作原理圖 5 3其他電動(dòng)機(jī) 95 轉(zhuǎn)子繞組通過單相電流后 產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng) 在該磁場(chǎng)作用下 定子三相繞組中會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于各繞組與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置 顯然 如果發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置相同 則發(fā)送機(jī)與接收機(jī)對(duì)應(yīng)的定子三相繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等 處于平衡狀態(tài) 繞組中沒有電流通過 但如果發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置不同 例如發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子在其他機(jī)械帶動(dòng)下轉(zhuǎn)過一個(gè)角度 則會(huì)引起發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的定子繞組中有電流通過 此電流與兩轉(zhuǎn)子繞組所建立的磁場(chǎng)相互作用 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 但由于發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子是與其他機(jī)械軸相連的 這個(gè)轉(zhuǎn)矩?zé)o法使它轉(zhuǎn)動(dòng) 因而轉(zhuǎn)矩只能使接收機(jī)的轉(zhuǎn)子跟隨發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)過相同的角度 此時(shí) 兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角一致 三相電動(dòng)勢(shì)重新平衡 轉(zhuǎn)矩消失 從而完成傳遞轉(zhuǎn)角的作用 5 3其他電動(dòng)機(jī) 96 伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作執(zhí)行元件 它能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角速度或角位移輸出 交流伺服電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 其定子結(jié)構(gòu)與單相異步電動(dòng)機(jī)類似 定子嵌有兩組繞組 在空間互成90 排列 一個(gè)是勵(lì)磁繞組 一個(gè)是控制繞組 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式 鼠籠式轉(zhuǎn)子和非磁性杯形轉(zhuǎn)子 鼠籠式轉(zhuǎn)子與一般異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似 只是較為細(xì)長(zhǎng) 杯形轉(zhuǎn)子通常采用鋁合金制成空心薄壁圓筒形 為了減小磁阻 其內(nèi)再放置一個(gè)固定的內(nèi)定子鐵芯 由于轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu) 它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小 能夠迅速而靈敏地對(duì)控制信號(hào)作出相應(yīng)的反應(yīng) 5 3 2伺服電動(dòng)機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 97 交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線原理如圖5 37所示 勵(lì)磁繞組1與電容器串聯(lián)后接入交流電源 控制繞組2則接控制信號(hào)電壓 當(dāng)沒有控制信號(hào)輸入時(shí) 定子只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng) 故轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng) 當(dāng)控制繞組有信號(hào)電壓輸入時(shí) 在電容的分相作用下 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 從而使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn) 控制電壓高 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就高 反之轉(zhuǎn)速則低 當(dāng)控制電壓反相時(shí) 轉(zhuǎn)子也跟隨反轉(zhuǎn) 控制電壓一旦消失 轉(zhuǎn)速迅速下降到零 圖5 37伺服電動(dòng)機(jī)的接線 5 3其他電動(dòng)機(jī) 98 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的信號(hào)元件 它可以將轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出 目前應(yīng)用較多的是異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同又分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種 由于后者精度高 轉(zhuǎn)子慣量小 能滿足快速反應(yīng)的要求 目前使用最為廣泛 杯形轉(zhuǎn)子做成一個(gè)薄壁非磁性杯 通常采用高電阻率的硅錳青銅或錫鋅青銅制成 定子上嵌有兩相繞組 它們?cè)诳臻g相隔90 一個(gè)為勵(lì)磁繞組 一個(gè)為輸出繞組 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理見圖5 38 在勵(lì)磁繞組F兩端加上一交流電壓 將產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng) 該磁通與輸出繞組O的軸線垂直 如果此時(shí)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng) 輸出繞組不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零時(shí) 輸出電壓也為零 5 3 3交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 99 當(dāng)轉(zhuǎn)子以速度n旋轉(zhuǎn)時(shí) 轉(zhuǎn)子切割磁場(chǎng) 1 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流 該電流又產(chǎn)生磁通 2 由圖5 38可以看出 當(dāng)轉(zhuǎn)向一定時(shí) 該磁場(chǎng)方向是固定的 且與輸出繞組軸線方向一致 在 2作用下 輸出繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 于是有電壓u2輸出 且轉(zhuǎn)速越高 輸出的電壓u2越大 當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí) 由上述分析可知 輸出電壓將在相位上相反 所以還可根據(jù)輸出電壓的相位判斷電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 圖5 38交流測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖 5 3其他電動(dòng)機(jī) 100 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī) 它是一種把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移的執(zhí)行元件 工作時(shí) 給一個(gè)脈沖信號(hào) 電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步 它的位移量與脈沖數(shù)成正比 其轉(zhuǎn)速或線速與脈沖頻率成正比 步進(jìn)電機(jī)能通過改變脈沖頻率來調(diào)速 并能快速啟動(dòng) 反轉(zhuǎn)和制動(dòng) 近年來廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床 自動(dòng)記錄儀表 計(jì)算機(jī)繪圖等許多領(lǐng)域 圖5 39為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖 它的定子有六個(gè)磁極 每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組 三相繞組作Y形連接 轉(zhuǎn)子由硅鋼片制成凸極形狀 圖中示出為四個(gè)齒極 轉(zhuǎn)子上沒有繞組 5 3 4步進(jìn)電機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 101 當(dāng)給U繞組通入一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí) 氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿U1 U2軸線方向的磁場(chǎng) 在這個(gè)磁場(chǎng)作用下 轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置 即轉(zhuǎn)子1 3兩個(gè)齒極將轉(zhuǎn)至與U1 U2軸線對(duì)齊 圖5 39三相三拍步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 5 3其他電動(dòng)機(jī) 102 這時(shí)再將脈沖信號(hào)換到V繞組 同樣原理 這時(shí)磁場(chǎng) V1 V2方向 將就近吸引2 4兩個(gè)齒極與之對(duì)齊 轉(zhuǎn)子就順時(shí)針轉(zhuǎn)過30 如果再將脈沖信號(hào)加到W繞組上 轉(zhuǎn)子又將按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30 這樣一來 當(dāng)脈沖信號(hào)一個(gè)接一個(gè)發(fā)來 并按U V W U 的順序輪流通電 則轉(zhuǎn)子將按順時(shí)針方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng) 每一步轉(zhuǎn)過30 這個(gè)角度稱為步距角 從一相通電換到另一相通電稱為一拍 每一拍轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 顯然 如果將通電順序改為U W V U 轉(zhuǎn)子將反向轉(zhuǎn)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)按上述方法通電的規(guī)律是三相勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)通電運(yùn)行 三拍完成一個(gè)通電循環(huán) 所以常稱為三相單三拍運(yùn)行 這種運(yùn)行方式在切換過程中易造成失步 而且運(yùn)行穩(wěn)定性也較差 實(shí)際中較少采用 5 3其他電動(dòng)機(jī) 103 步進(jìn)電機(jī)按U UV V VW W WU U的順序通電 即三相繞組輪流單 雙繞組通電 六拍一個(gè)循環(huán) 稱為三相六拍運(yùn)行 其原理如圖5 40所示 當(dāng)UV兩相通電時(shí) 磁拉力使轉(zhuǎn)子齒3 4間的槽軸線與W繞組軸線對(duì)齊 圖5 40 b 與第一拍U繞組通電比較 轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過了15 而下一拍當(dāng)V繞組通電時(shí) 轉(zhuǎn)子齒極2 4軸線與V1V2軸線對(duì)齊 圖5 40 c 轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過了15 即步距角為15 圖5 40三相六拍工作方式 5 3其他電動(dòng)機(jī) 104 實(shí)際應(yīng)用中 為了滿足精度的要求 步進(jìn)電機(jī)的步距角通常是比較小的 如3 1 5 等 這是通過制作時(shí)將定子每一極分成許多小齒極 轉(zhuǎn)子也由許多小齒極組成 其實(shí)際結(jié)構(gòu)原理如圖5 41所示 只要適當(dāng)選取定子及轉(zhuǎn)子齒數(shù) 即可獲得較小的步距角 圖5 41步進(jìn)電機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖 5 3其他電動(dòng)機(jī) 105 5 3 5 1電容式單相異步電動(dòng)機(jī)單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組 轉(zhuǎn)子是鼠籠式的 當(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時(shí) 電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng) 這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化 但在空間方位上是固定的 所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng) 這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí) 這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等 方向相反的轉(zhuǎn)矩 使得合成轉(zhuǎn)矩為零 所以電動(dòng)機(jī)無法旋轉(zhuǎn) 當(dāng)用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí) 如順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小 轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大 這樣平衡就打破了 轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零 轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來 5 3 5單相交流電動(dòng)機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 106 圖5 42電容式異步電動(dòng)機(jī)原理圖 5 3其他電動(dòng)機(jī) 107 從類似三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分析可知 當(dāng)具有90 相位差的兩個(gè)電流i1和i2分別通入空間相差90 的兩個(gè)繞組時(shí) 也能產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下 單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就能獲得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來 當(dāng)需要改變轉(zhuǎn)向時(shí) 只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向即可 具體方法是把任意一個(gè)繞組的兩個(gè)接線端換接 圖5 43單相罩極式電動(dòng)機(jī) 5 3其他電動(dòng)機(jī) 108 5 3 5 2單相罩極式電動(dòng)機(jī)在單相電動(dòng)機(jī)中 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法 又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī) 此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的 有兩極和四極兩種 每個(gè)磁極在1 4 1 3的極面處開有小槽 如圖5 43所示 把磁極分成兩個(gè)部分 在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán) 好像把這部分磁極罩起來一樣 所以叫罩極式電動(dòng)機(jī) 單相繞組套裝在整個(gè)磁極上 每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的 連接時(shí)必須使其產(chǎn)生的極性依次按N S N S排列 當(dāng)定子繞組通電后 在磁極中產(chǎn)生主磁通 根據(jù)楞次定律 其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90 的感應(yīng)電流 此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通 它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)繞組相當(dāng) 從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來 5 3其他電動(dòng)機(jī) 109 本章小結(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成 定子 固定部分 和轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)部分 定子由機(jī)座 定子鐵芯和定子繞組三部分組成 轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組兩部分組成 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同 三相異步電動(dòng)機(jī)分為籠型和繞線式兩種 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是 由定子繞組通入三相交流電源而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力 從而形成電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)差率 小結(jié) 110 電磁轉(zhuǎn)矩是三相電動(dòng)機(jī)最重要的物理量之一 電源電壓的波動(dòng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響很大 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 異步電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性 較大的過載能力和啟動(dòng)能力 電動(dòng)機(jī)的銘牌上都標(biāo)注了電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 額定值和在額定運(yùn)行狀況下的有關(guān)技術(shù)參數(shù) 銘牌上的額定值及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)是正確設(shè)計(jì) 選型 使用和維修電動(dòng)機(jī)的依據(jù) 鼠籠式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種 繞線式電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子電路中接入電阻來啟動(dòng)的 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方式 即改變電源頻率 極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法較多 如機(jī)械制動(dòng) 電氣制動(dòng)等 常見的電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng) 小結(jié) 111 直流電動(dòng)機(jī)主要由磁極 電樞 換向器三部分組成 直流電動(dòng)機(jī)采用了換向器結(jié)構(gòu) 使電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變 在這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 這時(shí)電動(dòng)機(jī)可作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn) 即由電動(dòng)機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率 按勵(lì)磁方式的不同 直流電動(dòng)機(jī)可以分為他勵(lì) 并勵(lì) 串勵(lì)和復(fù)勵(lì)等形式 直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)在電樞電路中串接啟動(dòng)電阻 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種 改變磁通 調(diào)速 改變電樞電壓U調(diào)速和電樞串聯(lián)電阻調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)也有能耗制動(dòng) 反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)三種 小結(jié) 112 特種電機(jī)常在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作檢測(cè) 放大 執(zhí)行等元件使用 目前常用的幾種交流特種電機(jī) 自整角機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 單相電動(dòng)機(jī)介紹了電容式單相異步電動(dòng)機(jī)和單相罩極式電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)原理和三相異步電動(dòng)機(jī)的類似 小結(jié)