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1、机床电气系统装调与维修机床电气系统装调与维修王民权王民权 刘萍刘萍 梅晓妍梅晓妍宁波职业技术学院宁波职业技术学院模块模块1：变压器与电动机：变压器与电动机1-1 变压器的工作原理变压器的工作原理1-2 变压器的计算与选择变压器的计算与选择1-3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1-4 三相异步电动机三相异步电动机的运行的运行王民权王民权宁波职业技术学院宁波职业技术学院 教授教授1-4 1-4 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行学习内容学习内容1-4-1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1-4-2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动1-4-3 三相异步
2、电动机的调速三相异步电动机的调速1-4-4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动学习目标学习目标u了解三相异步电动机的机械特性了解三相异步电动机的机械特性u熟悉三相异步电动机的起动方法熟悉三相异步电动机的起动方法u了解三相异步电动机的调速方法了解三相异步电动机的调速方法u熟悉三相异步电动机的制动方法熟悉三相异步电动机的制动方法1-4-1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1.1.电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩转矩常数矩常数主磁通主磁通转子子电流流转子功率因数子功率因数电动机的机械特性是分析电动机起动、运行、调速的基础。电动机的机械特性是分析电动机起动、运行、调速的基础。定子
3、定子线圈圈结构系数构系数转子子线圈圈结构系数构系数2.2.电动机的机械特性电动机的机械特性最大转矩最大转矩启动转矩启动转矩额定转矩额定转矩机机械械特特性性：电电动动机机转转速速与与输输出转矩之间的关系曲线。出转矩之间的关系曲线。D：额定定工工作作点点，对应的的是是额定定转矩矩-额定定转速速。AB：稳定定运运行行段段。随随着着负载转矩矩的增加，的增加，电动机机转速速略有略有下降；下降；BC：启启动运运行行段段，处于于不不稳定的定的过渡状渡状态。Tn sTstOnNsmADBCTNTm 电动机若要带负电动机若要带负载起动，起动转矩载起动，起动转矩Tst 必须大于必须大于必须大于必须大于转轴上转轴上
4、的负载转矩的负载转矩TL。3.3.关键参数分析关键参数分析-1-1 额定额定转矩转矩TN：电动机在额定电压电动机在额定电压下，驱动额定负载，输出额定功率下，驱动额定负载，输出额定功率(kW)时的电磁转矩时的电磁转矩(N m)。最大转矩最大转矩Tm：电动机输出的电动机输出的最大转矩最大转矩如果如果负载转矩大于最大电磁转矩，即负载转矩大于最大电磁转矩，即T LTm电动机停转电动机停转(闷车闷车)电动机电动机电流过电流过大大绕组烧毁绕组烧毁过载系数过载系数3.3.关键参数分析关键参数分析-2-2 起动起动转矩转矩Tst：异步电动机接通电源尚未转动时的转矩异步电动机接通电源尚未转动时的转矩此时转速此时
5、转速n=0，s=1起动转矩倍数起动转矩倍数学与练学与练【例例1-4-1】一台三相异步电动机额定功率一台三相异步电动机额定功率30KW，Tst/TN=1.7，额定电压额定电压380V，形联结。为减小启动电流，该电机采用降压形联结。为减小启动电流，该电机采用降压启动。启动电压为额定电压的启动。启动电压为额定电压的65%。试问当负载转矩为额定转。试问当负载转矩为额定转矩的矩的80%和和50%时，该电动机能否起动？时，该电动机能否起动？【解解】通过本例了解电机的启动转矩与启动电压的关系通过本例了解电机的启动转矩与启动电压的关系Tst=1.7TN Tst=0.652 Tst=0.652 1.7TN 0.
6、7 TN Tst 0.7 TN0.5TN带带50%额定负载能起动额定负载能起动 当启动电压为当启动电压为0.65UN时，起动转矩为：时，起动转矩为：启动转矩与额定转矩的关系为：启动转矩与额定转矩的关系为：1-4-2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 起动：电动机从转子起动：电动机从转子开始转动到稳定运转的开始转动到稳定运转的过程。在起动过程。在起动瞬间，瞬间，n=0，s=1，转子感应电势转子感应电势E2最大，最大，Ist最大。最大。电机启动的特点：电机启动的特点：起动转矩大起动转矩大，能够带负载甚至重载启动，能够带负载甚至重载启动 起动电流大，引起起动电流大，引起电动机本身电动机本身发
7、热发热 使得母线使得母线电压降低电压降低，影响同一母线其他设备正常运行，影响同一母线其他设备正常运行续续 根据电动机起动的特点和运行要求，电动机有以下几种起根据电动机起动的特点和运行要求，电动机有以下几种起动形式：动形式：全压起动全压起动 降压起动降压起动 定子绕组串电阻起动定子绕组串电阻起动 Y-降压起动降压起动 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动*转子串电阻起动（绕线式异步电动机）转子串电阻起动（绕线式异步电动机）L1L2L3U11V11W11MM33WUVQFFU1.1.全压起动全压起动优点优点设备设备简单，操作方便，启简单，操作方便，启动时间短。动时间短。缺点缺点启动启动电流较大电流
8、较大，线路，线路电压电压下降，影响负载正常工作。下降，影响负载正常工作。适用范围适用范围容量容量10kW以下的电动机以下的电动机 全压起动是全压起动是将电动机直将电动机直接接到额定电压接接到额定电压上进行起动，上进行起动，又叫又叫直接起动。直接起动。MM33L1L2L3U11V11W11WUVQFFUMM332.2.降压起动降压起动-1-1 降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。压器的副边进行起动。定子绕组
9、串电阻起动定子绕组串电阻起动MM33SR电路原理路原理2.2.降压起动降压起动-2-2 降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。压器的副边进行起动。MM33SR起动过程起动过程 定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动2.2.降压起动降压起动-3-3优点优点设备设备简单，操作方便简单，操作方便，可有效降低，可有效降低起动电流。起动电流。缺点缺点起动过程消耗能量，起动转矩变小，起动过程消耗能量，起动转矩变小
10、，可空载或轻载起动。可空载或轻载起动。适用范围适用范围大容量、不宜重载起动的电动机大容量、不宜重载起动的电动机 降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，降压起动的方式比较多，可以通过定子绕组串电阻起动，也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变也可以通过电机绕组的接线变化实现，还可以把电动机接在变压器的副边进行起动。压器的副边进行起动。MM33SR运行运行过程过程 定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动 Y-降压降压起动运行起动运行-1 Y-起动运行是指电动机起动运行是指电动机Y Y形接线起动，形接线起动，形接线运行形接线运行的一的一种降压起动方式。电路原理与接线方
11、式如下图所示。种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。电路原理路原理图SU1V1W1U2V2W2接接线线盒盒 Y-降压降压起动运行起动运行-2 Y-起动运行是指电动机起动运行是指电动机Y形接线起动，形接线起动，形接线运行的一形接线运行的一种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。SU1V1W1U2V2W2Y形起动形起动 Y-降压降压起动运行起动运行-3 Y-起动运行是指电动机起动运行是指电动机Y形接线起动，形接线起动，形接线运行的一形接线运行的一种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。种降压起动方式。电路原理与接线方式如下图所示。S
12、U1V1W1U2V2W2 形形运行运行优点优点设备简单设备简单 操作方便操作方便起动电流：起动电流：IYst=I st 1/3缺点缺点起动转矩：起动转矩：TYst=T st 1/3可空载或轻载起动可空载或轻载起动适用范围适用范围仅适合正常运行仅适合正常运行 接法接法不宜重载起动的电动机不宜重载起动的电动机学与练学与练【例例1-4-2】某三相异步电动机某三相异步电动机定子绕组定子绕组采用采用 接法，接法，电源电压电源电压 380V，IN=20A，Ist/IN=7，Tst/TN=2，试进行以下计算，试进行以下计算：接法时的接法时的起动起动电流电流I st Y接法时接法时的起动电流的起动电流IYst
13、若负载若负载转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的80%，可否采用，可否采用Y-起动起动电动机电动机【解解】通过本例熟悉通过本例熟悉Y-降压起动电路参数的计算降压起动电路参数的计算 接法时的接法时的起动起动电流电流 Y接法时接法时的起动电流的起动电流I st=7 IN=7 20=140AIYst=I st 1/3 47A 负载转矩为额定转矩的负载转矩为额定转矩的80%TYst=T st 1/3=2 1/3TN=0.67TN0.8TN-不能采用不能采用Y-方式起动运行方式起动运行 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动-1 自耦变压器降压起动是一种把电动机接在自耦降压器副边，自耦变压器降压起动是一种把电
14、动机接在自耦降压器副边，可根据电机性质调整起动电压的起动方式。可根据电机性质调整起动电压的起动方式。电路原理电路原理SU1U2UVW 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动-2 自耦变压器降压起动是一种把电动机接在自耦降压器副边，自耦变压器降压起动是一种把电动机接在自耦降压器副边，可根据电机性质调整起动电压的起动方式。可根据电机性质调整起动电压的起动方式。设自耦变压器的设自耦变压器的U2/U1=n，则，则起动电流：起动电流：Ist=n2Ist起动转矩：起动转矩：Tst=n2TstS降压起动降压起动U1U2UVW优点优点起动电压、电流可调起动电压、电流可调适合适合Y接和接和 接的电动机接的电动机缺
15、点缺点需要专用设备需要专用设备适用范围适用范围容量大、正常运行不宜重载容量大、正常运行不宜重载起动的电动机起动的电动机学与练学与练【例例1-4-3】一台三相笼型异步电动机一台三相笼型异步电动机，铭牌数据如下。，铭牌数据如下。fPN工作电压工作电压接法接法nN Ncos NIst/INTst/TN50HZ20KW220/380V/Y970 r/min91.5%0.847.02.0试求以下参数：试求以下参数：（1）若电源电压为）若电源电压为380V，电机应采取何种方式接线？，电机应采取何种方式接线？（2）若电源电压为）若电源电压为220V，电机应采取何种方式接线？此时把，电机应采取何种方式接线？此
16、时把电机接在自耦降压器二次侧进行降压启动，二次侧有电机接在自耦降压器二次侧进行降压启动，二次侧有80%、70%、60%三个电压抽头。此时若负载转矩为额定转矩的三个电压抽头。此时若负载转矩为额定转矩的80%，为减小启动电流，选择哪个电压抽头进行启动最合适，为减小启动电流，选择哪个电压抽头进行启动最合适？此时的启动转矩、启动电流各为多少？此时的启动转矩、启动电流各为多少？【解解】通过本例学习自耦变压器通过本例学习自耦变压器降压起动电路参数的计算降压起动电路参数的计算若电源电压为若电源电压为380V，电机应采取，电机应采取Y型接线，满足电机型接线，满足电机正常运行。正常运行。续续【例例1-4-3】一
17、台三相笼型异步电动机一台三相笼型异步电动机，铭牌数据如下。，铭牌数据如下。fPN工作电压工作电压接法接法nN Ncos NIst/INTst/TN50HZ20KW220/380V/Y970 r/min91.5%0.847.02.0若电源电压为若电源电压为220V，为满足电机正常运行，电机应采，为满足电机正常运行，电机应采取取型接线。此时电机接在自耦变压器的二次侧，二次型接线。此时电机接在自耦变压器的二次侧，二次侧的三个抽头对应的启动转矩分别为：侧的三个抽头对应的启动转矩分别为：Tst=0.82 2TN=1.28TNTst=0.72 2TN=0.98TNTst=0.62 2TN=0.72TN通过
18、与负载转矩通过与负载转矩0.8TN对比，二次侧为对比，二次侧为0.7的的电压抽头最合适。电压抽头最合适。此时的启动转矩和启动电流分别为：此时的启动转矩和启动电流分别为：Tst=0.72 2TN=0.98 9550 20/970=193N.mIst=0.72 7IN=0.49 7 68.3=234.3AIN=PN/(N cos N 1.732 220)=68.3A3.*3.*转子绕组串电阻起动转子绕组串电阻起动 转子串电阻是绕线式异步电动机独有的起动方式。转子串电阻是绕线式异步电动机独有的起动方式。定子定子转子子电阻电阻优点：优点：起动电流小，起动转矩大起动电流小，起动转矩大起动和调速性能起动和
19、调速性能都优于鼠笼式异步都优于鼠笼式异步机机缺点缺点结构复杂结构复杂，维修，维修不易、造价不易、造价较较高高。UVWr2R2起动电流起动电流起动转矩起动转矩1-4-3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 为满足生产需要，电机需要在负载不变时，通过改变电机为满足生产需要，电机需要在负载不变时，通过改变电机参数实现电机速度的调整。异步电动机转速公式如下：参数实现电机速度的调整。异步电动机转速公式如下：1.改改变极极对数数2.改改变转差率差率3.改改变电源源频率率 改变极对数调速改变极对数调速U1iViUiWV2W2W1V1U2U1iViUiWV2W2W1V1U2U3U4V2V4W3W4优点：
20、优点：方法简单，仅需简单设备即可实现方法简单，仅需简单设备即可实现缺点缺点不能连续调速不能连续调速1对磁极磁极2对磁极磁极多多对磁极磁极 改变转差率调速改变转差率调速-1 电磁转矩电磁转矩T与转子电阻与转子电阻R2和转差率和转差率s的关系为：的关系为：定子定子转子子电阻电阻UVWr2R2Tn1A(sN)R2TstO 改变转差率调速改变转差率调速-2 电磁转矩电磁转矩T与转子电阻与转子电阻R2和转差率和转差率s的关系为：的关系为：Tn1A(sN)B(s1)R2R2TstTstO 当转矩相同时，随着转子电当转矩相同时，随着转子电阻的增加，转速与转差率的关阻的增加，转速与转差率的关系如下图所示。系如
21、下图所示。定子定子转子子电阻电阻UVWr2R2 改变转差率调速改变转差率调速-3 电磁转矩电磁转矩T与转子电阻与转子电阻R2和转差率和转差率s的关系为：的关系为：Tn1A(sN)B(s1)R2R2R2TstTstTstOsB(s2)当转矩相同时，随着转子电当转矩相同时，随着转子电阻的增加，转速与转差率的关阻的增加，转速与转差率的关系如下图所示。系如下图所示。定子定子转子子电阻电阻UVWr2R2 改变转差率调速改变转差率调速-4Tn1A(sN)B(s1)R2R2R2TstTstTstOsB(s2)优点：优点：可连续、平滑调速可连续、平滑调速缺点缺点需要专用设备，转子消耗能量需要专用设备，转子消耗
22、能量定子定子转子子电阻电阻UVWr2R2 改变电源频率调速改变电源频率调速 定子旋转磁场与电源频率的关系为：定子旋转磁场与电源频率的关系为：实现过程实现过程交流交流优点：优点：可连续、平滑调速可连续、平滑调速缺点缺点需要较昂贵的专用设备，造价、运行费用高需要较昂贵的专用设备，造价、运行费用高50Hz交交流流电源源变频器器1-50Hz交流交流电源源整流整流直流直流交流交流逆变逆变1-4-4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动-1 电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。为了
23、安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动(*)。1.1.能耗制动能耗制动SU V W未未运行时运行时1-4-4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动-21.1.能耗制动能耗制动正常运行正常运行SU V W 电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动常用的制动方法有能耗制动、反接制动和
24、回馈制动(*)。1-4-4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动-31.1.能耗制动能耗制动+-能耗制动能耗制动SU V W 当交流电源当交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，断开后，把直流电通入两相绕组，产生恒定不产生恒定不变的磁场变的磁场，这个磁场对任意转向的电机转子均有制动作用，这个磁场对任意转向的电机转子均有制动作用。优点：优点：电动机可迅速停止电动机可迅速停止缺点缺点需要专用设备，定子线圈消耗能量需要专用设备，定子线圈消耗能量 电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。电动机断电后由于惯性的作用，要过一段时间才能停下来。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停
25、转。为了安全和提高生产效率，需要通过制动让电动机迅速停转。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动(*)。2.2.反接制动反接制动-1-1 反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。反向磁场可使电机迅速停转。正常运行正常运行U V W2.2.反接制动反接制动-2-2 反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。反向磁场可使电机迅速停转。反接制反接制动U V W优点：优点：受到反向作用
26、力，可使电动机迅速停止受到反向作用力，可使电动机迅速停止不需专用设备，造价低。不需专用设备，造价低。缺点缺点反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。2.2.反接制动反接制动-3-3 反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反接制动是在电机切除电源时，通入反向交流电，产生的反向磁场可使电机迅速停转。反向磁场可使电机迅速停转。反接制反接制动RU V W优点：优点：受到反向作用力，可使电动机迅速停止受到反向作用力，可使电动机迅速停止不需专用设备，造价低。不需专用设备，造价低。
27、缺点缺点反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定反接制动时，旋转磁场与电动机转速相反，定子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。子电流大，对电机绕组和传动部件危害大。措施措施为限值制动电流，制动时一般要在主回路中串为限值制动电流，制动时一般要在主回路中串入电阻，防止电机绕组过热。入电阻，防止电机绕组过热。小结小结 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩 电动机的机械特性电动机的机械特性Tn sTstOnNsmADBCTNTm 电动机的起动转矩电动机的起动转矩续续 电动机的起动电动机的起动全压起动全压起动降压起动降压起动定子绕组串电阻、定子绕组串电阻、Y-起动运行、自耦变压器降压起动起动运行、自耦变压器降压起动转子绕组串电阻启动转子绕组串电阻启动 电动机的调速电动机的调速变频调速变频调速变极对数调速变极对数调速变转差率调速变转差率调速 电动机的制动电动机的制动能耗制动、反接制动、能耗制动、反接制动、*回馈制动回馈制动