电气传动技术简介--课件

（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开， 则 E ，Ia ，T 和 ，可能不满 足TL的要求，电动机必将减速或停转，使 Ia更大，也很危险。
（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。
E Ia T >> T0 n飞车
If Uf
Ia
M U 他励
措施：
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
电刷
+ U N
F I I
E
E
F
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动 势的方向与电流的方向相反。
3.直流电机的构成
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。 机座
磁极
转子
励磁 绕组
励磁式直流电动机结构
4.直流电机的分类
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的 T不会为0。） n 根据 n-T 公式 画出特性曲线 n0 nN
n
TN 当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小， 所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械 特性。
T
8. 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价 格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
由功率方程
P P2 p p
得转矩方程 Te T2 T0 P Pe 电磁转矩 Te s I2 cos 2 又 Pe m1E2 s 2f1 / p
pm2 N 2 k 2 p ' ' Te m1E2 I 2 cos 2 m I 2 cos 2 2f1 2 CT m I 2 cos 2
其中： =K If
由该式可知，n 和 有关，在 U 一定的情 况下，改变 可改变 n 。在励磁回路中串 上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而 改变 的大小。
n n0 n
If的调节有两种情况：
其中
Ra U n0 T ，n 2 K EΦ KT K EΦ
• Rf If n ，但在额定情况下， 已接 近饱和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加
Rm
Xm
' U 2
1 s ' R2 s
等效电路的分析： （1）空载运行： n ns
s 0 s 1
1 s R2 s 1 s 0 R2 s
（2）短路运行： n 0
第二节三相异步电动机简介
2. 功率方程、电磁功率和转换功率
从能量 守恒来 看
总机械 功率
P 1
电功率
P
M U 他励
U E I a Ra E K EΦ n T KTΦ I a
即：
Ra U n T 2 K EΦ KT K EΦ
Ra U n0 T ，n 2 K EΦ KT K EΦ
n n0 n
其中
n n0 n
其中
Ra U n0 T ，n 2 K EΦ KT K EΦ
第二节三相异步电动机简介
三、电机端子接线盒接线
第二节三相异步电动机简介
四、电机电磁理论简析 1.空载时的电磁关系
U 1
(I ) I 0 m
0 I 2
F0 ( Fm )
E 1
m
E 2s
第二节三相异步电动机简介
2.负载运行时的电磁物理过程
U 1
I 1
他励直流电动机一定要有失磁保护。 一般在励磁绕组加失压继电器或欠 流继电器。当失压或欠流时，自动 切断电枢电源U。
第二节三相异步电动机简介
一、三相异步电动机的结构
定子 转子 气隙。 (一)定子：定子铁芯、定子绕组和机座。 1、定子铁芯：主磁路的一部分，由0.5mm厚 的硅钢片迭压而成。 2、定子绕组：交流绕组，定子电路由许多线 圈按一定规律连接而成。 3、机座：固定和支撑定子铁芯。
电磁 e 功率
P
P2
机械功率
pcu1 p Fe P P2 p p P Pe P pCu 2 1 P e pCu1 pFe
pcu2
p p
第二节三相异步电动机简介
从与电机 等效电路 的对应关 系来看
pcu1
R1
pcu2
X1
' R2 ' X2
Rm
U 1 Xm
TL
n
E
U E I a Ra
T
Ia
T KTΦ I a
最后达到新的平衡点。
与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入
7. 机械特性
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例 说明。
If
Ia
他励电动机的机械特性
他励电动机和并励电动机的特性一样。
Uf
直流电动机调速的主要优点是：
（1）调速均匀平滑，可以无级调速。 （2）调速范围大，调速比可达200 （他励式）以上 （调速比等于最大转速和最小转速之比）。
下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
一、改变磁通（调磁）
1.原理
If Uf
Ia
M U
他励
n n0 n
其中
Ra U n0 T ，n 2 K EΦ KT K EΦ
E K En
U E K EΦ n
6. 电磁转矩
一、电磁转矩
T KTΦ I a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流 单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）
由转矩公式可知： (1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。 (2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If Uf
Ia
M U U 他励
1 s ' R2 s
P
pCu1 m I R1
2 1 1
p Fe
2 R2 pCu 2 m1I 2
1 S P m1 I 2 R2 S 2 R2 Pe m1 I 2 S
2
pFe m I Rm
2 1 m
P U1I1 cos1 1 m 1
第二节三相异步电动机简介
I 2s
1 R I 1 1 F1 F2 R I
2s
E 1
Fm
E 1
m
E 2s
2
2s
E 2s
第二节三相异步电动机简介
五、三相异步电动机数学模型及计算 1.等效电路 ' X
R1
1
R2
X
' I 2
' 2
U 1
I 1
E E 1 2
U=0~110V 可调
注意：
直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通， 不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁 路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：
(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT Ia， 而 0 ，电机将不能启动，因此，反电动势 为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁 的危险。
(三)气隙： 中小型电机一般为0.2~2mm， 它与电机性能关系极大。 1、气隙大――磁阻大――产生同样大小磁场 需要较大的励磁电流――使电机的功率因 数降低。
2、气隙小――装配困难和运转不安全。
气隙大小，设计、制造应综合考虑。
第二节三相异步电动机简介
二、工作原理
（1）对称定子绕组外加对称三相交流电压，定子 绕组内有对称三相交流电流，它们联合产生旋转 磁场。 （2）转子导条切割定子旋转磁场将感应电势，从 而在闭合的导条中产生电流，则转子导条将受到 电磁力的作用，并且形成电磁转矩，使转子顺旋 转磁场的方向旋转,若转子轴上有负载，电动机将 输出机械功率。
第二节三相异步电动机简介
(二)转子：转子铁芯、转子绕组和转轴 1、转子铁芯：主磁路的一部分 由0.5mm厚的硅钢片迭压而成。 2、转子绕组：分为鼠笼式和绕线式。
1)鼠笼式：一般采用铸铝转子或铜条转子。 2)绕线式：是对称三相绕组，接成星形，并接到 转轴上三个集电环上，再通过电刷与外电路 接通。
第二节三相异步电动机简介
电磁功率：
R2 Pe m1 I 2 S
2
转换功率：
1 S (1 s) Pe P m1 I 2 R2 S
2
转换功率不等于电磁功率，电磁功率中，（1-s）部分转换为 机械功率为 转换功率，则s部分变为转子铜损， 因此又称 为转差功率。
sPe
第二节三相异步电动机简介
3.转矩方程
第二节三相异步电动机简介
六、电机的特性曲线 n f (Te ) 1. 机械特性
n
ns
0
Te
TN
第二节三相异步电动机简介
2. 电流、功率因数、电磁转矩、效率特性曲线
I1， cos1，Te，

cos1
I1
Te
P2
第二节三相异步电动机简介
七、三相异步电动机的启动 1.启动性能指标 起动电流倍数： I st / I N 越小越好
磁通的办法一般不用。 • Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方
法。
概念：改变磁通调速的方法— 减小磁通，n只能上调。
二、改变电枢电压调速
1.特性曲线
n n0 n
其中
Ra U n0 T ，n 2 K EΦ KT K EΦ
n n0 n0' n0"
由转速特性方程知： 调电枢电压U，n0 变化，斜率不变， 所以调速特性是一 组平行曲线。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大 型设备。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 （3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
第一节 直流电动机简介
2. 工作原理
电刷
+ U I – S N I
换向片
直流电源 电刷
换向器
线圈
电刷
+ U N
F I
F
I – S
If
M
U
M
U
M
并励
串励
复励
5.电枢电动势及电压平衡关系
一、 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈 在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。
电刷
+ U N
F
E
I
I
E
F
–
S
换向片
电刷
+ N
F I
E
E F
U
I – S
换向片
根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：
电 压 降 低
T
2.改变电枢电压调速的特点
（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过UN，，而 n U，所以调速只能向下调。 （2）可得到平滑、无级调速。 （3）调速幅度较大。
改变电枢电压调速方案举例：
If
220V~ 变 压 整 流
Ia
Uf
M U
整 流
调 压
220V~
Uf=110V 固定
换向片
电刷和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边 的电流向外。电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
电刷
+ U N
F I
F
I – S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里， 下半边的电流向外。电刷压在换向片上。
二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁 转矩自动调整，以实现新的平衡。
例： 设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：
目 录
第一节：直流电动机及其调速简介 第二节：交流异步电动机及其调速简介 第三节：同步电动机及其调速简介
第一节 直流电动机简介
1. 概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，具有电刷和换向器，必须经 常检查维修，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
E K En
KE：与电机结构有关的常数 ：磁通 n：电动机转速
单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
二、 电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
U E I a Ra
U：外加电压 Ra:绕组电阻
U
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Ra + Ia +
M
–
E
–
以上两公式反映的概念： (1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 ， 可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变 可调速。