《电机及拖动》PPT课件.ppt

电机及拖动,绪论,第一章 直流电机,第二章 直流电动机的电力拖动,第三章 三相异步电动机,第四章 三相异步电动机的电力拖动,电机及拖动,为什么要学电机？请同学们就电机的相关应用举例。,绪 论,电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；,归纳如下：,电机,变压器,直流电机,直流发电机,直流电动机,交流电机,控制电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步电机,异步发电机,异步电动机,绪 论,电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。,它们之间的关系如下,电动机,本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。,1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩,1.3 直流发电机,1.4 直流电动机,1.1 直流电机的基本工作原理与结构,1.1 直流电机的基本工作原理和结构,1.1.1 直流电机的主要结构,1.1.2 直流电机的工作原理,1.1 直流电机的基本工作原理和结构,一、直流发电机工作原理,右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。,直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。,抢答:一直导体放在磁场中，并与磁力线垂直，当导体运动的方向与磁力线方向成()夹角时导体中产生的电动势最大。 A、90 B、30 C、45 D、0 答案: A法拉第电磁感应定律回路中的一部分导体做切割磁感线的运动，产生的感应电动势计算公式为EBLvsin，式中为导体运动方向与磁感线方向的夹角,当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。,当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后，如右图。,与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。,导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。,实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。,二、直流电动机工作原理,把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。,直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。,在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。,原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。,与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。,当电枢旋转到右图所示位置时,1.2.1 直流电机的电枢电动势,1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩,产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。,大小:,1.2.2 直流电机的电磁转矩,产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。,大小:,1.3.1 直流发电机的励磁方式,1.3 直流发电机,供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。,1、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。,他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：,2、并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足,3、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足,4、复励 并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。,1.3.2 直流发电机的基本方程,如图规定各物理量的参考方向,一.电动势平衡方程,从方程式可见，直流发电机满足,二. 转矩平衡方程,发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩 、电磁转矩 和机械摩擦及铁损引起的空载转矩 。转矩平衡方程为：,1.4 直流电动机,1.4.1 直流电机的可逆原理,一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。,第1章 直流电机,1.4.2 直流电动机的基本方程,规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下：,1.4.3 直流电动机的工作特性,1、转速特性,他励（并励）直流电动机的工作特性,定义：当 、 时，,由方程式可得,直流电动机的转速公式为)。 A、n=(U-IaRa)/Ce B、n=(U+IaRa)/Ce C、n=Ce/(U-IaRa) D、n=Ce/(U+IaRa)答案： A,2.1 他励直流电动机的机械特性,第二章直流电动机的电力拖动,2.2 他励直流电动机的制动,2.3 他励直流电动机的调速,2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.1 机械特性的表达式,直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：,由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：,称为理想空载转速。,实际空载转速,抢答：直流电动机的机械特性是()之间的关系。 A、电源电压与转速 B、电枢电流与转速 C、励磁电流与电磁转矩D、电机转速与电磁转矩 答案： D,2.2 他励直流电动机的制动,当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状态;当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。,2.2.1 能耗制动,电动状态，如图所示。,将开关S投向制动电阻 上即实现制动.,由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变。由 产生的电枢电流 的方向与电动状态时的 方向相反,对应的电磁转矩 与 方向相反,为制动性质,电机处于制动状态。,制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。,. 直流并励电动机采用能耗制动时，切断电枢电源，同时电枢与电阻接通，并()，产生的电磁转矩方向与电枢转动方向相反，使电动机迅速制动。 A、增大励磁电流 B、减小励磁电流 C、保持励磁电流不变 D、使励磁电流为零 答案： C,2.2.2 反接制动,电压反接制动时接线如图所示。,*电压反接制动,开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：,反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用电压反接制动。注意：当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源,( )直流电动机反接制动，当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源。,2.3 他励直流电动机的调速,电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。,他励直流电动机的转速为,电气调速方法:1.调压调速;2.电枢串电阻调速;3.调磁调速。,改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。,2.5.1 评价调速的指标,一、调速范围:,二、静差率（相对稳定性）,%越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和n0有关。,指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。,D与%相互制约:越小,D越小,相对稳定性越好;在保证一定的指标的前提下,要扩大D,须减少n,即提高机械特性的硬度。,三、调速的平滑性,越接近1，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。,四、调速的经济性,在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数,主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。,. 调速系统的调速范围和静差率这两个指标( )。 A、互不相关 B、相互制约 C、相互补充 D、相互平等答案： B,三相异步电动机的基本工作原理和结构,第三章 三相异步电动机。,4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构,4.1.1三相异步电动机的基本结构,一、定子部分,1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。,2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。,3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。,二、转子部分,1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。,2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。,异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。,三、气隙,按转子结构分：,绕线型异步电动机,鼠笼型异步电动机,继续,继续,下面是它主要部件的拆分图。,右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。,鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图,三相绕线型转子结构图,返回,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,一、转动原理,1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。,2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。,3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。,33. 三相异步电动机是利用( )的原理工作的。A、导体切割磁力线 B、电流的线圈产生的磁场C、载流导体受力在磁场中运动 D、电磁感应和载流导体在磁场中受力 答案： D,二、转差率,转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。,负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：,额定运行时，转差率一般在0.010.06之间，即电机转速接近同步速。,同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即：,三、异步电机的三种运行状态,根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态,4.1.3 型号和额定值,一、型号,例:,额定值关系有：,二、额定值,三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。,三、接线,为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：,用图解法分析不同时刻三相合成磁动势,合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。,