《變壓器與電動(dòng)機(jī)》PPT課件.ppt

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1、電工電子技術(shù),福建工程學(xué)院 2013年,陳佳新 主編周理 陳炳煌 盧光寶 鄢仁武 編,5(2),第5章 變壓器與電動(dòng)機(jī),5.2 三相異步電動(dòng)機(jī),5.3 單相異步電動(dòng)機(jī),5.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣控制,5.1 變壓器,5(3),5.1 變壓器,5.1.1 磁性材料的磁性能,磁性材料（如鐵、鎳、鈷及其合金）的磁導(dǎo)率很高，是制造變壓器、電機(jī)和各類電器鐵心的主要材料，磁性材料具有以下特點(diǎn)。,變壓器是一種靜止的電能轉(zhuǎn)換裝置，它利用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)需要可以將一種交流電壓和電流等級(jí)轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓和電流等級(jí)。 電動(dòng)機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠等

2、一系列優(yōu)點(diǎn)，能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)要求，在各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣。,5(4),1. 高導(dǎo)磁性,磁性材料內(nèi)部存在的天然磁化區(qū)（稱為磁疇），在沒有外磁場(chǎng)的作用時(shí)，磁疇呈現(xiàn)雜亂無章的排列，磁場(chǎng)相互抵銷，對(duì)外不呈現(xiàn)磁性。在外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇在外磁場(chǎng)的作用下，其方向逐漸與外磁場(chǎng)一致，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于外磁場(chǎng)的附加磁場(chǎng)，從而增強(qiáng)了原來的磁場(chǎng)。,（a）無外磁場(chǎng) （b）有外磁場(chǎng),5(5),2. 磁飽和性,當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性材料中的磁疇已全部排列整齊，這時(shí)磁性材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度趨向于某一定值，稱此特性為磁飽和性。,磁性材料的磁化特性用磁化曲線（B-H曲線）來表示。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H比較小時(shí)，

3、磁感應(yīng)強(qiáng)度B與H近似成比例地增加；當(dāng)H增大到一定值后，B的增加緩慢下來，最后趨于磁飽和。因此磁性材料的B與H為非線性關(guān)系，磁導(dǎo)率不是常數(shù)。 圖中B0-H為真空的磁化曲線，B0與H為正比關(guān)系。,5(6),3. 磁滯性,磁性材料在交變磁場(chǎng)中被反復(fù)磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的關(guān)系為一條閉合曲線，稱為磁滯回線。,當(dāng)H減小到零時(shí)，B并未回到零，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁性材料的磁滯性。,Br剩磁感應(yīng)強(qiáng)度（剩磁） Hc矯頑磁力,永久磁鐵的磁性就是剩磁產(chǎn)生的。,5(7),磁性材料在交變磁化過程中，由于磁滯現(xiàn)象的存在而產(chǎn)生的能量損耗，稱為磁滯損耗。 在交變磁場(chǎng)作用下，在垂直于

4、磁力線方向的鐵心截面上還會(huì)產(chǎn)生旋渦狀的電流，稱為渦流，如圖所示。在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的能量損耗稱為渦流損耗。,磁性材料的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵損耗。為了減小鐵損耗，通常變壓器和交流電機(jī)的鐵心都采用硅鋼片疊片而成。,5(8),磁性材料常分為以下兩類。 （1）軟磁材料。軟磁材料的磁滯回線較窄，剩磁較小，矯頑磁力較小，常用來制造變壓器、電機(jī)和電器等的鐵心。軟磁材料主要有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。 （2）硬磁材料。硬磁材料的磁滯回線較寬，剩磁較大，矯頑磁力較大，常用來制造永久磁鐵。硬磁材料主要有碳鋼、鎳鋁鈷合金和釹鐵硼合金等。,5(9),1.變壓器的基本結(jié)構(gòu),變壓器的主要組成部分是鐵心和繞組（俗

5、稱器身）。 電力變壓器多采用油浸式和干式結(jié)構(gòu)，圖示為油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。,5.1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,5(10),（1）鐵心是變壓器的主磁路，又是繞組的支撐骨架。 鐵心的基本結(jié)構(gòu)有心式和殼式兩種，如圖所示。,（a）心式 （b）殼式,（2）繞組變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 一般電力變壓器都把繞組繞制成圓形的。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓繞組。在高、低壓繞組之間及繞組與鐵心之間都加有絕緣。,5(11),2. 變壓器的額定值,銘牌數(shù)據(jù)主要包括 （1）額定電壓U1N和U2N （V）。對(duì)于三相變壓器指線電壓。 （2）額定電流I1

6、N和I2N （A）。對(duì)于三相變壓器指線電流。 （3）額定容量SN （kVA）。由于電力變壓器的效率很高，忽略壓降損耗時(shí)有,,對(duì)單相變壓器,對(duì)三相變壓器,5(12),【例5.1.1】 一臺(tái)三相油浸自冷式變壓器，已知SN=560kVA，U1N/U2N=10kV/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N、I2N各為多少？ 解,5(13),3. 變壓器的工作原理,變壓器的工作原理圖,5(14),（1）電壓變換作用 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作。通常接交流電源的稱為一次繞組（俗稱原繞組或初級(jí)繞組）；接負(fù)載的稱為二次繞組（俗稱副繞組或次級(jí)繞組）。 一次繞組加合適的交流電源電壓u1 ，就有交流電

7、流i1 流過，產(chǎn)生一次繞組磁通勢(shì)，鐵心中激勵(lì)起交變的主磁通，同時(shí)交鏈一次、二次繞組。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，便在一次、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2 。二次繞組在e2的作用下，向負(fù)載ZL供電，實(shí)現(xiàn)了能量傳遞。 另有一小部分磁通經(jīng)非磁性材料形成閉路，不參與能量傳遞，為漏磁通1、2，產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)e1 、 e2 。,5(15),變壓器中電壓、電流、磁通及電動(dòng)勢(shì)一般采用電工慣例來規(guī)定其正方向 同一條支路中，u與i的正方向一致； 由電流i產(chǎn)生的磁通，正方向符合右手螺旋法則； 由磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，其正方向與產(chǎn)生該磁通的電流i的正方向一致。,有效值：,5(16),同理，二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有

8、效值為,由于一次繞組的漏阻抗壓降較小，忽略不計(jì)時(shí)，可近似地認(rèn)為,空載時(shí)的二次繞組開路電壓,其有效值的關(guān)系為,式中k 為匝數(shù)比。表明一次、二次繞組的電壓之比與一次、二次繞組的匝數(shù)比k成正比。改變?cè)褦?shù)比k，即可改變輸出電壓。 如果N1N2，則U1U20，為降壓變壓器；反之，N1

9、 的主磁通也應(yīng)基本不變，所以負(fù)載時(shí)建立主磁通所需的合成磁通勢(shì)與空載時(shí)所需的磁通勢(shì)也應(yīng)基本不變，即有磁通勢(shì)平衡方程,5(18),變壓器一次、二次繞組中電流有效值的關(guān)系為,表明變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其一次側(cè)與二次側(cè)的電流之比在數(shù)值上近似地與一、二次繞組的匝數(shù)成反比。 綜合有，變壓器的繞組電壓高的，其工作電流??；繞組電壓低的，其工作電流大。,【例5.1.2】 有一臺(tái)變壓器，已知額定容量SN=500VA，一次繞組匝數(shù)N1=800匝，二次繞組有兩個(gè)，額定電壓為U1NU2NU3N=220V110V36V，如圖所示。（1）求二次繞組匝數(shù)N2和N3；（2）如果兩個(gè)二次繞組分別接阻性負(fù)載，繞組電流I2=2A，I

10、3=3A，求一次繞組電流及繞組的功率。,5(19),解 （1）,則有,一次、二次繞組的功率為 P1=U1I1=2201.491=328W P2=U2I2=1102=220W P3=U3I3=363=108W 或 P1P2+ P3=220+108=328W,（2）,5(20),（3）阻抗變換作 變壓器和負(fù)載阻抗ZL一起是電源的負(fù)載，根據(jù)等效變換原則，在保證端口特性不變的情況下，虛線框中的電路可用等效阻抗來代替，則有,表明對(duì)一次側(cè)來說，相當(dāng)于在一次側(cè)接一個(gè)k2ZL的阻抗。,5(21),【例5.1.3】已知信號(hào)源電壓US=12V，內(nèi)阻R0=600，負(fù)載電阻RL=

11、8。（1）若將負(fù)載直接接在信號(hào)源上，如圖（a）所示，求負(fù)載獲得的功率；（2）在信號(hào)源與負(fù)載之間接入變壓器，如圖（b）所示，為使負(fù)載獲得最大功率，求變壓器的匝數(shù)比和負(fù)載獲得的功率。,（a） （b） （c）,5(22),（2）為使負(fù)載電阻獲得最大功率，其等效電阻應(yīng)等于信號(hào)源內(nèi)阻R0，如圖（c）所示，即,等效電阻獲得的功率即為負(fù)載電阻獲得的功率，有,解 （1）當(dāng)負(fù)載直接接在信號(hào)源上時(shí)，負(fù)載獲得的功率,,則變壓器的匝數(shù)比,可見，經(jīng)變壓器的阻抗變換，負(fù)載電阻獲得的功率增加了。,5(23),4變壓器繞組的極性,繞組連接必須按照繞組的同名端正確連接，一般應(yīng)使兩個(gè)繞組在鐵心中產(chǎn)生的磁

12、通相助。,具有磁耦合的兩個(gè)線圈，當(dāng)電流分別從兩繞組各自的某端點(diǎn)同時(shí)流入（或流出）時(shí)，若兩者產(chǎn)生的磁通相助，則這兩端點(diǎn)稱為同名端，用黑點(diǎn)“”或星號(hào)“*”做標(biāo)記。同名端的感應(yīng)電壓極性相同，故同名端也稱為同極性端。感應(yīng)電壓極性相反的端點(diǎn)稱為異名端。,5(24),5.1.3 變壓器的運(yùn)行特性,對(duì)于負(fù)載來講，變壓器的二次側(cè)相當(dāng)于一個(gè)電源。,1變壓器的外特性 變壓器一次側(cè)接額定電網(wǎng)，負(fù)載功率因數(shù)一定，負(fù)載運(yùn)行時(shí)二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系即外特性，U2 = f ( I2 )。 從空載到負(fù)載運(yùn)行時(shí)二次側(cè)端電壓的變化量用電壓變化率U 表示，即,,5(25),2變壓器的效率特性,變壓器的損耗為繞組銅

13、損耗 pCu 和鐵心損耗 pFe 。銅耗為可變損耗，鐵心損耗為不變損耗，,在純電阻負(fù)載時(shí)，U很小，U2下降得很??；在感性負(fù)載時(shí)，U較大，U2的下降大；在容性負(fù)載時(shí)，二次側(cè)端電壓U2可能比空載時(shí)高，即隨I2 的增大而升高。,5(26),5.1.4 三相變壓器,三相變壓器在對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，各相的電壓和電流大小相等，相位上彼此相差120，因此三相變壓器有三相變壓器組和三相心式變壓器兩種形式。三相繞組的連接主要采用星形和三角形兩種方法。,三相變壓器組,三相心式變壓器的鐵心結(jié)構(gòu),5(27),5.1.5 特殊變壓器,1自耦變壓器,自耦降壓變壓器原理圖,（a）結(jié)構(gòu) （b）原理圖 自耦調(diào)壓器,

14、一次、二次繞組共用一個(gè)繞組,5(28),2儀用互感器,使用互感器有兩個(gè)目的：一是使測(cè)量回路與被測(cè)量回路隔離，從而保證工作人員的安全；二是可以使用普通量程的電壓表和電流表測(cè)量高電壓和大電流。,（1）電壓互感器,電壓互感器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)降壓變壓器，一次繞組匝數(shù)N1多，直接并聯(lián)到被測(cè)的高壓線路上；二次繞組匝數(shù)N2少，接高阻抗的測(cè)量儀表（如電壓表）。,5(29),（2）電流互感器,電流互感器類似于升壓變壓器，一次繞組匝數(shù)N1少，一般只有一匝到幾匝，串聯(lián)在被測(cè)線路中； 二次繞組匝數(shù)N2多，接阻抗很小的儀表（如電流表）。,,鉗形電流表,5(30),5.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,1三相異步

15、電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu),5.2 三相異步電動(dòng)機(jī),按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)形式，分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩類；按外殼防護(hù)形式，分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和全封閉式等；按冷卻方式，分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式和管道通風(fēng)式等。,(a)開啟式（IP11） (b)防護(hù)式（IP22） (c)封閉式（IP44） 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的外形,5(31),封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)組成圖,5(32),（a）定子沖片 （b）半閉口槽 定子鐵心沖片及槽形,5(33),三相異步電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)繞組連接示意圖,5(34),轉(zhuǎn)子鐵心沖片,(a)銅條轉(zhuǎn)子繞組 (b)銅條轉(zhuǎn)子 (c)鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組 (d)鑄鋁轉(zhuǎn)子 籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),5(35

16、),繞線型轉(zhuǎn)子和電刷裝置,繞線型轉(zhuǎn)子與外部變阻器的連接,5(36),2三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),（1）U形磁鐵的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),（2）定子三相繞組及三相對(duì)稱電流,（a）繞組連接 （b）繞組星形連接 （c）三相對(duì)稱電流波形,5(37),（3）三相兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),如果將電流iu通入U(xiǎn)相繞組、iv通入V相繞組、iw通入W相繞組，不同時(shí)刻產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)，即在電動(dòng)機(jī)的氣隙中產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,5(38),（4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速,繞組按U1W2V1U2WlV2排列一個(gè)循環(huán)，產(chǎn)生一對(duì)磁極。如果要增加磁極數(shù)，只要在圓周上增加繞組排列循環(huán)即可。,式中，fl為電源頻率（Hz）；p為磁極對(duì)數(shù)。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速

17、（即同步轉(zhuǎn)速）： （r/min）,磁極數(shù)與同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系（f1=50Hz）,5(39),3三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，0nn1，故有0 s 1。異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般n略低于n1，其額定轉(zhuǎn)差率sN為0.020.06，這時(shí)n=(0.940.98)nl。,定子繞組通入三相電流，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組閉合），又將產(chǎn)生電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩，克服阻力矩后促使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來，最終進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。,轉(zhuǎn)差率：,5(40),【例5.2.1】 某臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN=720r/min，試求該機(jī)的磁

18、極對(duì)數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率；另一臺(tái)4極三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率sN=0.05，試求該機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 解：,因異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN略低于但很接近于對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速，因此該機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1=750r/min，磁極對(duì)數(shù)p=4。 額定轉(zhuǎn)差率：,對(duì)4極三相異步電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，則額定轉(zhuǎn)速： nN=n1（1-s）=1500（1-0.05）=1425r/min,5(41),4三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值,（1）額定功率PN,（2）額定轉(zhuǎn)矩,式中，PN的單位為kW；nN的單位為r/min 。,式中， UN額定電壓， IN額定電流， cosN額定功率因數(shù)，N額定效率。,5(42

19、),【例5.2.2】 一臺(tái)Y160M2-2三相異步電動(dòng)機(jī)，已知PN=15kW，UN=380V，nN=2930r/min，cosN=0.88，N=88.2%，定子繞組接法。試求該機(jī)的額定電流、額定相電流和額定轉(zhuǎn)矩。 解,額定電流：,額定相電流：,額定轉(zhuǎn)矩：,5(43),5.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,1三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩T的參數(shù)表達(dá)式,2固有機(jī)械特性,當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)一定時(shí)， ，另外，還受轉(zhuǎn)子電阻R2的影響。,T-s曲線,n-T曲線,5(44),3降低定子端電壓的人為機(jī)械特性,如果在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)降低定子端電壓，最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)因帶不動(dòng)

20、負(fù)載而停機(jī)，電動(dòng)機(jī)會(huì)燒毀。 如果降低定子端電壓后啟動(dòng)，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。,（1）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)或過載能力,（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù),5(45),【例5.2.3】 一臺(tái)Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=7.5kW，UN=380V，IN=15.4A，nN=1440r/min，接法，st=2.2，m=2.3，負(fù)載TL=0.6TN。（1）求額定轉(zhuǎn)差率、額定轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩；（2）電源電壓下降為0.5UN時(shí)能否啟動(dòng)？若不能啟動(dòng)，電源電壓應(yīng)大于多少才能啟動(dòng)？（3）在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電源電壓下降為0.5UN，能否繼續(xù)運(yùn)行？若不能運(yùn)行，電源電壓應(yīng)大于多少才能繼續(xù)運(yùn)行？

21、解,（1）由nN=1440r/min可知，電動(dòng)機(jī)為4極的，即p=2，n1=1500r/min，則額定轉(zhuǎn)差率,5(46),此時(shí)無法帶0.6TN的負(fù)載啟動(dòng)。,額定轉(zhuǎn)矩,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,最大轉(zhuǎn)矩,（2）由 ，當(dāng)U1=0.5UN時(shí)，得,當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)才能啟動(dòng)，設(shè)U1=kUN，則有,5(47),即電源電壓U1kUN=0.522UN=198.4V時(shí)才能啟動(dòng)。,此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電源電壓下降，無法繼續(xù)運(yùn)行，將停機(jī)。 當(dāng)最大轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)才能繼續(xù)運(yùn)行，設(shè)U1=kUN，則有,所以,（3）由 ，當(dāng)U1=0.5UN時(shí)，得,所以,即電源電壓U1kUN=0.511UN=194.2V時(shí)才能繼續(xù)運(yùn)行。,

22、5(48),4繞線轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性,繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，其他條件不變，僅在轉(zhuǎn)子回路串入對(duì)稱三相電阻Rp，則有 （1）同步轉(zhuǎn)速不變； （2）最大轉(zhuǎn)矩Tmax的大小不變，但臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子回路電阻成正比，（或nm 隨的增大而減?。? （3）在繞線轉(zhuǎn)子回路串適當(dāng)?shù)碾娮杩稍龃髥?dòng)轉(zhuǎn)矩。,5(49),5.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),1全壓啟動(dòng)存在的問題,全壓啟動(dòng)就是利用開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接到具有額定電壓的電網(wǎng)上，也稱為直接啟動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，啟動(dòng)設(shè)備簡單，但存在問題： （1）全壓啟動(dòng)電流很大。Ist(47)IN。 （2）全壓啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是很大。st=1.82.0。

23、,如果三相籠型異步電動(dòng)機(jī)滿足,就可以允許全壓啟動(dòng)。,5(50),對(duì)于45 kW的電動(dòng)機(jī)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)于18.5kW的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,允許全壓啟動(dòng),【例5.2.4】 一臺(tái)Y180M4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，已知PN=18.5kW， ，其電源變壓器的容量為560kVA，問能否全壓啟動(dòng)？另有一臺(tái)Y225S4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，已知PN=37kW，，問能否全壓啟動(dòng)？ 解,不允許全壓啟動(dòng),5(51),3三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓啟動(dòng),降壓啟動(dòng)不改變電源電壓，只采用某種方法使電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。降壓啟動(dòng)的目的是減小啟動(dòng)電流，但同時(shí)使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減?。═U12），故適用于輕負(fù)載啟動(dòng)。,（1

24、）星-三角（Y-）降壓啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)，定子繞組接成星形(Y)接法，使相電壓降為額定電壓的1/ ；運(yùn)行時(shí)，定子繞組換接成三角形()接法，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常。,啟動(dòng)電流,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,5(52),（2）三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的自耦變壓器降壓啟動(dòng),利用三相自耦變壓器降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，以減小啟動(dòng)電流。,降壓啟動(dòng)時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓為 （變比k1）,啟動(dòng)電流,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,5(53),4三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng),采用三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻，可限制啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子及定子電流；同時(shí)繞線轉(zhuǎn)子串適當(dāng)?shù)碾娮柽€能增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,（1）若采用全壓啟動(dòng)。 由經(jīng)驗(yàn)公式,【例5

25、.2.5】 某廠的電源容量為560kVA，一皮帶運(yùn)輸機(jī)采用Y225M-4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其PN=45kW，接法， ，帶0.8TN的負(fù)載啟動(dòng)，試問能否采用：（1）全壓啟動(dòng)；（2）Y-降壓啟動(dòng)；（3）73%抽頭的自耦變壓器降壓啟動(dòng)。 解,不能采用全壓啟動(dòng)。,5(54),（2）若采用Y-降壓啟動(dòng)，則Y接法啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不符合要求，不能采用。,（3）若采用自耦變壓器降壓啟動(dòng),啟動(dòng)電流,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,可見用73%抽頭的自耦變壓器降壓啟動(dòng)，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均符合電網(wǎng)和負(fù)載的要求，可以采用。,啟動(dòng)電流,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,5(55),5.2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn),將接到電動(dòng)機(jī)接線端子的三相

26、電源線的任意兩根線對(duì)調(diào)，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，也就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。,5.2.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,調(diào)節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可采用改變電源頻率f、改變磁極對(duì)數(shù)p和改變轉(zhuǎn)差率s的方法來實(shí)現(xiàn)，其中改變轉(zhuǎn)差率的方法中又分為改變定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻等。,根據(jù),5(56),1變極調(diào)速 變極調(diào)速一般只用于籠型異步電動(dòng)機(jī)，稱為多速電動(dòng)機(jī)。 變極調(diào)速的方法有：在定子鐵心槽內(nèi)嵌放兩套不同磁極數(shù)且完全獨(dú)立的三相繞組；單繞組反向變極法，通過改變定子繞組的接法來改變異步電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)，故又稱為單繞組變極電動(dòng)機(jī)。 （1）單繞組反向變極法 每相繞組分兩半，將一個(gè)“半相繞組”的電流由同向（都由首端流進(jìn)

27、或流出）改為反向（一半繞組的電流由首端流進(jìn)，另一半繞組的電流由首端流出），就可將極對(duì)數(shù)減少一半，轉(zhuǎn)速增加一倍，這就是單繞組反向變極法的變極原理。繞組正規(guī)分布時(shí)可得到倍極比（2/4極、4/8極等）的轉(zhuǎn)速。,5(57),（2）Y/YY接法，低速時(shí)為單星形(Y)，高速時(shí)為雙星形(YY)，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。,5(58),（3）/YY接法，低速時(shí)為三角形()，高速時(shí)為雙星形(YY)，適用于恒功率負(fù)載。,注意，在改變定子繞組接線的同時(shí)，將V、W兩相的出線端進(jìn)行了對(duì)調(diào)，以保證變極調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。,5(59),2變頻調(diào)速,改變電源頻率可平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 f1n1n。 在基頻（額定頻率）

28、以下進(jìn)行調(diào)速時(shí)，變頻電源的輸出電壓大小與頻率成正比例地調(diào)節(jié)，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 當(dāng)頻率很低時(shí)，為保持電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩，可以人為地使定子電壓U1提高一些進(jìn)行補(bǔ)償。,當(dāng)在基頻（額定頻率）以上進(jìn)行調(diào)速時(shí)，保持定子電壓不變，適用于恒功率負(fù)載。,5(60),3改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,通過改變轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法較多，主要有改變定子電壓調(diào)速法、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速法等。 （1）改變定子電壓調(diào)速 改變定子電壓調(diào)速只能在定子端電壓U1UN的范圍內(nèi)進(jìn)行。由降壓人為機(jī)械特性，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，U1n。調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)型負(fù)載。 （2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子串電阻人為

29、機(jī)械特性，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，Rp n。這種調(diào)速方法適用于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速，調(diào)速電阻可兼作為啟動(dòng)與制動(dòng)電阻使用，因而在起重機(jī)械的拖動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。,5(61),5.2.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),1能耗制動(dòng),制動(dòng)時(shí)，KM1斷開后將KM2閉合，即斷開異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電源，同時(shí)將直流電流通入定子繞組。,5(62),2電源反接制動(dòng),制動(dòng)時(shí)，KM1斷開后將KM2閉合，三相交流電源的兩相對(duì)調(diào)后再通入電動(dòng)機(jī)。,5(63),3回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）,電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在轉(zhuǎn)向不變的條件下，使轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n1，則進(jìn)入回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）狀態(tài)。,5(64),5.3.1 分相式異步電動(dòng)機(jī),1單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)

30、,5.3 單相異步電動(dòng)機(jī),啟動(dòng)時(shí)主繞組、輔繞組兩個(gè)支路的阻抗不同，導(dǎo)致兩繞組中電流的相位不同，形成兩相電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。工作時(shí)離心開關(guān)S斷開，剩下主繞組進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。,5(65),2單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),在輔繞組支路中串聯(lián)一個(gè)電容，增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的70%80時(shí)，離心開關(guān)S將輔繞組從電源上自動(dòng)斷開，靠主繞組單獨(dú)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。輔繞組按短時(shí)工作狀態(tài)設(shè)計(jì)的。,5(66),3單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),輔繞組不僅在啟動(dòng)時(shí)起作用，而且在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也起作用，長期處于工作狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)、效率、過載能力等運(yùn)行性能有較大的改善，運(yùn)行也比較平穩(wěn)。,5(6

31、7),4單相雙值電容異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都得到比較好的性能。啟動(dòng)時(shí)，Cl和C2兩個(gè)電容并聯(lián)作啟動(dòng)電容，總?cè)萘看?，電?dòng)機(jī)有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；運(yùn)行時(shí)由容量較小的Cl參與運(yùn)行，因此電動(dòng)機(jī)又有較好的運(yùn)行性能，,5(68),5.3.2 罩極式異步電動(dòng)機(jī),定子鐵心多制成凸極式，裝有集中式的主繞組，每個(gè)磁極極靴開有小槽，槽中嵌入的短路銅環(huán)將小的部分極靴罩住。由于短路銅環(huán)的作用，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而旋轉(zhuǎn)起來。,5(69),5.4.1 常用低壓電器,1按鈕 按鈕主要用來發(fā)布操作命令、接通或斷開控制電路、控制機(jī)械與電氣設(shè)備的運(yùn)行。 常見的有啟動(dòng)按鈕（動(dòng)合）、停止按鈕（動(dòng)斷）和復(fù)

32、合按鈕。,5.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣控制系統(tǒng),(a)啟動(dòng) (b)停止 (c)復(fù)合 按鈕的圖形符號(hào),5(70),2組合開關(guān),組合開關(guān)常用做電源引入的開關(guān)，也用于5.5kW以下電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制開關(guān)。 常用的三極組合開關(guān)。每一極有一對(duì)靜觸片與盒外接線柱相接，動(dòng)觸片受手柄控制可以轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到線路的通、斷控制。,5(71),3閘刀開關(guān),（a）外形 （b）符號(hào),閘刀開關(guān)又稱為膠蓋閘刀開關(guān)或隔離開關(guān)，常用做隔離電源的開關(guān)，以便能安全地對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢修或更換熔絲，也可用做照明電路和小容量（5.5kW及以下）電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的電源開關(guān)。 分單極（單刀）、雙極（雙刀）和三極（三

33、刀）。刀片下端裝有熔絲，起保護(hù)作用。,5(72),4熔斷器,螺旋式熔斷器的結(jié)構(gòu),熔斷器的電氣符號(hào),熔斷器主要由熔體、外殼和支座等組成。當(dāng)電流超過規(guī)定值一定時(shí)間后，以它本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化而分?jǐn)嚯娐?，廣泛用于短路保護(hù)和過電流保護(hù)。 常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器和有填料式熔斷器等。 使用時(shí)不允許隨意加大熔體或用其他導(dǎo)體代替熔體。,5(73),5熱繼電器,使用時(shí)，將發(fā)熱元件接入電機(jī)主電路，若長時(shí)間過載，雙金屬片受熱彎曲，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，促使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，達(dá)到保護(hù)的目的。動(dòng)作后，雙金屬片經(jīng)過一段時(shí)間冷卻，按下復(fù)位按鈕即可將觸點(diǎn)復(fù)位。,5(74),6低壓斷路器,低壓

34、斷路器的電氣符號(hào),低壓斷路器又稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它相當(dāng)于閘刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既具有手動(dòng)開關(guān)作用又能自動(dòng)進(jìn)行欠壓、失壓、過載和短路保護(hù)的電器。,5(75),圖示為三極塑殼式低壓斷路器的外形，另有單極、二極和四極等，廣泛應(yīng)用于照明配電系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的配電系統(tǒng)中，可以在正常情況下不頻繁地通斷電器裝置和照明線路，在線路中起過載、短路保護(hù)作用。,5(76),7接觸器,接觸器是一種用于中遠(yuǎn)距離頻繁地接通和斷開大電流電路的開關(guān)電器。線圈通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵心，并帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，動(dòng)合觸

35、點(diǎn)閉合。線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，動(dòng)鐵心在釋放彈簧的作用下，使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來的位置。,5(77),（a）電磁線圈 （b）主觸點(diǎn) （c）輔助觸點(diǎn) 接觸器的電氣符號(hào),接觸器主觸點(diǎn)的容量大，額定電流為51000A，用于控制各種電力負(fù)載，而輔助觸點(diǎn)的額定電流一般為5A，主要用于控制回路中。,5(78),8中間繼電器,JZ7系列中間繼電器的外形及結(jié)構(gòu),中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與小型交流接觸器基本相同，但觸點(diǎn)沒有主、輔之分，每對(duì)觸點(diǎn)允許通過的電流大小相同，其額定電流一般為5A。,5(79),（a）電磁線圈 （b）動(dòng)合觸點(diǎn) （c）動(dòng)斷觸點(diǎn) 中間繼電器的電氣符號(hào),中間繼電器的觸點(diǎn)數(shù)目多，通常用于傳遞信號(hào)和同

36、時(shí)控制多個(gè)電路，也可直接用它來控制小容量電動(dòng)機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。,5(80),9時(shí)間繼電器,時(shí)間繼電器是利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的自動(dòng)開關(guān)裝置。延時(shí)方式有通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種，圖示為電氣符號(hào)。,5(81),10行程開關(guān)（位置開關(guān)、限位開關(guān)）,行程開關(guān)原理圖和電氣符號(hào),行程開關(guān)是利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸點(diǎn)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)噙_(dá)到控制目的。用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的行程或位置，實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測(cè)。,5(82),5.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制線路,1刀開關(guān)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路,合上或斷開電源開關(guān)QS就能控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，從而帶動(dòng)負(fù)載工作。 當(dāng)線路發(fā)生短路故

37、障或長時(shí)間嚴(yán)重過載時(shí)，熔斷器FU的熔體熔斷，切斷電源，以保證安全。 熔斷器熔體的額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.52.5倍。,5(83),2具有過載保護(hù)的單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路,圖中FU1、FU2為熔斷器，F(xiàn)R為熱繼電器，其熱元件串聯(lián)在主電路中，起過載保護(hù)作用；熔斷器FU起短路保護(hù)。,5(84),合上電源開關(guān)QS，,松開SB2，由于KM輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合自鎖，保持KM線圈得電，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。停止時(shí)，按停止按鈕SB1，KM線圈失電，觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 具有自鎖的單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路還具有欠壓與失壓（或零壓）的保護(hù)作用。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載，電流超過整定電流（電動(dòng)機(jī)的額定電流值）時(shí)，F(xiàn)R動(dòng)斷觸點(diǎn)

38、動(dòng)作，斷開控制線路，使KM線圈斷電、觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)便脫離電源，起過載保護(hù)作用。,5(85),3利用復(fù)合按鈕的點(diǎn)動(dòng)、長動(dòng)控制線路,5(86),長動(dòng)控制：,停機(jī)：按下SB1，控制線路斷電，接觸器釋放，觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 點(diǎn)動(dòng)控制：,松開點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3，KM線圈失電，KM主觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。,5(87),4兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)先后運(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖控制線路,各臺(tái)電動(dòng)機(jī)有時(shí)必須按一定的順序啟動(dòng)或停機(jī)，才能保證安全。 圖示線路，滿足電動(dòng)機(jī)M1先啟動(dòng)M2后啟動(dòng)的要求。當(dāng)按下SB3時(shí)，M2可單獨(dú)停機(jī)。按下SB1時(shí)，電動(dòng)機(jī)M1、M2同時(shí)停機(jī)。,5(88),5時(shí)間繼電器自動(dòng)轉(zhuǎn)換的Y-降壓啟動(dòng)線路,三相異步電動(dòng)機(jī)

39、啟動(dòng)時(shí)定子繞組接成Y接法，延時(shí)一段時(shí)間后，定子繞組改接成接法，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。 依靠接觸器的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)相互制約使得只有一個(gè)線圈保持得電的現(xiàn)象稱為觸點(diǎn)互鎖（聯(lián)鎖）。,5(89),合上電源開關(guān)QS，電動(dòng)機(jī)Y接法降壓啟動(dòng)，,KT經(jīng)過延時(shí)t后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為接法運(yùn)行，,5(90),6自耦變壓器降壓啟動(dòng)自動(dòng)控制線路,5(91),合上電源開關(guān)QS，,停機(jī)時(shí)，按下SB1，控制線路斷電，KM2線圈失電，觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。,5(92),7用倒順開關(guān)的正、反轉(zhuǎn)控制線路,倒順開關(guān)是一種手動(dòng)可逆轉(zhuǎn)換開關(guān)，適用于4.5kW以下電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。 手柄撥到“順”位置，動(dòng)觸點(diǎn)I1、I2、I3與靜觸

40、點(diǎn)接觸，通路為：L1I1U1，L2I2V1，L3I3W1，輸入到電動(dòng)機(jī)的電源相序?yàn)閁VW，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。 手柄撥到“倒”位置，動(dòng)觸點(diǎn)II1、II2、II3與靜觸點(diǎn)接觸，電源相序改變。通路為：L1II1U1，L2II2W1，L3II3V1，輸入到電動(dòng)機(jī)的電源相序?yàn)閁WV，電動(dòng)機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)。,5(93),8電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路,按鈕、接觸器雙重聯(lián)鎖的正、反轉(zhuǎn)控制線路。,5(94),合上電源開關(guān)QS，,需要直接反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，,按下停機(jī)按鈕SB1，控制線路斷電，接觸器釋放，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。,5(95),9自動(dòng)往返循環(huán)控制線路,通過行程開關(guān)SQ1、SQ2控制電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定的兩個(gè)位置之間自動(dòng)往

41、返循環(huán)。 在SQ1、SQ2的外端，安裝SQ3、SQ4，起限位保護(hù)作用。,5(96),合上電源開關(guān)QS，,當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件離開后，SQ1或SQ2復(fù)位，為下一次循環(huán)做準(zhǔn)備。,5(97),10能耗制動(dòng)控制線路,380V交流電源經(jīng)變壓器T、整流橋VC整流后，通過限流電阻RP作為電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)的制動(dòng)電源。,5(98),（1）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，合上電源開關(guān)QS，,（2）電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)停機(jī)時(shí)，,5(99),11單向反接制動(dòng)的控制線路,一般功率在10kW以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)串入反接制動(dòng)電阻R，以電流。,5(100),（1）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，合上電源開關(guān)QS，,（2）電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)停機(jī)時(shí),5(101),謝 謝 ！,結(jié) 束,