专题五十二 电磁调速异步电动机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题五十二 电磁调速异步电动机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.能准确识别电磁转差离合器的三大核心结构部件，并清晰描述各部件的安装位置与连接关系。

2.能结合电磁感应和电磁力原理，完整阐述电磁转差离合器的工作过程。

3.能总结电磁调速异步电机的三大关键特性，并分析各特性产生的原因。

4.能根据实际场景需求，正确选择是否使用电磁调速异步电机。

二、知识点梳理

一、转差离合器的基本结构

电磁调速异步电动机由单速或多速笼型异步电动机和电磁转差离合器组成。通过控制器可在较广范围内无级调速。它的调速比通常有20:1,10:1,3:1几种。电磁调速电动机以其结构简单,运行可靠,维修方便,适用于纺织、化工、造纸、塑料、水泥和食品等工业,作为恒转矩和风机类等设备的动力源,是交流无级调速设备中较简单的一种,实物图如图8-26(a)所示。

电磁调速电动机的基本结构形式为组合式和整体式。

组合式是把封闭式异步电动机的凸缘端盖与离合器机座组合成为一个整体,如图8-26(b)所示。基本系列为JZT2(1~7号机座)。

整体式是把多速异步电动机的定子压装在离

合器的同一机座内构成一个整体,如图

8-26(e)所示。基本系列为ZTT(1~9号机座)。

电磁调速异步电动机的关键部分是电磁转差离合器。由于应用范围不同,电

磁转差离合器的结构也有所不同。常见的有三种。

1.双电枢式

双电枢式电磁转差离合器的结构如图8-27(a)所示。电枢2由内电枢和外电枢两部分组成,励磁绕组4固定在机壳3的内腔,不需要集电环和电刷。励磁绕组通电后,产生的磁通路径如图中虚线所示。当原动机带动磁极1旋转时,导致磁路上磁阻周期性的变化,在电枢内感应产生涡流,从而产生电磁转矩,使电枢带动从动轴旋转。目前,0.8~10kW的电磁调速异步电动机多采用这种结构的离合器。

2.杯形转子式

杯形转子式电磁转差离合器的结构如图8-27(b)所示。它的电枢2由重量很轻的非磁性材料制成,形状像一个薄形杯子,装在磁极1,磁轭3之间的气隙中,与从动轴相连。磁极与原动机相连,励磁绕组4固定在磁轭内腔,设有集电环和电刷。这种结构的从动轴惯性小,动作快,适合于自动控制中作为执行元件。

3.爪极式

爪极式电磁转差离合器的结构如图8-27(c)所示。电枢2为圆形筒,装在主动轴上,磁极1为爪形结构,两个爪形磁极之间用不导磁的不锈钢隔磁环隔开,并用铆钉铆成一个整体装在从动轴上。托架3为圆环形,固定在端盖上,用以支撑励磁绕组4,并作为磁路的一部分。目前10kW以上的电磁调速异步电动机大多采用这种离合器。

二、电磁转差离合器的基本工作原理

1.电枢和感应子之间建立电磁联系

电磁调速异步电动机的平滑调速是通过电磁转差离合器实现的,电磁转差离合器依靠旋转磁场和感应电流的相互作用产生转矩来传递机械功率。图8-28所示为爪极式电磁转差离合器工作示意图。

与原动机1相连的主动轴上装有一个由铁磁材料制成的筒形电枢2与生产机械相连的从动轴(输出轴)6上装磁极4及励磁绕组3组合成的感应子。电枢和感应子之间是 0.5 mm的气隙,与异步电动机的气隙相当。当励磁绕组中没有励磁电流通过时,磁极和输出轴不转动,主动轴与从动轴无任何联系,相当于离合器脱开的情况。当经过滑环5向励磁绕组通以直流励磁电流后,磁极即有磁性,在电磁转差离合器的磁路中建立起磁通,磁通经爪极一气隙一电枢一气隙一爪极而闭合,这就使电枢和感应子之间建立了电磁联系。

2.电磁转差离合器工作原理

当原动机拖动电枢以固定转速旋转时,电枢铁心切割磁场产生感应电流(即涡流),涡流的路径和方向如图8-28(a)所示,可用右手定则判断。根据载流导体在磁场中受力原理,电枢上受与其旋转方向相反的电磁力矩,可用左手定则判断。由于电磁力是成对存在的,感应子则受到一个与电枢旋转方向相同的电磁力矩,所以感应子带动生产机械跟着电枢旋转,如图8-28(b)所示。

三、电磁调速异步电动机的特性

1.电磁调速异步电动机的转速调节

电磁调速异步电动机的速度调节是通过改变励磁绕组的电流来完成的。

转差离合器的特性是软特性,即在一定的励磁电流下,负载增加时,转速急剧下降,励磁电流越小时,转速下降的趋势越严重。这种特性满足了生产机械的要求。

2.利用速度负反馈调速

为了得到较大范围内平滑而稳定的调速,又要有硬的机械特性。实际上采取了一些相应的改善措施。如利用测速发电机进行速度负反馈,转速降低时使励磁电流增加,以保持转速的相对稳定。如图8-29所示,这个系统利用给定的励磁电压信号,和测速发电机输出的转速信号电压U的差值进行控制,即   △U = UL - Uf

假定控制电压△U=△U1时,励磁电流为I1，电磁调速异步电动机的机械特性如图8-29中曲线1所示。当负载转矩由T1增加到T2时,电动机转速将从n1下降到n2，运行点从图中曲线1的a点移到曲线2的b'点。由于转速的降低,测速发电机的输出电压Ut进一步降低,△U相应增大,励磁电流相应增大到I2。所以,由于这个自动调节,电动机的实际运行点不是曲线2的b'而是b点。同理,当负载转矩增加到T3时,电动机实际运行点将是曲线3的c点。将a、b、c各点连起来的曲线就是带速度负反馈的机械特性曲线。

3.调节UL来调节转速

若改变UL值,可得一组平移的特性曲线,如图8-30所示。这就可以达到通过调节U来调节转速的目的。

转差离合器是依靠涡流工作的,涡流损耗使电枢发热。高速工作时,电枢涡流小,离合器的传递效率为80%~85%。低速时,转差率大,涡流也大,发热就多些,传递效率降至高速时的1/5.所以电磁调速异步电动机不宜长时间低速运行。