第三章 常用电机与电器

1第三章常用电机与电器2第一节常用低压电器电力拖动示意图原动机电动机生产机械传动机构控制保护设备3电力拖动的意义和前景采用电力拖动可以：提高生产率、改进产品质量、节约劳动力、实现生产过程的自动化。电机和控制设备日益发展，电子技术、计算机和现代控制理论的发展。拖动正向着自动化方向发展。经历了手动开关;自动电器；计算机三代发展过程。4大容量断路器5多用途断路器6单相断路器7选择电动机的原则（1）功率选择工作时间；过载能力；启动能力。（2）种类选择优先鼠笼式；高起线绕式；恒速用同步；尽量用交流。（3）型号室内防护式；室外封式；易燃易爆采用隔爆式。8（4）电压选择380V；100kW以上；3kV；6kV（5）电机的转速选择常见的电机有各种不同的转速；变速等。同时考虑到生产机械的要求，设备投资，传动系统的可靠性。高速较经济，尽可能不用变速机构。9常用低压电器为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种有调节、分配、控制和保护作用的电气设备,这些电气设备统称为电器。工作在交流电压1000V或直流电压1200V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器通称为低压电器。分类：手动与自动电器；控制与保护电器。10电器的触点：刀式、桥式、组合式（1）刀式（2）桥式（3）组合式11刀式、铁壳、组合开关组合：旋转式触头90度旋转倒顺开关小容量控制场合刀式：刀数掷向单刀单掷双刀双掷三刀非频繁启动铁壳：具有速断器灭弧装置熔断器电源断路器12断路器13FU熔断器：保护电器管式瓷插式螺旋式14熔断管内充满石英粉熄灭火花防火防爆1516大容量熔断器1718微型继电器、数字式继电器、热式继电器19时间继电器热继电器FR20辅助触头主触头动铁芯、衔铁线圈辅助触头铁芯座线圈常态时：主触头与常开分断；常闭导通21线圈得电后：主触头与常开闭合22线圈得电状态图线圈常态状态图23新型接触器24漏电保护自动开关由电流互感器和脱扣器组成：电器~I进I出I漏磁控开关25热继电器：过载保护电器是利用热敏元件动作的电器。热敏元件：当温度上升时发生翘曲变形。使常闭触头断开，达到保护功能。t26热继电器270301热继电器28热继电器过载保护2930各种信号灯31按钮：控制操作器图常态：电器在未动作前的状态。常开为常态下断开。常闭为常态下闭合。常闭（动断）常开（动合）32行程开关常开触点常闭触点复合触点33电器符号和卡诺图接触器：KM（i）线圈主触头副常开副常闭失电0断开0断开0导通1得电1导通1导通1断开0KMKMKM34转速继电器35时间继电器36第二节异步电动机电是动力的源泉37电机的结构与原理机械特性与运行状态单相电机及控制电机38电动机一、工作原理二、运行1.概述1.启动2.结构2.正、反转3.旋转磁场3.调速4.转差4.控制面板5.单相电机6.同步电机39概述发电机和电动机统称为电机，从能量转换来说是可逆的。按电源种类分：直流电机和交流电机。大量使用的是异步电动机，其构造简单、价格低廉、工作可靠、控制维修方便。40电机原理模型图41一、三相异步电动机的构造（1）由电路和磁路组成。（2）不动的叫定子；运动的称转子。电路由铜导线绕制而成；磁路由硅钢片叠加而成。厚度0.5mm转子上有孔或槽，为浇铸鼠笼或嵌绕组。42电机控制与拖动实验室43电机控制与拖动实验柜44定子铁芯和转子铁芯定子转子45电机机座46定子由硅钢片层迭而成47定子转子484950电动工具转子单相电机单相电机5152鼠笼和接线盒鼠笼Y形d形U1V1W1U1V1W1V2W2U2V2W2U253二、三相异步电动机的工作原理单相磁场：能产生一个动态的脉动磁场。三相交流电则能产生一个旋转磁场。╳0ωti54定子绕组产生旋转磁场三相绕组分布U2U1V1V2W2W155011156三相电流与旋转磁场UVWωti032342╳╳╳╳╳╳╳╳57030258U2U1V1V2W2W1030359U2U1V1V2W2W1030260导条倾斜式鼠笼61铸铝转子：导条、导环及硅钢片一体铸成62031063转子模型640304铜条转子650305M030566676812槽定子690306定子展开图70定子展开图六槽、三框极对数：P=17172030773定子24槽展开图可在定子布多极对数绕组74定子展开图：24槽、四绕组、8极电机753.旋转磁场的方向和转速方向：相序U、V、W决定或用A、B、C、；L1、L2、L3。三相电流：i1=Imsinωti2=Imsin（ωt-1200）i3=Imsin（ωt+1200）改变转向：三相线中任意二相线对调。76030877旋转磁场的转速n0=60f1/p（r/min）p：磁极对数。2P：磁极数。n0：旋转磁场的同步转速。名称P2Pn0r/min1对1230002对2415003对36100078异步电机的运转原理模型原理SNNS╳n0vnFFV΄V΄n0v79单相异步电机单相同步电机80三相异步电机（上）直流电机（右上）三相深槽式电机（左）81异步电机又称感应电机原理：磁场与转子有相对速度时，转子导条切割磁力线而产生感应电流；转子电流在磁场中受到电磁力而产生电磁力矩，使转子沿着磁场方向旋转。TTL：转子加速，直至空载转速n0。T=TL：转速平衡。TTL：转子减速。82立式电机卧式电机83转差率转差：n=n0-n：转子与同步转速之差。转差率：S=（n0-n）/n0S为重要参数，异步程度是分析特性的依据。n=（1-S）n0=60f（1-S）/pSN在0.01～0.09nnnS0001.0Sn84常见电动机的转速表SN=0.04名称极对数P极数2Pn0r/minnNr/min二极电机1230002880四极电机2415001440六极电机36100096085异步电动机运行特性与变压器类同：电磁路；异:动与静之别。电磁耦合电机的气隙大。则有设每极磁通每相电势：E=4.44f1N0kU1（变压器k=1，电机1K0）转子电量：转子频率f2=（n0-n）p/60=Sf186转矩特性图及其分析Tn0nNTstTNTmax0nSN:0.01~0.0987异步电机的其他特性：（1）启动能力：Tst/TN:1~2.2（2）过载能力：m=Tmax/TN普通：1.8~2.5特殊：2.0~3.3电机转与电压的关系T即：电磁转矩与外加电压的平方成正比。u21T0nu1u2Tst88三相异步电动机型号Y132M——4编号7.5kW15.4A380V1440r/minLW78dB接法△防护等级IP4450Hz81kg标准编号工作制S1绝缘等级B年月福建闵东电机厂89三、三相异步电动机的铭牌（1）额定功率PN——额定运行时电动机轴上输出的机械功率，单位为kW；（2）额定电压UN——额定运行时定子绕组端的线电压，单位为V或kV；（3）额定频率f——额定电压的频率，中国的标准工频为50Hz；（4）额定电流IN——额定运行时定子绕组的线电流值，单位为A；（5）额定转速nN——额定运行时的转速，r/min；90（6）工作制——电动机的运行方式。①连续运行（S1）是电动机持续工作时间较长，温升可达稳定值。属于这一类的生产机械如风机、压缩机、离心泵、机床主轴等。②短时运行（S2）因工作时间较短，温升未达稳定值时就停止运行，而且间歇时间足以使电机冷却到环境湿度，例如机床的辅助运行等。标准有15min、30min、60min、90min四种。③断续运行（S3）在周期性的工作与停机，每一周期不超过10min,如起重、冶金等机械。我国负载持续率有：15%、25%、40%、60%。（7）噪声等级标注LW，单位为dB。91绝缘等级YAEBFHC额定温升500650800900110014001400绝缘等级表（8）绝缘等级和额定温升我国规定的标准环境温度为40℃，电机运行时因发热而升温，其允许的最高温度与标准环境湿度之差称为额定温升，额定温升是由绝缘等级决定的。92产品名称新代号汉字意义旧代号鼠笼式异步电动机Y、Y-L异J、JO绕线式异步电动机YR异绕KR、JRO防爆型异步电动机YB异爆JB、JBS防爆安全型异步电动机YA异安JA高起动转矩异步电动机YQ异起JQ、JQO（9）交流异步电动机产品名称及代号对应表93型号的认别方法三相异步电动机磁极数中心机座高度机座长度代号Y132M——4S——短座机M——中座机L——长座机94三相绕线电机95异步电动机的功率和效率输入功率：P1=U11Il1cos1输出功率：P0=P1-（PCu+PFe+Pfr）效率：=P0/P1输出力矩:异步电动机的效率：在接近满载时为最好，功率因素最高、效率最大。3)mN(9550NNNnpT96（10）接法：星形Y三角形U1V1W1NU1U2W1V1V2W2U1V1W1V2W2U2U1V1W1V2W2U297高启转矩电机的原理双笼：外笼为黄铜，内笼为紫铜。启动时转子电流频率高，外笼电阻大，限制了启动电流又增加了启动转矩。深槽式转子：深槽的趋肤效应，增大电阻，同样达到限制启动电流和增大启动力矩的目的。98线绕式转子串接电阻启动优点：限制电流；增大转矩。Sr2当r2增大时S=r2/X20则有：Ist；T。串入启动变电阻TstT’stTn099串接频敏变阻器：电抗和电阻转子电抗X2=SX20，启动时S=1电抗最大RpXp绕组铁芯100异步电机的调速1.调速n=（1-S）（1）变极调速改变定子绕组的极对数。（2）变频调速使用变频器。（3）转子电路串入电阻变差调速pf60NSNSSNnn/2变频器f工fx10101081020309103104105106半封闭电机IP23107变频、调速电机YVP108船用电机YH109电磁调速电机YCT110电动阀电机YDF111多速电机YD112防爆电机YB113高压电机YK114高压电机YRKS115高压柜式电机116列棍电机YG117起重、冶金电机YZR118绕线式电机YR119制动电机YEJ120五、单相异步电动机小功率家用电器，单相绕组仅能产生脉动磁场，无启动力矩。ωti,╳121单相电机122单相电机123启动方法和椭圆磁场脉动磁场的分解：可视为二个大小相等方向相反的二个旋转磁场。无启动力矩，启动后顺原方向转动为顺利启动，必须建立旋转磁场.即附加一个磁场，形成椭圆磁场。φ左右124电容式单相电动机电路、磁场图移相组A1、A2；工作组B1、B2╳+C~IAIBA1B1A1B1B1A1/2*╳**╳C125电容式单相电动机1.n0的产生方向：超前转向滞后。A1B1转速：n0=60f/p。工作原理：转子与旋转磁场的转差，产生电磁感应，电流在磁场作用下产生电磁力矩。方向与n0相同。2.电容启动式电机启动后切断移相组。126黄色为工作绕组、红色为移相绕组定子展开图1273.罩极式异步电机罩极内置短路环，阻滞磁通的变化，而形成旋转磁场。128罩极式单相异步电机磁通增大时的转向短路环短路环129同步电动机同步：与旋转磁场的转速同步。分类（按电源分）：单相；三相。三相同步电动机结构定子：与异步电机相同。转子：极数与定子相同，磁极由通入直流电的励磁绕组生成，常称激（励）磁电流。电源由电刷、导环引入。130转子：凸极式、隐极式。凸极式：隐极式：SNNSSNNSNNSS131同步电机的直流电源与恒速励磁电流①由直流发电机提供。②由晶闸管整流提供。同步：n=60f/pn=n0即在最大转矩内恒速性。超过最大转矩转子就要“失步”而被迫停转。132133同步电机的功率因素的可调性同步电机的转速与定子绕组的极对数相关。当：是基准电流时，cos=1.0电机相当于纯电阻负载。当：小于基准电流时为感性负载，欠励。当：大于基准电流时为容性负载，过励。同步电机经常采用过励来改善电网的功率因素，如不带负载时称为同步补偿机。134同步电机启动:先异后同同步电机没有启动力矩，必须采用异步启动。在转子表面有笼形导条，类似于鼠笼，称为启动绕组。励磁绕组必须串接适当电阻而闭合，以防感应高压电伤害人体。当异步启动达到接近同步时