常用电机与电器.ppt

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,铁壳：具有速断器 灭弧装置 熔断器 电源断路器,12,断路器,13,FU 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,15,16,大容量熔断器,17,18,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,FR,20,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：,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。,t,26,热继电器,27,0301,热继电器,28,热继电器过载保护,29,30,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）,KM,KM,KM,34,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,48,49,50,电动工具转子,单相电机,单相电机,51,52,鼠笼和接线盒,鼠笼 Y形 d形,53,二、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。,0,t,i,54,定子绕组产生旋转磁场,三相绕组分布,55,0111,56,三相电流与旋转磁场,57,0302,58,0303,59,0302,60,导条倾斜式鼠笼,61,铸铝转子：导条、导环及硅钢片一体铸成,62,0310,63,转子模型,64,0304,铜条转子,65,0305,M0305,66,67,68,12槽定子,69,0306,定子展开图,70,定子展开图六槽、三框极对数：P=1,71,72,0307,73,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,75,3.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=Im sin t i2=Im sin（t-1200）i3=Im sin（t+1200）改变转向：三相线中任意二相线对调。,76,0308,77,旋转磁场的转速,n0=60 f1/p（r/min）p：磁极对数。2P：磁极数。n0：旋转磁场的同步转速。,78,异步电机的运转原理,模型 原理,79,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。T TL：转子加速，直至空载转速n0。T=TL：转速平衡。T TL：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）/p SN 在 0.01 0.09,0,1.0 S,n,84,常见电动机的转速表 SN=0.04,85,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=4.44f1N0kU1（变压器k=1，电机1 K 0）转子电量：转子频率 f2=（n0-n）p/60=Sf1,86,转矩特性图及其分析,T,n0,nN,Tst,TN,Tmax,0,n,SN:0.010.09,87,异步电机的其他特性：,（1）启动能力：Tst/TN:12.2（2）过载能力：m=Tmax/TN 普通：1.82.5 特殊：2.03.3 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。,88,89,三、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。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。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。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,（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,Y 132 M 4,S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=U11Il1cos1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。,96,（10）接法：星形Y 三角形,97,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,Tst,Tst,T,n0,99,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,Rp,Xp,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,101,0108,102,0309,103,104,105,106,半封闭电机IP23,107,变频、调速电机YVP,108,船用电机YH,109,电磁调速电机YCT,110,电动阀电机YDF,111,多速电机 YD,112,防爆电机 YB,113,高压电机 YK,114,高压电机 YRKS,115,高压柜式电机,116,列棍电机 YG,117,起重、冶金电机 YZR,118,绕线式电机 YR,119,制动电机 YEJ,120,五、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。,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。,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,125,电容式单相电动机,1.n0的产生 方向：超前转向滞后。A1 B1 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,127,3.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：,131,同步电机的直流电源与恒速,励磁电流 由直流发电机提供。由晶闸管整流提供。同步：n=60f/p n=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。,132,133,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，通入励磁电流，产生磁极，切入同步。同步电机也可以降压起动。,135,同步电机的特点：价高、复杂,启动操作复杂，必须配有自动启动设备。恒速性：用于须恒速的生产机械，如空气压缩机、水压机、水泵、传送带。同步电机用于低速、大功率的电力拖动场合，具 有极大的优越性。同步电机的功率因素是1.0，还可作为功率因素补 偿电机。,136,小型同步电动机：单相,转子没有绕组，定子与单相电动机相仿，采用电容式、罩极式。（1）永磁式转子 磁性体上有导条。（2）反应式转子 凸极式在磁场中反应出磁极，与定子的磁极形成磁阻转矩。（3）磁滞式 隐极式转子，在空心管外安装硬磁材料，与旋转磁场形成磁滞转矩。,137,转子图：永磁式、磁阻式、磁滞式,138,交流电动机的要点,三相交流电动机：旋转磁场、转子电流、电磁力矩。转矩特性、功率和效率。启动、反转和制动。单相异步电机，脉振磁场和启动方式。同步电动机，大型 和小型。转子种类和启动方法。,139,控制电机,在自动化系统中，许多小功率电动机在信号检测、转换、传递、控制、驱动起着重要的作用。四种控制电动机交流伺服电动机：有控制绕组的电机；数控机床用的步进电动机；测速发电机；自整角机。,140,单相电容式电机,141,交流伺服电动机,型号:交流 SK;直流 ZK 功率0.5100W,励磁绕组:U控制绕组:V控制绕组的相位决定方向，励磁绕组电压决定转矩。,142,可逆电机,伺服电机,143,二.测速发电机,U:励磁绕组;V:输出绕组.UV=kn,144,步进电机,145,步进电机与控制器,146,三、步进电动机 磁场:U相时,147,三、步进电动机 磁场:V相时,148,步进电机,控制器,149,力矩式,转子绕组,单相交流电,150,电机品种为什么会起来越多？,电动机由单纯的动力机械走向控制机械，其意义当然要比由于变速电机的产生替代了一变速器、变速箱的意义要大得多。由动力机走向控制电机，为诸多自动化装置、自动控制系统创造了条件和可能。机器人是一种智能化的机器，智能化的实现仅仅有计算机是不够的，必须有能够识别其指令的执行机构。,151,秦山核电站发电机转子,大电机的电刷,碳刷握与压簧,定子,152,鼠笼式电动机控制电路,控制电路图,显示,保护,电气图电源水平线动力垂直线控制依次序源、控、显、保,PE,153,控制电路的基本法则,自锁保护：自保自常开（并联）；联锁保护：联锁它常闭（串联）。启动用常开；停止用常闭。多地控制：启动并联常开；停止串联常闭；按钮联锁较灵活；双重联锁最保险。,154,点启动控制电器路,155,常用控制线路：点、常规、正反转,1.点启动 2.常规启动3.点-常规,156,多地-常规启动,157,异步电机的正反转控制,按钮联锁：1 接触器联锁：2,158,星-三角启动电路图,先“Y”启动 后“d”切换,159,星-三角启动电路图,160,定子串接电阻降压启动,161,正反转控制,162,三相异步电机反接制动,163,三相异步电机的能耗制动,164,接触器Y-启动控制线路,原理图,165,QX3-13自动Y-控制线路,原理图：,166,Y-自动控制线路接线图,动力与控制,167,异步电机的制动：反接、能耗,（1）反接制动：反向转矩形成制动。可使用切换开关和控制线路。（2）能耗制动:在切断交流电后,通入直流电。转子上的感应电流产生阻转矩。优点:制动平稳、无冲击、能准确停车。但需要直流电源和大功率电阻。（3）反转:电动机常见的方法是改变相序。,168,异步电动机常见故障,（1）通电后不能启动:电源、熔丝、热继电器。（2）电机的嗡嗡声:缺相运行,由导线、熔丝或开 关与接触器触点故障。（3）电机不能长动:自锁保护触点线路故障。（4）不能停车:停车按钮损坏或接触器主触点熔 焊而不能断开。（5）温升过高:过载、缺相、通风条件、摩擦。,169,第三节 变压器,变压器是电磁感应的静止电器三变:变压、变流、变阻抗电力输送、电气测量、阻抗匹配,170,变压器的用途,一般工业企业在生产中使用的电压是220V、380V交流电，该电源由发电厂供给电气设备。为了减少线路损失，远距离输电的电压都在35kV以上，这样高的电压，不能由交流发电机直接产生。发电机发出的电，必须用升压变压器将电压升高到所需的电压，进行远距离输电；而各类设备在使用电能时，必须用降压变压器将电压降到所需的电压。变压器在电力系统中是不可缺少的电气设备。,171,三相电力变压器、调压器,172,一、变压器的结构,173,174,175,干式变压器,176,177,变压器结构及原理图,变压器是静止电器；能同频的升降电压。互感原理,u1,e1,u2,e2,178,变压器的磁路,铁芯：层叠硅钢片，0.25 0.5mm。形状：芯式（单相）壳式,179,电路：原边、副边,电路由铜导线绕制而成，分成 同心式 交叠式,180,变压器的冷却系统、符号,自冷式：空气中自然冷却。油冷式：变压器全部浸入油中伴散热管。电路符号 工程符号,Tr,181,182,二、变压器的工作原理,电路图:原边有空载电流I0，是额定值 的2%8%。主磁通:漏磁通:0 没与副边交链 的磁通。,183,磁通、电势和电压,e1=-N1d/dt；e2=-N2d/dt设：=sinte1=-N1 m sin（t-/2）e2=-N2 m sin（t-/2）E1=E1m/=N1m/=4.44f1 N1m E1/E2=N1/N2=U1/U2=K 变压比：K,184,变压器的负载运行,负载图：电流、电压和电势三者一致。磁势平衡式:N1I1-N2I2=N1I0 N1I1=N1I0+N2I2 由于：I0 I1N 则有：,。,u1,e1,i1,u2,e2,i2,185,0106,186,阻抗变换：等效负载阻抗,等效的变换图 Z=U1/I1=KU2/（1/KI2）=K2 Z阻抗变换的意义：实现阻抗匹配、输出最大功率,187,变压器的额定值,单相变压器的额定容量：SN=U2NI2N U1NI1N；P2=S2cos 2输入功率：P1=U1I1cos1。功率损失：铜损耗 PCU=PCU1+PCU2铁损：PFe=Pe+Pk（磁滞与涡流损耗）效率：=（P2/P1)100%。,188,换流变压器,189,三、变压器的分类,三相变压器的铁心：心式。,=1+2+3=0,190,特殊变压器,自耦式变压器：原副为同一绕组 单相,191,自耦式变压器的特点,原、副边合一，省材料、不安全。电压连续可调的调压器，作为电机降压启动器。,192,单相与三相自耦式变压器,193,四、变压器铭牌,产品型号 SL7-500/10 标准代号 额定容量 500kVA 产品代号 额定电压 10kV 出厂序号 额定频率 50Hz 3相联接组别 Y，yn0阻抗电压 4%冷却方式 油冷使用条件 户外,电力变压器,中国电力变压器厂 2005 年 1 月,194,仪用互感仪,电压 电流 钳形表,195,各种钳形表,196,各种电流互感器,197,电压互感器,电流互感器,198,电焊机,交直流,