成都理工機電傳動

1、機機 電電 傳傳 動動 控控 制制( (第四版第四版) )第五章第五章 交流電動機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性三相異步電動機的結構和工作原理三相異步電動機的結構和工作原理三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的轉矩與機械特性三相異步電動機的轉矩與機械特性三相異步電動機的定子電路和轉子電路三相異步電動機的定子電路和轉子電路三相異步電動機的調速方法與特性三相異步電動機的調速方法與特性三相異步電動機的制動特性三相異步電動機的制動特性單相異步電動機單相異步電動機同步電動機同步電動機 三相交流電動機的基本結構和工作原理三相交流電動機的基本結構和工作原理 基本結構基本

2、結構 定子定子 轉子轉子 工作原理工作原理pfn60000nnnS 旋轉磁場的旋轉速度旋轉磁場的旋轉速度 旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場的旋轉方向 轉子的旋轉速度轉子的旋轉速度 三相交流電動機的額定參數三相交流電動機的額定參數 定子繞組的連接方法定子繞組的連接方法 額定參數額定參數 連接方法的選用連接方法的選用 三相交流電動機的轉矩特性與機械特性三相交流電動機的轉矩特性與機械特性fX,f/KTTXRURKTXUKTnnnXRSpfnNmaxstmaxmm2022022222020020201260 三相交流電動機的啟動、制動和調速特性三相交流電動機的啟動、制動和調速特性 固有啟動特性固有啟動特性

3、啟動方法啟動方法 調速方法與特點調速方法與特點 制動方法與特性制動方法與特性 單相交流電動機單相交流電動機 結構特點結構特點 啟動方法啟動方法 同步交流電動機同步交流電動機 結構特點結構特點 特性特性 啟動方法啟動方法 轉轉差率差率 S 由工作原理可知：轉子的轉速由工作原理可知：轉子的轉速n（電動機的轉速）恒比旋轉（電動機的轉速）恒比旋轉磁場的旋轉速度磁場的旋轉速度n0（同步速度）要小。（同步速度）要小。 轉子與旋轉磁場之間的轉速差是保證轉子轉速的主要因素，轉子與旋轉磁場之間的轉速差是保證轉子轉速的主要因素，也是也是異步電動機異步電動機的由來。的由來。 定義：轉速差定義：轉速差(n0-n)與同

4、步轉速與同步轉速n0的比值稱為異步電動機的轉的比值稱為異步電動機的轉差率，用表示差率，用表示S，即，即00nnnS 轉差率轉差率S是分析異步電動機運行特性的主要參數。是分析異步電動機運行特性的主要參數。 5.1.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 5.1.3 三相異步電動機的旋轉磁場三相異步電動機的旋轉磁場1 1 旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生 當電動機定子繞組通以三相電流時，各相繞組中的電流都當電動機定子繞組通以三相電流時，各相繞組中的電流都將產生自己的磁場。由于電流隨時間的變化而變化，它們產生將產生自己的磁場。由于電流隨時間的變化而變化，它們產生的磁場也將隨時間的變化而變化

5、，而三相電流產生的總磁場的磁場也將隨時間的變化而變化，而三相電流產生的總磁場(合合成磁場成磁場)不僅隨時間的變化而變化，而且是在空間旋轉的，故稱不僅隨時間的變化而變化，而且是在空間旋轉的，故稱旋轉磁場旋轉磁場。 假定定子繞組中電流的正方向規(guī)定為從首端流向末端，假定定子繞組中電流的正方向規(guī)定為從首端流向末端，且且A相繞組的電流作為參考正弦量，即相繞組的電流作為參考正弦量，即 iA的初相位為零，則三相繞的初相位為零，則三相繞組組A、B、C的電流（相序為的電流（相序為ABC）的瞬時值為：）的瞬時值為：tIi sinmA )32sin(mB tIi)34sin(mC tIi2旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場

6、的旋轉方向 A相繞組內的電流超前相繞組內的電流超前B相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3，而，而B相繞組相繞組內的電流又超前內的電流又超前C相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3，當三相交流電的當三相交流電的ABC ，旋轉磁場的旋轉方向為從，旋轉磁場的旋轉方向為從ABC，即向順時針方，即向順時針方向旋轉。向旋轉。 如果將定子繞組接至電源的三根導線中的如果將定子繞組接至電源的三根導線中的任意兩根線對調任意兩根線對調，例如，將例如，將B，C兩根線對調，使兩根線對調，使B相與相與C相繞組中電流的相位對調。相繞組中電流的相位對調。 此時此時A相繞組內的電流超前相繞組內的電流超前C相繞組內的電流相繞組內的

7、電流2 /3，而，而C相繞組相繞組內的電流又超前內的電流又超前B相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3。 3. .旋轉磁場的極數與旋轉速度旋轉磁場的極數與旋轉速度 磁極對數：磁極對數：定子磁場定子磁場N-S的個數，用的個數，用p表示。表示。當有當有p對磁極時，其轉速為：對磁極時，其轉速為：pfn600 所以，旋轉磁場的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁極對數所以，旋轉磁場的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁極對數成反比。成反比。 三相電動機的定子繞組有三相電動機的定子繞組有星形（星形（Y型）型）和和三角形三角形（形）形）兩種不同的接法。兩種不同的接法。星形（星形（Y型）接法型）接法三角形（三角形（形

8、）接法形）接法星形（星形（Y型）型）接法：末端相連，接法：末端相連，首端分別接三相交流電源。首端分別接三相交流電源。三角形（三角形（形）形）接法：首末端接法：首末端相連，分別接三相交流電源。相連，分別接三相交流電源。5.1.4 定子繞組線端連接方式定子繞組線端連接方式1線電壓與相電壓線電壓與相電壓 線電壓線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用：兩相繞組首端之間的電壓，用U1表示；表示； 相電壓相電壓：每相繞組首、尾之間的電壓，用：每相繞組首、尾之間的電壓，用U相相表示。表示。 對于星形接法：對于星形接法：相相UU31 對于三角形接法：對于三角形接法： 相相UU 12線電流與相電流線電流與相電流 線

9、電流：電網的供電電流，用線電流：電網的供電電流，用I1 表示；表示； 相電流：每相繞組的電流，用相電流：每相繞組的電流，用I相相表示。表示。 對于星形接法對于星形接法 ：相相II 1 對于三角形接法對于三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 3. .電動機的輸入功率：電動機的輸入功率：5.2.3 三相異步電動機的額定值三相異步電動機的額定值 電動機在制造工廠所擬定的情況下工作時，稱為電動機的電動機在制造工廠所擬定的情況下工作時，稱為電動機的額定額定運行運行，通常用額定值來表示其運行條件，這些數據大部分都標明在，通常用額定值來表示其運行條件，這些數據大部分都標明在電動機的銘牌上。電動機

10、的銘牌上。 1. 額定功率額定功率PN： 在額定運行情況下，在額定運行情況下，電動機軸上輸出的機械功率電動機軸上輸出的機械功率。 NNNPP1 輸出功率的一般表達式為：輸出功率的一般表達式為： 12PP 其中：其中： 效率；效率； P1 輸入功率輸入功率 P2輸出功率輸出功率 輸出功率和輸出轉矩的關系為：輸出功率和輸出轉矩的關系為： cosIKnP.TM222559 I2轉子電流轉子電流 2. .額定電壓額定電壓UN： 在額定運行情況下，定子繞組端應加的線電壓值。在額定運行情況下，定子繞組端應加的線電壓值。 如標有兩種電壓值（例如如標有兩種電壓值（例如220/380V），這表明定子繞組采用），

11、這表明定子繞組采用 /Y連接時應加的線電壓值。連接時應加的線電壓值。即：即： 三角形接法時，定子繞組應接三角形接法時，定子繞組應接220V的電源電壓；的電源電壓；星形接法時，定子繞組應接星形接法時，定子繞組應接380的電源電壓。的電源電壓。 3. .額定頻率額定頻率f ：在額定運行情況下，定子外加電壓的頻率：在額定運行情況下，定子外加電壓的頻率（ Hz）。）。 50 f 如標有兩種電流值（例如如標有兩種電流值（例如10.35/5.9A），則對應于定子繞組為），則對應于定子繞組為 /Y連接的線電流值。連接的線電流值。 4. .額定電流額定電流IN ：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，：在

12、額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，定子的線電流值。定子的線電流值。即：即： 三角形接法時，定子電流為三角形接法時，定子電流為10.35A；星形接法時，定子電流為星形接法時，定子電流為5.9A。 5. .額定轉速額定轉速nN ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機的轉速。功率時，電動機的轉速。 與額定轉速相對應的轉差率稱為與額定轉速相對應的轉差率稱為額定轉差率額定轉差率SN。 交流電動機型號含義交流電動機型號含義中小型異步電動機：中小型異步電動機：大型異步電動機：大型異步電動機：5.3 三相異步電動機的轉距與機械特性三相異步電動機

13、的轉距與機械特性 電磁轉矩是三相異步電動機最重要的物理量之一。機械特性是它的主要電磁轉矩是三相異步電動機最重要的物理量之一。機械特性是它的主要特性。特性。22tcosIKT22022212444)SX(RNf.SI 所以所以220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT 因為因為轉矩特性轉矩特性 式中，式中，K與電動機結構參數、電源頻率有關的一個常數；與電動機結構參數、電源頻率有關的一個常數； U1 、U定子繞組電壓，電源相電壓；定子繞組電壓，電源相電壓； R2轉子每相繞組的電阻；轉子每相繞組的電阻； X20 電動機不動（電動機不動（S=1）時轉子每相繞組的感抗。）時轉子

14、每相繞組的感抗。22222222222)(cosSXRRXRR 5.3.1 三相異步電動機的轉距三相異步電動機的轉距5.3.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 在異步電動機中，轉速在異步電動機中，轉速 n=(1-S)n0，為了符合習慣畫法，可將，為了符合習慣畫法，可將曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線，即稱為異步電動機的機械曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線，即稱為異步電動機的機械特性。特性。 1固有機械特性固有機械特性 異步電動機在異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉子電路中不串聯任何電阻或電抗時的機械特性定子和轉

15、子電路中不串聯任何電阻或電抗時的機械特性稱為固稱為固有（自然）機械特性。有（自然）機械特性。 根據根據 2202222)SX(RUSRT 00nnnS 0010 S,nn,T 電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想空載轉速?？蛰d轉速。理想工作點理想工作點額定工作點額定工作點臨界工作點臨界工作點啟動工作點啟動工作點pfnn600 NNN,2SSnnTT 電動機額定工作點。此時電動機額定工作點。此時額定轉矩和額定轉差率為額定轉矩和額定轉差率為 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中式中: PN電動機的額定功率；電動機的額定功率； n

16、N電動機的額定轉速，一般電動機的額定轉速，一般 SN電動機的額定轉差率，一般電動機的額定轉差率，一般 TN電動機的額定轉矩。電動機的額定轉矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S額定工作點額定工作點 1, 0,3st SnTT 將將S=1代入轉矩公式中，可得代入轉矩公式中，可得2202222stXRURKT 電壓降低，啟動轉矩會明顯減小電壓降低，啟動轉矩會明顯減小轉子電阻適當增大，啟動轉矩轉子電阻適當增大，啟動轉矩會增大；會增大；而若增大轉子電抗則會使啟動而若增大轉子電抗則會使啟動轉矩大為減小。轉矩大為減小。 通常把在固有機械特性上啟動轉矩通常把在固有機械特性上啟動

17、轉矩Tst與額定轉矩與額定轉矩TN之比之比 st=Tst/TN 稱為啟動能力系數，是衡量異步電動機啟動能力的一稱為啟動能力系數，是衡量異步電動機啟動能力的一個重要數據。個重要數據。 2 . 10 . 1st 啟動工作點啟動工作點 mmmax,4SSnnTT 令令 0dSdT得臨界轉差率得臨界轉差率 202m/ XRS 再將再將Sm代入轉矩公式中得代入轉矩公式中得202max2XUKT 通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比 max=Tmax/TN稱為電動機的稱為電動機的過載能力系數過載能力系數。它表征了電動機能夠承。它表征了電動機能夠承

18、受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數。受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數。 鼠籠式異步電動機鼠籠式異步電動機 2 . 28 . 1m 線繞式異步電動機線繞式異步電動機8 . 25 . 2m 臨界工作點臨界工作點2人為機械特性人為機械特性 由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數有關，也與外加電源電壓、電源頻率有關，將關系式中的參數有關，也與外加電源電壓、電源頻率有關，將關系式中的參數人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。 改變改變定

19、子電壓定子電壓U、定子電源頻率定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗定子電路串入電阻或電抗、轉轉子電路串入電阻或電抗子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機的人為機械特性。等，都可得到異步電動機的人為機械特性。 （1）降低電動機電源電壓時的人為特性）降低電動機電源電壓時的人為特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變不變mS不變不變maxT隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小stT隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小 定子繞組外加電壓為定子繞組外加電壓為0.8UN:Tb=0.64Tma

20、x 定子繞組外加電壓為定子繞組外加電壓為UN: Ta=Tmax 定子繞組外加電壓為定子繞組外加電壓為0.5UN:Tc=0.25Tmax電壓愈低，人為特性曲線電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。愈往左移。 三相交流異步電動機對電三相交流異步電動機對電網的波動非常敏感。網的波動非常敏感。 運行時，如電壓運行時，如電壓降低太多，會大大降降低太多，會大大降低它的過載能力與啟低它的過載能力與啟動轉矩，甚至使電動動轉矩，甚至使電動機發(fā)生帶不動負載或機發(fā)生帶不動負載或者根本不能啟動的現者根本不能啟動的現象。象。（2）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性 在電動機定子電路中外串電

21、阻或電抗后，電動機端電壓為在電動機定子電路中外串電阻或電抗后，電動機端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低相電壓降低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似。這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似。（3）改變定子電源頻率時的人為特性）改變定子電源頻率時的人為特性 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到： 一般變頻調速采用恒轉矩調速，一般變頻調速采用恒轉矩調速，即希望最大轉矩保持為恒值，為此在即希望最大轉矩保

22、持為恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要作相改變頻率的同時，電源電壓也要作相應的變化，使應的變化，使 U/f =C ，這在實質上，這在實質上是使電動機氣隙磁通保持不變。是使電動機氣隙磁通保持不變。 fn 0fS/1m fT/1st 不不變變maxT（4）轉子電路串電阻時的人為特性）轉子電路串電阻時的人為特性 在三相線繞式異步電動機的轉在三相線繞式異步電動機的轉子電路中串入電阻后，轉子電路中子電路中串入電阻后，轉子電路中的電阻為的電阻為2r2RR NrrstmrmTTXRRURRKTXUKTnnnXRRSpfnmax220222222202max0020220)()(260 Nrrstmrm

23、TTXRRURRKTXUKTnnnXRRSpfnmax220222222202max0020220)()(260 0n不變不變maxT不變不變mS隨著串接電阻的增加而增大隨著串接電阻的增加而增大 此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線。此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線。 stT電阻在一定的范圍內時，增加電阻在一定的范圍內時，增加5.4.1 鼠籠式異步電動機的啟動方法鼠籠式異步電動機的啟動方法 鼠籠式異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方法，采用什么鼠籠式異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方法，采用什么啟動方法，要根據實際情況而定。啟動方法，要根據實際情況而定。 1直接啟動（

24、全壓啟動）直接啟動（全壓啟動） 直接啟動就是將電動機的定子繞組通過閘刀開關或接觸器直接直接啟動就是將電動機的定子繞組通過閘刀開關或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進行啟動。接入電源，在額定電壓下進行啟動。 特點：電動機定子繞組的工作電壓和啟動電壓相等。特點：電動機定子繞組的工作電壓和啟動電壓相等。 直接啟動的條件：由于直接啟動的啟動電流很大，因此，在直接啟動的條件：由于直接啟動的啟動電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動，有關供電、動力部門都有規(guī)定，主要取什么情況下采用直接啟動，有關供電、動力部門都有規(guī)定，主要取決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比值。決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比

25、值。 5.4 三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動特性 一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，若電動機啟動頻繁時，電動機功率小于變壓器容量的若電動機啟動頻繁時，電動機功率小于變壓器容量的20%時允許直時允許直接啟動；接啟動； 若電動機不經常啟動，電動機功率小于變壓器容量的若電動機不經常啟動，電動機功率小于變壓器容量的30%時也時也允許直接啟動。如果沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）允許直接啟動。如果沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，電動機啟動比較頻繁，則常按經驗公式來估算，滿足下的情況下，電動機

26、啟動比較頻繁，則常按經驗公式來估算，滿足下列關系則可直接啟動。列關系則可直接啟動。 電電動動機機功功率率電電源源總總容容量量額額定定電電流流啟啟動動電電流流 443NstII 例例5.2：有一臺要求經常啟動的鼠籠式異步電動機，其：有一臺要求經常啟動的鼠籠式異步電動機，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供電變壓器（電源）容量為，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且有照明負載，問可否直接啟動？同樣的且有照明負載，問可否直接啟動？同樣的Ist/IN 比值，功率為多比值，功率為多大的電動機則不允許直接啟動？大的電動機則不允許直接啟動？ 解：根據經驗公式算出解：根據經驗公式算出

27、5675720456043.II.kWkVANst 滿足上述關系，故允許直接啟動。滿足上述關系，故允許直接啟動。 kWNPkVA. 45604356 可算出，額定功率大于可算出，額定功率大于24kW的電動機不允許直接啟動。的電動機不允許直接啟動。 2電阻或電抗器降壓啟動電阻或電抗器降壓啟動 4自耦變壓器降壓啟動自耦變壓器降壓啟動 3Y- 降壓啟動降壓啟動 5.4.2 線繞式異步電動機的啟動方法線繞式異步電動機的啟動方法 鼠籠式異步電動機的鼠籠式異步電動機的啟動轉矩小，啟動電流大啟動轉矩小，啟動電流大，因此不能滿足，因此不能滿足某些生產機械需要高啟動轉矩低啟動電流的要求。某些生產機械需要高啟動轉

28、矩低啟動電流的要求。 線繞式異步電動機由于能在轉子電路中串電阻，因此具有較大線繞式異步電動機由于能在轉子電路中串電阻，因此具有較大的啟動轉矩和較小的啟動電流，即具有較好的啟動特性。的啟動轉矩和較小的啟動電流，即具有較好的啟動特性。 在轉子電路中串電阻的啟動方法常用的有兩種：在轉子電路中串電阻的啟動方法常用的有兩種：逐級切除啟動電逐級切除啟動電阻法阻法和和頻敏變阻器頻敏變阻器啟動法。啟動法。T/Tmax代入代入 sm=R2/X20 化簡得化簡得: 2202222SXRUSRKTTmax=KU2/(2X20) sm=R2/X20 34. 5/2maxSSSSTTmm 此式為轉矩此式為轉矩-轉差率特

29、性的實用表轉差率特性的實用表達式，也稱規(guī)格化轉距轉差率特性。達式，也稱規(guī)格化轉距轉差率特性。SSSSTTmm/2max12maxmaxTTTTSSmPfSn60)1 ( 5.5 三相異步電動機的調速方法與特性三相異步電動機的調速方法與特性 其調速方法有：改變極對數其調速方法有：改變極對數p、改變轉差率、改變轉差率S(即改變電即改變電動機機械特性的硬度動機機械特性的硬度)和改變電源頻率和改變電源頻率f等。等。5.5.3 變頻調速變頻調速 pfnn600 變頻調速是目前交流電動機調速的一種主要方法，它在許多方面已經取變頻調速是目前交流電動機調速的一種主要方法，它在許多方面已經取代了直流調速系統(tǒng)，交

30、流調速技術已成為當前機電傳動控制系統(tǒng)研究的主代了直流調速系統(tǒng)，交流調速技術已成為當前機電傳動控制系統(tǒng)研究的主要內容之一。要內容之一。 變頻調速用于一般鼠籠變頻調速用于一般鼠籠式異步電動機，采用一個頻式異步電動機，采用一個頻率可以變化的電源向異步電率可以變化的電源向異步電動機定子繞組供電，這種變動機定子繞組供電，這種變頻電源從稱為頻電源從稱為變頻器變頻器。5.6 三相異步電動機的制動特性三相異步電動機的制動特性 異步電動機和直流電動機一樣，亦有三種制動方式：反饋異步電動機和直流電動機一樣，亦有三種制動方式：反饋制動、反接制動和能耗制動。制動、反接制動和能耗制動。 5.7.1 單相異步電動機的磁場

31、單相異步電動機的磁場 單相異步電動機的單相異步電動機的定子繞組為單相定子繞組為單相，轉子一般為，轉子一般為鼠籠式鼠籠式 。 當接入單相交流電源時，它在定子、當接入單相交流電源時，它在定子、轉子氣隙中產生一個磁場。轉子氣隙中產生一個磁場。 此磁場在空間并不旋轉，只是此磁場在空間并不旋轉，只是磁磁通或磁感應強度的大小隨時間作正弦變通或磁感應強度的大小隨時間作正弦變化化， 即即 tsinBBm 交流電源的角頻率交流電源的角頻率磁感應強度的幅值磁感應強度的幅值mB單相異步電動機單相異步電動機5.7 單相異步電動機的基本結構和工作原理單相異步電動機的基本結構和工作原理 其磁場曲線：其磁場曲線： 在電機系

32、統(tǒng)中，常把磁通在電機系統(tǒng)中，常把磁通大小隨時間做大小隨時間做正弦變化正弦變化的磁場的磁場稱稱脈動磁場。脈動磁場。 可以證明，一個空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁可以證明，一個空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁場（用磁感應強度場（用磁感應強度B表示），可以分解成兩個轉速相等而方向相反表示），可以分解成兩個轉速相等而方向相反的旋轉磁場的旋轉磁場 和和 ，磁感應強度的大小為：，磁感應強度的大小為：1mB2mB221/BBBmmm 兩個旋轉磁場的兩個旋轉磁場的同步轉速同步轉速為：為： pfn600 可分解可分解半徑相同轉向相反的兩個圓形旋磁場半徑相同轉向相反的兩個圓形旋磁場單相交流電通入

33、單相繞單相交流電通入單相繞組產生脈動磁場組產生脈動磁場 如果僅有一個單相繞如果僅有一個單相繞組，則在通電前轉子原來組，則在通電前轉子原來是靜止的，通電后轉子仍是靜止的，通電后轉子仍將靜止不動。將靜止不動。 若此時用手拔動它，若此時用手拔動它，轉子便順著拔動方向轉動轉子便順著拔動方向轉動起來，最后達到穩(wěn)定運行起來，最后達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。狀態(tài)。 單相單相 異步電動機沒有異步電動機沒有啟動能力啟動能力，但一經推動后，它卻能轉動起，但一經推動后，它卻能轉動起來。來。 兩個旋轉磁場分別作用于兩個旋轉磁場分別作用于鼠籠式轉子鼠籠式轉子而產生兩個方向相反的而產生兩個方向相反的轉矩。轉矩。正向正向反向反向合成

34、合成T-S曲線曲線 結結 論：論： （1）在脈動磁場作用下的單相異步電動機）在脈動磁場作用下的單相異步電動機沒有啟動能力沒有啟動能力，即，即啟啟動轉矩為零；動轉矩為零； （2）單相異步電動機一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，）單相異步電動機一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，其旋轉方向不固定，完全取決于啟動時的其旋轉方向不固定，完全取決于啟動時的旋轉方向旋轉方向。 因此，要解決單相異步電動機的應用問題，首先必須解決它的因此，要解決單相異步電動機的應用問題，首先必須解決它的啟動轉矩問題。啟動轉矩問題。 5.7.2 單相異步電動機的啟動方法單相異步電動機的啟動方法 單相異步電動機在啟動時若能

35、產生一個旋轉磁場，就可以建單相異步電動機在啟動時若能產生一個旋轉磁場，就可以建立啟動轉矩而自行啟動，下面介紹常見的單相異步電動機。立啟動轉矩而自行啟動，下面介紹常見的單相異步電動機。 電容分相式異步電動機電容分相式異步電動機 罩極式單相異步電動機罩極式單相異步電動機 5.8 同步電動機的基本結構和工作原理同步電動機的基本結構和工作原理5.8.1 同步電動機的基本結構同步電動機的基本結構 定子定子：由鐵心、定子繞組：由鐵心、定子繞組（三相對稱繞組，并通有對稱（三相對稱繞組，并通有對稱三相交流電流）、機座以及端三相交流電流）、機座以及端蓋等主要部件組成蓋等主要部件組成 轉子轉子：包括主磁極、裝在：

36、包括主磁極、裝在主磁極上的主磁極上的直流勵磁繞組直流勵磁繞組、特、特別設置的鼠籠型啟動繞組、電別設置的鼠籠型啟動繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。刷以及集電環(huán)等主要部件。 隱極式隱極式凸極式凸極式5.8.2 同步電動機的工作原理和運行特性同步電動機的工作原理和運行特性 1工作原理工作原理 電樞繞組通以對稱三相交電樞繞組通以對稱三相交流電流后，氣隙中便產生一電流電流后，氣隙中便產生一電樞旋轉磁場，其旋轉速度為同樞旋轉磁場，其旋轉速度為同步轉速步轉速pfn600 在轉子在轉子勵磁繞組勵磁繞組中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現一中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現一個大小和極性固定、極對數與電樞

37、旋轉磁場相同的直流勵磁磁場。個大小和極性固定、極對數與電樞旋轉磁場相同的直流勵磁磁場。這兩個磁場的相互作用，使轉子被電樞旋轉磁場拖著以同步轉速一這兩個磁場的相互作用，使轉子被電樞旋轉磁場拖著以同步轉速一起旋轉，即起旋轉，即“同步同步”電動機也由此而得名。電動機也由此而得名。 2機械特性機械特性 在電源頻率在電源頻率f 與電動機轉子極對數與電動機轉子極對數p為一定的情況為一定的情況下，轉子的轉速為一常數，下，轉子的轉速為一常數，n=n0，因此同步電動機具，因此同步電動機具有有恒定轉速恒定轉速的特性，它的運轉速度是不隨負載轉矩而的特性，它的運轉速度是不隨負載轉矩而變化的。同步電動機的機械特性。變化

38、的。同步電動機的機械特性。5.8.3 同步電動機的啟動同步電動機的啟動 同步電動機雖具有功率因數可以調節(jié)的優(yōu)點同步電動機雖具有功率因數可以調節(jié)的優(yōu)點,但卻沒但卻沒有像異步電動機那樣得到廣泛應用，這不僅是由于它的有像異步電動機那樣得到廣泛應用，這不僅是由于它的結構復雜、價格貴，而且它的啟動困難。結構復雜、價格貴，而且它的啟動困難。(a)二者相吸二者相吸 (b)二者相斥二者相斥由于慣性轉子由于慣性轉子產生擺動產生擺動 啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產生旋轉磁場，鼠籠繞組中產生感應電勢，即產生感應電流，從而使生旋轉磁場，鼠籠

39、繞組中產生感應電勢，即產生感應電流，從而使轉子轉動起來，等轉速接近同步轉速時，再在勵磁繞組中通入直流轉子轉動起來，等轉速接近同步轉速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產生固定磁極的磁場，在定子旋轉磁場與轉子磁場的相勵磁電流，產生固定磁極的磁場，在定子旋轉磁場與轉子磁場的相互作用下，便可把轉子拉入同步。互作用下，便可把轉子拉入同步。 為了啟動同步電動機，以前常采用異步啟動法，即在轉子磁極為了啟動同步電動機，以前常采用異步啟動法，即在轉子磁極的極掌上裝有和鼠籠繞組相似的啟動繞組，的極掌上裝有和鼠籠繞組相似的啟動繞組，如圖如圖5.65所示所示。習 題5.5 5.6 5.7 5.9 5.15 5.1

40、8 5.23第六章 控制電機交流伺服電動機交流伺服電動機小功率同步電動機小功率同步電動機力矩電動機力矩電動機直流伺服電動機直流伺服電動機直線電動機直線電動機控制電動機控制電動機主要用來完成控制信號的傳遞和變換。主要用來完成控制信號的傳遞和變換。 傳動生產機械用的傳動生產機械用的傳動電動機傳動電動機主要用來完成能量的變換，具主要用來完成能量的變換，具有較高的力能指標有較高的力能指標(如效率和功率因數等如效率和功率因數等) ；控制繞組勵磁繞組6.1.1 兩相交流伺服電動機的結構6.1 交流伺服電動機6.1.2 基本工作原理pfn/600同步轉速：同步轉速：“自轉自轉”現象現象6.1.3 消除自轉現

41、象的措施消除自轉現象辦法就是消除自轉現象辦法就是使轉子導條具有較大電阻。使轉子導條具有較大電阻。6.1.4 特性和應用 兩相交流伺服電動機的控制方法有三種：兩相交流伺服電動機的控制方法有三種：幅值控制；幅值控制；相位控制；相位控制；幅值幅值-相位控制。相位控制。1 . 62TKKRKUnteeccURmeKK ，式中，式中，電樞控制電壓；電樞控制電壓； 電樞回路電阻；電樞回路電阻； 每極磁通；每極磁通； 電動機結構常數。電動機結構常數。 由式由式(6.1)可以看出，改變控制電壓可以看出，改變控制電壓 或改變磁通或改變磁通 都可以控制都可以控制直流伺服電動機的轉速和轉向，前者稱為直流伺服電動機的

42、轉速和轉向，前者稱為電樞控制電樞控制，后者稱為，后者稱為磁場控制磁場控制。cU6.2 直流伺服電動機 從圖看出，在一定負載轉矩下，當磁通 不變時，如果升高電樞電壓Uc電動機的轉速就上升；反之，轉速下降；當Uc 0時，電動機立即停止，因此，無自轉現象。無無“自轉自轉”現象現象力矩電動機的分類力矩電動機的分類：直流力矩電動機異步力矩電動機同步力矩電動機交流力矩電動機力矩電動機6.3 力矩電動機 1.轉矩大的原因轉矩大的原因6.3.2 直流力矩電動機轉矩大，轉速低的原因直流力矩電動機轉矩大，轉速低的原因lB從直流電動機基本工作原理可知，設直流電動機每個磁極下磁感應強從直流電動機基本工作原理可知，設直

43、流電動機每個磁極下磁感應強度平均值為度平均值為aI，電樞繞組導體上的電流為，電樞繞組導體上的電流為，導體的有效長度為，導體的有效長度為，則每根導體所受的電磁力為，則每根導體所受的電磁力為lBIFa電磁轉矩為電磁轉矩為DlNBIDlNBIDNFT222aaND式中，式中，電樞繞組總匝數；電樞繞組總匝數； 電樞鐵心直徑。電樞鐵心直徑。DlNBIDlNBIDNFT222aa2. 轉速低的原因轉速低的原因導體在磁場中運動切割磁力線所產生的感應電勢為導體在磁場中運動切割磁力線所產生的感應電勢為Blveav60Dnv式中，式中，導體運動的線速度，導體運動的線速度，。120/0aaDnNBlEU即即 NBl

44、DUna0120NBlDUna0120 由以上分析可知，在其他條件相同的情況下，增大電動機直徑，減小軸由以上分析可知，在其他條件相同的情況下，增大電動機直徑，減小軸向長度，有利于增加電動機的轉矩和降低空載轉速，故力矩電動機都做成扁向長度，有利于增加電動機的轉矩和降低空載轉速，故力矩電動機都做成扁平圓盤狀結構。平圓盤狀結構。6.5 直線電動機直線電動機：直線異步電動機、直線直流電動機和直線同步電動機三種。 6.5.1直線異步電動機的結構(a)旋轉式旋轉式 (b) 直線式直線式圖圖6.17 異步電動機的結構異步電動機的結構圖圖6.18 平板型直線電動機平板型直線電動機6.5.2 直線異步電動機的工

45、作原理圖圖6.19 直線電動機的工作原理直線電動機的工作原理直線電動機是由旋轉電動機演變而來的，因而當初級的多相繞組通直線電動機是由旋轉電動機演變而來的，因而當初級的多相繞組通入多相電流后，也會產生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度入多相電流后，也會產生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度B按通電的相序順序作直線移動按通電的相序順序作直線移動(見圖見圖6.19)，該磁場稱為，該磁場稱為行波磁場行波磁場。用用sv表示，且表示，且 )cm/s(2sfv f式中，式中， -極距極距(cm)； -電源頻率電源頻率(Hz)。2m2cosKpIF 直線異步電動機的推力公式與三相異步電動機轉矩公式相類似，即直

46、線異步電動機的推力公式與三相異步電動機轉矩公式相類似，即KP2Im2cos式中：式中：-電機結構常數；電機結構常數； -初級磁極對數；初級磁極對數； -次級電流；次級電流； -初級一對磁極的磁通量的幅值；初級一對磁極的磁通量的幅值； -次級功率因數。次級功率因數。 極距是用極距是用槽數槽數來表示的來表示的, ,用用定子定子( (或轉子或轉子) )鐵芯的槽數鐵芯的槽數除以除以電機的極電機的極數數( (如六極電極為六如六極電極為六) )得極距得極距. . FvSvS在在推力作用下，次級運動速度推力作用下，次級運動速度應小于同步速度應小于同步速度，則滑差率，則滑差率為為ssvvvS故次級移動速度故次

47、級移動速度)1 (2)1 (sSfvSv 上式表明直線異步電動機的速度與電機極距及電源頻率成正比，因此，上式表明直線異步電動機的速度與電機極距及電源頻率成正比，因此，改變極距或電源頻率都可改變電動機的速度。改變極距或電源頻率都可改變電動機的速度。 與旋轉電動機一樣，改變直線異步電動機初級繞組的通電相序，就可與旋轉電動機一樣，改變直線異步電動機初級繞組的通電相序，就可改變電動機運動的方向，從而可使直線電動機作往復運動。改變電動機運動的方向，從而可使直線電動機作往復運動。習 題6.2 6.3 6.5 6.6 6. 9 6.11機機 電電 傳傳 動動 控控 制制( (第四版第四版) )步進電動機步進

48、電動機實物圖步進電動機實物圖 基本要求基本要求 掌握步進電動機步矩角和步進電動機轉速的數學表達式及掌握步進電動機步矩角和步進電動機轉速的數學表達式及其物理意義；其物理意義； 掌握步進電動機的結構和工作原理，以及主要技術指標和掌握步進電動機的結構和工作原理，以及主要技術指標和特性。特性。步進電動機 步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成機械位移的機電執(zhí)行元件。 每當輸入一個電脈沖時，它便轉過一個固定的角度，這個角度稱為步距角 ，簡稱為步距。 步進電動機的角位移與輸入脈沖數角位移與輸入脈沖數嚴格成比例，運行中無累積誤差。累積誤差。A-B-C-A1)基本工作原理基本工作原理13.1.1 步進電動機工作原

49、理2)通電方式通電方式 三相步進電動機一般有單三拍、單雙六拍及雙三拍等通電方式?！皢巍笔侵该看吻袚Q前后只有一相繞組通電，“雙”就是指每次有兩相繞組通電，而從一種通電狀態(tài)轉換到另一種通電狀態(tài)就叫做一“拍”。 單相輪流（三相單三拍）通電方式 指對三相繞組單獨輪流通電，三次換相（三拍）完成一個通電循環(huán)。通電順序為AB時，轉子按順時針方向一步一步轉動。通電順序改為A時，轉子按逆時針方向一步一步轉動。可見，欲改變步進電機的旋轉方向，則只要改變通電順序即可。 電流換接三次，磁場旋轉一周，轉子前進一個齒距角（上例中轉子有四個齒，則齒距角為90）電流每換接一次轉子前進一個角度稱為步距角。此例中電流換接三次走完

50、一個齒距角，則步距角為30 因為定子繞組為三相，每次只有一相繞組通電，而每一個循環(huán)只有三次通電，故稱為三相單三拍通電方式。在這種通電方式下，每次只有一相控制繞組通電吸引轉子，容易使轉子在平衡估量附近產生振蕩運行穩(wěn)定性較差。另外，在切換時一相控制繞組斷電而另一相控制繞組開始通電，容易造成失步，因而實際上很少采用這種通電方式。 雙相輪流（三相雙三拍）通電方式： 按AB-BC-CA-AB或AC-CA-BC-AC相序循環(huán)通電。步距角與三相單三拍工作方式相同也30，運行穩(wěn)定性較前者好。 因為它是兩相繞組同時通電，故稱為三相雙三拍通電方式。其轉子受到的感應力矩大，靜態(tài)誤差小，定位精度高。另外，轉換時始終有

51、一相的控制繞組通電，所以工作穩(wěn)定，不易失步。 單雙相輪流（三相單、雙六拍）通電方式： 按A-AB-B-BC-C-CA-A或A-CA-C-BC-B-AB-A相序循環(huán)通電。同樣，通電順序改變時，旋轉方向改變。因為它是單、雙相繞組輪流通電，故稱為三相單雙六拍通電方式，具有雙三拍的特點。而電流換接次數多了一倍，步子走得更細了，步距角為15。單雙拍運行單雙拍運行 A-AB-B-BC-C-CA-A 6A-AB-B-BC-C-CA-A 6拍拍2 .1336036000ZKmNZ拍數齒距1 .13/3600ZKmNNKKZ拍數，狀態(tài)系數轉子齒數21 當定子通電循環(huán)一周時，轉子轉過一個齒距。設轉子齒數為Z，則轉

52、子齒距為：因為每通電一次，轉子走一步，故步距角為:(單三拍、雙三拍時，K=1；單、雙六拍時，K=2) 13.1.2 實用的小步距角步進電動機003403360005 . 14032360若步進電動機的Z=40，三相單三拍運行時，其步距角若按三相六拍運行時，步距角 由此可見，步進電動機的轉子齒數Z和定子相數(或運行拍數)愈多，則步距角愈小，控制越精確。2 .1336036000ZKmNZ拍數齒距根據 當定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時，步進電動機就持續(xù)不斷地旋轉。如果電脈沖的頻率為f(HZ)，步距角用弧度表示，則步進電動機的轉速為： N/fff3 .13f6fKmZ60602fKmZ26

53、02fn 相通電脈沖頻率步進電動機轉速例例 題題例例13.113.1一臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍分配方式，一臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍分配方式，轉子有轉子有4040個齒，脈沖源頻率為個齒，脈沖源頻率為600Hz600Hz，求：，求：(1)(1)寫出一個循環(huán)的通電順序寫出一個循環(huán)的通電順序, ,(2)(2)求步進電動機步距角求步進電動機步距角(3)(3)求步進電動機轉速求步進電動機轉速n n A-AB-B-BC-C-CA A-AC-C-CB-B-BA 0005 . 13240/360ZKm3602 min/ r150324060060ZKmf60n3 解解 (1)脈沖分配方式

54、有兩種：脈沖分配方式有兩種：例例13.213.2 若一臺若一臺 BFBF系列四相反應式步進電動機，系列四相反應式步進電動機，其步座角為其步座角為 1.81.80 0/0.9/0.90 0。試問：。試問： (1)1.8(1)1.80 0/0.9/0.90 0表示什么意思表示什么意思? ? (2) (2)轉于齒數為多少轉于齒數為多少? ? (3) (3)寫出四相八拍運行方式的一個通電順序。寫出四相八拍運行方式的一個通電順序。 (4)(4)在在A A相測得頻率為相測得頻率為400Hz400Hz時，其每分鐘的轉速為多少時，其每分鐘的轉速為多少? ? 50148 . 1360ZZKm3602000 以單

55、四拍計算(3) A-AB-B-BC-C-CD-D-DA解解 (1)根據步進電機結構的概念可知根據步進電機結構的概念可知1.80/0.90分別表示單四分別表示單四拍運行的步距角和單雙八拍運行的步距角。拍運行的步距角和單雙八拍運行的步距角。(4)(4)在在A A相測得頻率為相測得頻率為400Hz400Hz時，其每分鐘的轉速時，其每分鐘的轉速為多少為多少? ?解解 min/ r4805040060ZNNf60ZKmf60n4 相例例13-313-3 有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電動機定子勵磁繞組，測得步進電動機的轉十拍通電的步

56、進電動機定子勵磁繞組，測得步進電動機的轉速為速為100r100rminmin，已知轉子有，已知轉子有2424個齒。求：個齒。求： 寫出通電順序。寫出通電順序。 (2)(2)步進電機的步距角：步進電機的步距角： (3)(3)脈沖電源的頻率。脈沖電源的頻率。解：解： A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA A-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA脈沖分配方式有兩種：脈沖分配方式有兩種：(3)脈沖電源的頻率脈沖電源的頻率min/10060rnKmZfn，其中，根據HzKmZnf40060100245260(2)步距角步距角5 . 12452360360得，根據KmZ13.1.4 步

57、進電動機的主要特性與性能指標 1.步進電動機的主要特性1)距角特性 TSMAX 2 2 T 0 e 步進電動機的矩角特性步進電動機的矩角特性2)啟動慣頻特性 在負載轉矩在負載轉矩TL=0的條件下，步進電動機由的條件下，步進電動機由靜止狀態(tài)靜止狀態(tài)突然啟動、不失步突然啟動、不失步地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。啟動慣頻特性啟動慣頻特性 3)運行頻率特性4)距頻特性 矩頻特性描述了步進電動機在負載轉動慣量一定且穩(wěn)態(tài)運行時的最大輸出轉矩與脈沖重復頻率的關系。 在連續(xù)運行狀態(tài)下，步進電動機的最大輸出轉矩隨脈沖重復頻率的升高而下降。如圖所示為兩種步進電動機的矩頻特性 0f/