电机及电气控制.ppt
《电机及电气控制.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机及电气控制.ppt(47页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、电气控制与PLC应用技术,第3章电机及电气控制,Kunming University of Science&Technology,本章主要内容,3.1 电机的结构、基本工作原理及用途 3.2 通用变频器3.3 三相异步电机的起动控制线路 3.4 其它典型控制线路,Kunming University of Science&Technology,3.1 电机的结构、基本工作原理及用途,交流旋转电机包括异步电机和同步电机两大类,它们都是进行能量转换的装置。同步电机主要用作发电机,有时也用作电动机或调相机;异步电机主要用作电动机,很少用作发电机。3.1.1 三相异步电机 在工农业生产中,85以上的电
2、动机都采用异步电动机。主要优点:结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用,而且有较高的效率和相当好的工作特性。主要缺点:目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收滞后的无功功率;在电网负载中,异步电动机所占的比重较大,这个滞后的无功功率对电网是一个相当重的负担,它增加了线路损耗、妨碍了有功功率的输出。当负载要求电动机单机容量较大而电网功率因数又较低的情况下,最好采用同步电动机来拖动。,Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,1异步电机的结构 主要由两部分组成:定子(包括定子铁芯、定子绕组等)、转子(包括转
3、子铁芯、鼠龙绕组等)。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。如图3.1所示。,图3.1 三相异步电动机结构示意图,1-散热筋 2-吊环,3-转轴,4-定子铁心,5-定子绕组,6-转子,7-风扇,8-罩壳,9-转子铁心,10-鼠笼绕组,11-轴承,12-机座,13-接线盒,14-端盖,15-轴承盖,Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,(1)定子 由机座、圆筒形铁芯、三相对称定子绕组组成。定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。定子绕组镶嵌在定子铁心中,通过电流时产生感应电动势,实现电能量转换。机座的作用主要是固定和
4、支撑定子铁心。(2)转子 电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势,通过电流而产生电磁转矩。转轴是输出机械功率的主要部件。根据构造上的不同,异步电机分为:笼型和绕线型。笼型的转子绕组做成鼠笼状。就是在转子铁芯的槽中嵌入铜条。其两端用端环连接。或者在槽中浇铸铝液。其外形像个鼠笼,笼型电机转子如图3.2所示。,Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,图3.2 鼠笼式电动机转子,图3.3 绕线式电动机示意图,绕线转子异步电动机。绕线式绕组是一个对称三相绕组,但三相绕组
5、总是接成Y形,三个始端分别与三个滑环相联接,滑环外缘又与三个静止的电刷相接触再和外电路联接。借此,转子绕组既能自身短路又能把外加电阻器或电抗器引入转子电路,以改善电动机的运行性能。绕线型异步电动机结构比较复杂,造价稍高,通常只用于要求起动电流较小、起动转矩较大、调速范围较广的场合。,Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,2异步电机的基本工作原理 当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时,就产生了一个以同步转速1沿定子和转子内圆空间作旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以1转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁
6、场而产生感应电动势。由于转子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。这个旋转速度即为同步转速n1,它和定子电流的频率f1以及电机的极对数p有关。,式(3.1),Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,在图3.4中,用磁极N和S来表示定子绕组产生的旋转磁场。假定转子上有某一根导体a。利用右手定则,得导体a中的电势方向,它是穿出纸面指内读者的。利用左手定则可以定出导体a的受力
7、方向。导体a产生的转矩是迫使转子跟着定子旋转磁场旋转。转子导体和转矩随着转子转速的升高,定子旋转磁场切割转子导体的转速越来越小,只要转子转速低于气隙旋转磁场的转速,转子导体和气隙旋转磁场之间会有相对运动,转子导体中就会产生电流,并形成电磁转矩。异步电动机的转子导体中本来没有电流,转子导体电流是靠切割旋转磁场后产生出来的,所以转子中的电流是感应出来的。因此异步电动机也称为感应电动机。,图3.4 转子导体和转矩,Kunming University of Science&Technology,3.1.1 三相异步电机,3异步电动机的转速 异步电动机在运行时,其转速不可能达到同步转速1,因为如果1,
8、则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动,因而转子导体中不可能感应出电势和电流,也就不能产生使转子旋转的电磁转矩M。转速n总是略低于同步转速1的。1与之差称为“转差,转差(1-)的存在是异步电动机运行的必要条件。转速差(1-)与同步转速1之比,称为转差率。式(3.2)异步电动机正常运行时,其转差率变化不大,空载时的转差率在0.005以下,额定负载时的转差率在0.020.05。,Kunming University of Science&Technology,3.1 电机的结构、基本工作原理及用途,3.1.2 三相同步电机 同步电机由于在稳态时它们能够以恒定转速、恒定频率运行,所以称为同步电机。与异
9、步电机相比较,同步电机的特点是转子的转速n与定子产生旋转磁场的转速n1相等,且与频率f1之间具有固定不变的关系,n60 f1p 同步电机主要用作为发电机,亦可用作为电动机或补偿机。1同步电机的基本结构 同步发电机、电动机或补偿机它们的结构类似,由定子和转子两大部分组成的。同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。旋转电枢式的电枢装设在转子上,主磁极装设在定子上,这种结构在小容量同步电机中得到一定的应用。在旋转磁极式电机里,电枢装设在定子上,主磁极装设在转子上。目前旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。,Kunming University of Science&Technolo
10、gy,3.1.2 三相同步电机,图3.5 同步电机的转子结构,2同步电机的基本工作原理 当转子直流励磁绕组送入直流励磁电流后,转子磁极显出固定极性,转子转起来后,磁场切割定子绕组,或者说定子绕组做切割磁力线运动,三相对称绕组中将感生出三相对称电动势,成为三相交流电源。发电机向共同的大电网供电,这就对同步发电机的频率要求很严,我国电网频率为50Hz,所以发电机发出的电动势频率也必须为50Hz。,图3.6 同步电机模型图,Kunming University of Science&Technology,3.1.2 三相同步电机,3同步电机的主要用途(1)作发电机 在现代电力系统中,几乎全部的电网电
11、能都是由同步发电机供给。(2)作电动机 同步电动机虽然因结构较复杂,价格较贵,起动麻烦,其应用不如异步电动机广泛,但它具有转速恒定及功率因数可调的特点,因此在电力拖动系统中常用来拖动恒速运转的大、中型低速机械。例如鼓风机、水泵、压缩机、球磨机等。(3)作调相机 调相机又叫补偿机,用来向电网输送电感性或电容性的无功功率,以补偿电网中负载所需的无功功率,从而改善电网的功率因数。,Kunming University of Science&Technology,3.1 电机的结构、基本工作原理及用途,3.1.3 单相异步电动机 1单相异步电动机的结构 单相异步电动机是用单相交流电源供电。通常单相异步
12、电机定子上有两相绕组,一为主绕组(或称工作绕组),一为辅助绕组(或称起动绕组),,两绕组在空间有相位差,一般为90电角度。转子为结构简单的笼型绕组。与三相异步电动机主要区别:三相异步电动机的定子、转子绕组和绕组的电压、电流般都是对称的、工作时气隙磁场是圆形旋转磁场,而单相异步电动机的绕组是不对称的,绕组的电压、电流一般也是不对称的,工作时气隙磁场是椭圆形旋转磁场。,Kunming University of Science&Technology,3.1.3 单相异步电动机,2单相异步电动机的起动方法 单相异步电动机起动方法有多种,最为广泛的是电容式电动机。电容电动机是将主绕组固定接单相电流,辅
13、助绕组串联电容器后接单相电源。电容的作用使主、辅助绕组电流不相同,合理选择电容器和主辅绕组匝数,使起动或额定运行时气隙磁场接近圆形旋转磁场,因而有较高的起动转矩或较好的运行性能。根据电容器的不同串接方式电容电动机又可分为单相电容运转异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相双电容异步电动机三种。如图3.8所示。,图3.8 单相电容电动机,Kunming University of Science&Technology,3.1 电机的结构、基本工作原理及用途,3.1.4 直流电机 直流电机既可作发电机用,也可作电动机用。直流电机与交流电机相比,直流电机结构复杂,价格较高,维护麻烦,应用远不如交流电
14、机广泛。直流发电机在很多应用领域里,正在被性能优良、价格低廉、节能的电力电子器件组装的整流器所取代。但是直流电动机仍具有许多交流电动机所不及的优点,如起动转矩大、平滑调速的范围宽广,而且易于控制。对调速要求较高的轧钢机、大型机床以及需要较大起动转矩的起重设备、电气铁道牵引等方面,直流电动机有广泛的应用。由于直流发电机供电波形好,在电镀、电解和电冶炼中仍用作电源设备。,Kunming University of Science&Technology,3.1.4 直流电机,1直流电机的基本原理 图3.9所示为直流电机工作原理的简单模型图。为了使电枢与外电路连通,特别装置了两把电刷A和B。当在A和B
15、电刷间通上电源时,电枢线圈里就有电流通过,在图示位置时,电流在导体ab段的流向是ab,则导体ab受力的方向是向左,电流在导体cd段的流向是cd,则导体cd受力的方向且问右,这两个力构成了一个力矩,称为电磁转矩,在这个转矩作用下克服电机轴上的阻转矩,电机转子逆时针方向旋转起来。,图3.9 直流电机模型,Kunming University of Science&Technology,3.1.4 直流电机,2直流电机的结构 直流电机的结构形式很多,但总体上不外乎由定子(静止部分)和转子(运动部分)两大部分组成。,图3.10 直流电机的结构图,图3.11 直流电机的横剖面示意图,Kunming Un
16、iversity of Science&Technology,3.2 通用变频器,通用变频器是指可以应用于通用交流电动机调速控制的变频器。由于通用变频器强调通用性,不但从控制思想上有其内在的通用性能,同时也将现场经验和应用技巧不断地融入控制策略中,使其功能不断地得到充实和加强,智能化的特征也越来越明显。交流电动机变频调速是利用交流电动机的同步转速随频率变化的特性,通过改变交流电动机的供电频率进行调速的方法。实践证明,在异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好,它调速范围大、稳定性好、可靠性高、运行效率高和高的功率因数及节电效果。所以,通用变频器已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、
17、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、改善环境、推动技术进步的主要手段之一。,Kunming University of Science&Technology,3.2 通用变频器,3.2.1 通用变频器的发展趋势(1)模块化:将整流电路、逆变电路、逻辑控制、驱动和保护、电源回路全部集成在一个模块内,使整机的元器件数量比原来减少了40以上,可靠性得到很大提高。(2)专用化:满足现场控制的需要,派生了许多专用机型,如风机、水泵、空调专用型,注塑机专用型,电梯专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型等。(3)软件化:具有多种内置或可选的专用应用软件。(4)网络化:内装多种兼容的通信接口,支持多种不同的
18、通信协议。(5)低电磁噪声、静音化:采用高频载波SPWM方式实现静音化。(6)图形化用户界面:提供下拉式菜单、图形工具、中文菜单等监控操作功能。(7)引导式调试步骤:变频器内固化“调试指南”,可引导操作者的调试步骤。(8)参数趋势图形:记录运行参数,显示实时运行状态。(9)自定义编程:将选项权交给用户,并且不需要使用专门的编程工具或编程语言即可实现,程序由功能块组成。,Kunming University of Science&Technology,3.2.1 通用变频器的发展趋势,(10)IGBT制造新技术:具有开关损耗小,正温度系数,易于实现高压的特点,简化逆变器驱动和保护电路设计。(11
19、)有源电力滤波器:从补偿对象中校测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电流只含基波分量。(12)交、直流制动方式:直流制动是当电动机的速度低于预设的制动速度时、变频器开始给电动机注入直流电压,使电动机停止运转。交流制动是一种磁通制动方式,就是当变频器得到停机命令后立即启动制动功能,制动速度比直流制动快,制动能量以电动机发热的形式消耗掉。虽然发展变频驱动技术最初的目的主要是为了节能,但是随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展,电力半导体器件和微处理器的性能不断提高,变频驱动技术也得到了显著发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用,变频器的性能不断得
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 电气控制
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6391255.html