簡介:第15章電機與電氣控制技術,151磁路與變壓器,152異步電動機,153同步電動機,154直流電動機,155控制電機,156電氣控制技術基礎,,151磁路與變壓器1磁路基礎與磁路定律2變壓器的工作原理3變壓器的使用4特殊變壓器簡介,,磁路主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。構成磁路的重要材料是鐵磁性材料。,1磁路基礎與磁路基本定律,1)磁路基礎,線圈通入電流后,產(chǎn)生磁通,分主磁通和漏磁通。,2)磁路計算中的基本物理量,與磁場方向相垂直的單位面積上通過的磁通(磁力線)。,二、磁導率,表征各種材料導磁能力的物理量,三、磁場強度H,磁場強度是計算磁場所用的物理量,其大小為磁感應強度和導磁率之比。,磁性材料的磁性能,一安培環(huán)路定律(全電流律),,3磁路的基本定律,磁場中任何閉合回路磁場強度的線積分,等于通過這個閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和,電流方向和磁場強度的方向符合右手定則,電流取正;否則取負。,在無分支的均勻磁路(磁路的材料和截面積相同,各處的磁場強度相等)中,安培環(huán)路定律可寫成,磁路長度L,線圈匝數(shù)N,,HL稱為磁壓降。,總磁動勢,在非均勻磁路(磁路的材料或截面積不同,或磁場強度不等)中,總磁動勢等于各段磁壓降之和。,例,對于均勻磁路,二磁路的歐姆律,磁路和電路的比較(一),磁路,電路,,磁通,,,,,,,,,I,N,,,,R,,,,_,E,,,,I,磁壓降,磁動勢,,U,,基本定律,磁阻,磁感應強度,安培環(huán)路定律,磁路,,,,,,,,,,I,N,,,歐姆定律,電阻,電流強度,基氏電壓定律,基氏電流定律,,,,,,磁路與電路的比較二,,電路,,R,,,_,E,,,,I,,,,,,勵磁電流在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流,4磁路的分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,U,,一直流磁路的分析,直流磁路的特點,直流磁路和電路中的恒壓源類似,(R為線圈的電阻),電路方程,一般情況下很小,二交流磁路的分析,,假設,則,最大值,有效值,,,,,,,,,,,,,,U,,,,,I,交流磁路的特點,交流磁路中磁阻對電流的影響,電磁鐵吸合過程的分析,在吸合過程中若外加電壓不變,則基本不變。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,U,,U不變,I不變),I隨RM變化),(U不變時,基本不變),直流磁路,交流磁路,,,,磁路小結,,,,(,隨RM變化),變壓器功能,2變壓器的工作原理,變壓器應用舉例,單相變壓器,變壓器的基本結構和工作原理,一結構,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,工作過程,空載運行原邊接入電源,副邊開路。,接上交流電源,二工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(方向符合右手定則),,,結論改變匝數(shù)比,就能改變輸出電壓。,K為變比,原、副邊電壓關系,根據(jù)交流磁路的分析可得,時,(變電壓),負載運行,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z,,副邊帶負載后對磁路的影響在副邊感應電壓的作用下,副邊線圈中有了電流I2。此電流在磁路中也會產(chǎn)生磁通,從而影響原邊電流I1。但當外加電壓、頻率不變時,鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負載時基本不變。帶負載后磁動勢的平衡關系為,結論原、副邊電流與匝數(shù)成反比,由于變壓器鐵芯材料的導磁率高、空載勵磁電流很小,可忽略。即,原、副邊電流關系,(變電流),,(變阻抗),原、副邊阻抗關系,從原邊等效,結論變壓器原邊的等效負載,為副邊所帶負載乘以變比的平方。,阻抗變換舉例揚聲器上如何得到最大輸出功率,求負載上得到的功率,解(1)將負載直接接到信號源上得到的輸出功率為,(2)將負載通過變壓器接到信號源上。,輸出功率為,結論由此例可見加入變壓器以后,輸出功率提高了很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條件(信號源內(nèi)、外阻抗差不多相等)。,?額定電壓變壓器副邊開路(空載)時,原、副邊繞組允許的電壓值。,?額定電流變壓器滿載運行時,原、副邊繞組允許的電流值。,1變壓器的銘牌數(shù)據(jù)(以單相變壓器為例),3變壓器的使用,注意變壓器幾個功率的關系,2變壓器的效率?,為防止渦流損失,鐵芯一般由一片片導磁材料疊合而成。,3變壓器的外特性,副邊輸出電壓和輸出電流的關系。即,U20原邊加額定電壓、副邊開路時,副邊的輸出電壓。,當電流流入兩個線圈或流出)時,若產(chǎn)生的磁通方向相同,則兩個流入端稱為同極性端(同名端)?;蛘哒f,當鐵芯中磁通變化(增大或減小)時,在兩線圈中產(chǎn)生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。,同極性端同名端,4變壓器繞組極性及連接方法,電器使用時兩種電壓(220V/110V)的切換,220V聯(lián)結2-3,110V聯(lián)結1-3,2-4,線圈的接法,220V聯(lián)結2-3,勵磁,兩種接法下線圈工作情況的分析,110V聯(lián)結1-3,2-4,220V聯(lián)結2-3,,問題1在110V情況下,如果只用一個繞組(N),行不行,答不行(兩繞組必須并繞),原邊有兩個相同繞組的電源變壓器(220/110),使用中應注意的問題,問題2如果兩繞組的極性端接錯,結果如何,結論在極性不明確時,一定要先測定極性再通電。,答有可能燒毀變壓器,方法一交流法,,同極性端的測定方法,若說明A與A或X與X為同極性端。,測量,方法二直流法,,變壓器設計中的一些概念1,定鐵芯窗口,定導線直徑,,,,在同樣變比情況下,匝數(shù)多好,還是少好,變壓器設計中的一些概念2,1自耦變壓器,,,4特殊變壓器簡介,使用時,改變滑動端的位置,便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意原、副邊千萬不能對調使用,以防變壓器損壞。因為N變小時,磁通增大,電流會迅速增加。,2電壓互感器用低量程的電壓表測高電壓,,被測電壓電壓表讀數(shù)?N1/N2,3電流互感器用低量程的電流表測大電流,被測電流電流表讀數(shù)?N2/N1,152異步電動機,1三相異步電動機的結構與工作原理2三相異步電動機的機械特性3三相異步電動機的使用4單相異步電動機,,,交流電動機,電動機,直流電動機,,他勵、并勵、串勵、復勵,電動機的分類,,,,,1三相異步電動機的結構與工作原理,,磁極旋轉,導線切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢,,導線長,切割速度,(右手定則),,,,,,,,異步,2線圈比磁場轉得慢,三相異步機的結構,轉子在旋轉磁場作用下,產(chǎn)生感應電動勢或電流。,三相定子繞組產(chǎn)生旋轉磁場。,旋轉磁場的產(chǎn)生,,,,,,,,,,,,,A,Y,C,B,Z,異步機中,旋轉磁場代替了旋轉磁極,,,,,,,,電流出,?電流入,,,,,,,X,,,合成磁場方向向下,,,,,同理分析,可得其它電流角度下的磁場方向,,,,,旋轉方向取決于三相電流的相序。,改變電機的旋轉方向換接其中兩相,,,,,,,,,旋轉磁場的旋轉方向,旋轉磁場的轉速大小,,,,,,極對數(shù)(P)的概念,極對數(shù)(P)的改變,,將每相繞組分成兩段,按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。,極對數(shù),,,極對數(shù)和轉速的關系,三相異步電動機的同步轉速,,極對數(shù),每個電流周期磁場轉過的空間角度,同步轉速,,,,,電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系,電動機轉速,轉差率的概念,異步電機運行中,轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。即,例異步電動機的額定轉速NN720R/MIN,電源頻率為50HZ,求電機是幾極額定轉差率是多少,解,額定轉速接近同步轉速N0750R/MIN,該電機是8極電機,1三相異步電動機的“電-磁”關系,2三相異步電動機的機械特性,,,,取決于轉子和旋轉磁場的相對速度,,,轉子功率因數(shù),電磁轉矩T轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉距之總和。,常數(shù),每極磁通,轉子電流,轉子電路的,轉矩公式的推導,得到轉矩公式,2三相電動機的機械特性,,根據(jù)轉矩公式,可見,轉矩特性曲線會出現(xiàn)最大值TMAX,轉差率為臨界轉差率SM,三個結論,,(1)T、TMAX與U1成正比,(2)TMAX與R2無關,(3)SM與R2成正比,三個重要轉矩,,,N0,T,N,,(牛頓米),如果電機將會因帶不動負載而停轉。,,,N0,T,N,,,求解,,過載系數(shù),三相異步機,,,,,N0,T,N,,電動機的自適應負載能力,電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整,這種能力稱為自適應負載能力。,直至新的平衡。此過程中,時,電源提供的功率自動增加。,機械特性和電路參數(shù)的關系,,,,與電壓的關系,結論,與轉子電阻的關系,,,機械特性的軟硬,硬特性負載變化時,轉速變化不大,運行特性好。軟特性負載增加轉速下降較快,但起動轉矩大,起動特性好。,,1)三相異步機銘牌與技術數(shù)據(jù),(1)型號Y132M-4,,轉差率,3三相異步電動機的使用,,(3)聯(lián)接方式Y/?接法,(4)額定電壓定子繞組在指定接法下應加的線電壓,說明一般規(guī)定電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。,例380/220Y/?是指線電壓為380V時采用Y接法;當線電壓為220V時采用?接法。,,,電壓波動對電動機的影響,,,,(5)額定電流定子繞組在指定接法下的線電流。,如,表示三角接法下,電機的線電流為112A,相電流為648A;星形接法時線、相電流均為648A。,(6)額定功率額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的功率(),不等于從電源吸收的功率()。兩者的關系為,其中,例三相異步電動機,PN45KW。F50HZ,NN2970R/M,?915%,,起動能力2,,求S、TN、TST、TMAX、P1N,解同步轉速N03000R/M,S001,額定負載時一般為0709,空載時功率因數(shù)很低約為0203。額定負載時,功率因數(shù)最大。,注意實用中應選擇合適容量的電機,防止“大馬”拉“小車”的現(xiàn)象。,(7)功率因數(shù)COS?1,,,,P2,,PN,COS?1,2)三相異步機的起動,,三相異步機的起動方法,(1)直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。,(3)轉子串電阻起動。,,Y-?起動,,,,轉子串電阻起動,起動時將適當?shù)腞串入轉子繞組中,起動后將R短路。,轉子串電阻起動的特點,(2)R2選的適當,轉子串電阻既可以降低起動電流,又可以增加起動力矩。,方法和電源相接的任意兩相互換,就可實現(xiàn)反轉。,3)三相異步電動機的正、反轉,制動方法1抱閘加機械抱閘;2反接制動停車時,將電動機接電源的意兩相反接,使電動機由原來的旋轉方向反過來,以達制動的目的;,4)三相異步電動機的制動,4發(fā)電反饋制動令電機轉子的轉速超過旋轉磁場的同步轉速,便會產(chǎn)生制動轉矩。,3能耗制動停車時,斷開交流電源,接至直流電源上,產(chǎn)生制動轉矩;,5三相異步電動機的調速,,3改變電源頻率變頻調速無級調速,此種調速方法發(fā)展很快,且調速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源(常由整流器、逆變器等組成)。,4單相異步電動機,1)單相異步電動機的工作原理,結構定子放單相繞組(其中通單相交流電);轉子一般用鼠籠式。,定子中通入單相交流電后,形成脈動磁場。其磁感應強度按正弦分布,且隨時間按正弦變化。,單相異步電動機的特點,(1)自身沒有起動轉矩,,?,當定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時,根據(jù)右手螺旋定則和左手定則,可知轉子導條左、右受力大小相等方向相反,所以沒有起動轉矩。,(2)轉子借助其它力量轉動后,外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉動。其原理分析如下,定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場(?),可用正、反兩個旋轉磁場合成而等效。即,脈動磁場的分解,,,?,,正反向旋轉磁場的合成轉矩特性,,,,,合成轉矩,,(正向),(反向),電容分相式起動,2)單相異步電動機的起動,,罩極式單相電機,定子通入電流以后,部分磁通穿過短路環(huán),并在其中產(chǎn)生感應電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化,致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差,從而形成旋轉磁場,使轉子轉起來。,圖中電機的轉動方向瞬時針旋轉。因為沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領先。,153同步電動機,154直流電動機,155控制電機,三節(jié)內(nèi)容從略,156電氣控制技術,1常用低壓控制電器2基本控制環(huán)節(jié)3電動機的保護4控制電路綜合舉例,低壓電器,配電電器,控制電器,開關熔斷器,接觸器繼電器起動器,時間繼電器熱繼電器,,,,,1低壓電器簡介,,1)刀閘開關,,,,,,,,,,,,控制對象380V,55KW以下小電機,考慮到電機較大的起動電流,刀閘的額定電流值應如下選擇(35異步電機額定電流,電路符號,QS,2熔斷器,作用用于短路保護。,3按鈕(帶自鎖、不帶自鎖),4行程開關,用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5接觸器,接觸器有關符號,,,簡單的接觸器控制,A,B,C,M3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,刀閘起隔離作用,自保持,停止按鈕,起動按鈕,,,,,,,,,,,,,,,,6繼電器,繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區(qū)別在于,接觸器的主觸頭可以通過大電流,而繼電器的觸頭只能通過小電流。所以,繼電器只能用于控制電路中。,發(fā)熱元件,,功能過載保護,熱繼電器,結構,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,,,常閉觸頭,,,,,,,熱繼電器的符號,發(fā)熱元件,串聯(lián)在主電路中,串聯(lián)在控制電路中,電機起動、停車(點動、連續(xù)運行、多地點控制、順序控制等)電機正反轉控制行程控制時間控制速度控制,2基本控制環(huán)節(jié),,1異步機的直接起動(1),,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KM,FU,QS,,,,B,C,KM,SB,,,點動控制,,,動作過程,控制電路,主電路,異步機的直接起動(2),電動機連續(xù)運行,自保的作用,,,KM,SB1,,,KM,SB2,KH,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KM,FU,QS,,,KH,,異步機的直接起動過載保護,,例如甲、乙兩地同時控制一臺電機,方法兩起動按鈕并聯(lián);兩停車按鈕串聯(lián)。,多處控制,,,,,,FU,,方法一用復合按鈕。,點動連續(xù)運行1,,主電路,控制電路,點動連續(xù)運行2,,,SB,,KA,SB1,,,KA,SB2,KH,,,KM,,,,KA,,,,方法二加中間繼電器(KA)。,,,2電機的正反轉控制1,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KMF,FU,QS,,,KH,,,,,,,,電機的正反轉控制2加互鎖,互鎖作用正轉時,SBR不起作用;反轉時,SBF不起作用。從而避免兩觸發(fā)器同時工作造成主回路短路。,KMF,SB1,,KMF,,,,,,SBF,,,,,,,KH,,,,,,KMR,,,,KMR,,,,,,,,,,,,,M3,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KMF,FU,QS,,,KH,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,KMF,SB1,,KMF,SBF,KH,,,,,KMR,,,KMR,,,,,,KMR,KMF,電機的正反轉控制3雙重互鎖,KMR,,,,,,,,,,,,,M3,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KMF,FU,QS,,,KH,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3行程控制,行程控制電路(1),,(反向運行同樣分析),,,行程控制2自動往復運動,,,,正程,逆程,,,電機,工作要求1能正向運行也能反向運行2到位后能自動返回,,,,,自動往復運動控制電路,時間繼電器定時類型,鐘表式,空氣式,電子式,阻容式數(shù)字式,,,4定時控制,。。。。。。。。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空氣式時間繼電器的工作原理,,時間繼電器觸頭類型,,通電式,瞬時動作,延時動作,常閉觸點,常開觸點,常開通電后延時閉合,常閉通電后延時斷開,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,KM,FU,QS,,,KH,,,,,,,,,,A,X,B,Y,C,Z,定時控制舉例,主電路,(1)電機的Y-?起動,,,,,,Y??轉換完成,控制要求1M1起動后,M2才能起動2M2可單獨停,(2)順序控制,順序控制電路(1)兩電機只保證起動的先后順序,沒有延時要求。,,控制電路,不可以兩電機各自要有獨立的電源;這樣接,主觸頭(KM1)的負荷過重。,,,,,,,,,,,,,,,,,,主電路,控制電路,,,,,,,,,,,,,,,,KM1,SB1,SB2,KT,,,,,KH,KM1,,,,KM2,,,,,,KM2,KT,順序控制電路2M1起動后,M2延時起動。,SB2?,,主電路同前,控制電路,實現(xiàn)M1起動后M2延時起動的順序控制,用以下電路是否可以,,不可以繼電器、接觸器的線圈有各自的額定值,線圈不能串聯(lián)。,,5速度控制,,,,,,,,,,,,,,,速度繼電器,速度控制-反接制動電路,,,,,,,,,,,,,,,,KM1,R,,,,,,,,,,,KM2,,,,,,,,,,,,,,,KS,3電動機的保護,電動機保護的類型,失壓保護采用繼電器、接觸器控制,短路保護加熔斷器,過載保護加熱繼電器,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,KM,FU,QS,,主電路,1失壓保護采用繼電器、接觸器控制,,2短路保護加熔斷器,頻繁起動的電機,異步電動機的起動電流(IST)約為額定電流(IN)的57)倍。選擇熔體額定電流()時,必須躲開起動電流,但對短路電流仍能起保護作用。通常用以下關系,一般電機,電機工作時,若因負載過重而使電流增大,但又比短路電流小。此時熔斷器起不了保護作用,應加熱繼電器,進行過載保護。,3過載保護加熱繼電器,作用可實現(xiàn)短路、過載、失壓保護。,自動空氣斷路器(自動開關),工作原理過流時,過流脫扣器將脫鉤頂開,斷開電源;欠壓時,欠壓脫扣器將脫鉤頂開,斷開電源。,例1運料小車的控制,設計一個運料小車控制電路,同時滿足以下要求1小車啟動后,前進到A地。然后做以下往復運動到A地后停2分鐘等待裝料,然后自動走向B。到B地后停2分鐘等待卸料,然后自動走向A。2有過載和短路保護。3小車可停在任意位置。,4控制電路綜合舉例,運料小車控制電路,,KMR,,STA、STB為A、B兩端的限位開關,KTA、KTB為兩個時間繼電器,,主回路,該電路的問題小車在兩極端位置時,不能停車。,動作過程,SBF??KMF??小車正向運行?至A端?撞STA?KTA??延時2分鐘?KMR??小車反向運行?至B端?撞STB?KTB??延時2分鐘?KMF??小車正向運行如此往反運行。,,,KMF,,,,KMF,KH,,KMR,,,SB1,,STA,,,,,STA,KTA,STB,,,,,KTB,,KMR,,KMR,KMF,STB,KTA,,,,KMF,,,,,,KMF,,,,KMR,KH,,STA,STB,,,,,KTB,,KMR,,KTA,KMR,KMF,STB,,,,SB1,,,SB2,加中間繼電器(KA)實現(xiàn)任意位置停車的要求,,,,,工作臺位置控制,控制電路綜合舉例例2,起動后工作臺控制要求,工作臺位置控制電路,工作臺位置控制電路,該電路有何問題,電路的改進方法同前,加中間繼電器(KA),繼電器、接觸器控制電路讀圖和設計中應注意的問題,小結,1、首先了解工藝過程及控制要求;2、搞清控制系統(tǒng)中各電機、電器的作用以及它們的控制關系;3、主電路、控制電路分開閱讀或設計;4、控制電路中,根據(jù)控制要求按自上而下、自左而右的順序進行讀圖或設計;5、同一個電器的所有線圈、觸頭不論在什么位置都叫相同的名字;6、原理圖上所有電器,必須按國家統(tǒng)一符號標注,且均按未通電狀態(tài)表示;7、繼電器、接觸器的線圈只能并聯(lián),不能串聯(lián);8、控制順序只能由控制電路實現(xiàn),不能由主電路實現(xiàn)。,
下載積分: 6 賞幣
上傳時間:2024-01-05
頁數(shù): 162
大小: 3.01(MB)
子文件數(shù):