機(jī)電傳動(dòng)控制第五章教學(xué)大綱

1、第五章交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性 了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性；掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的連接方法和額定參數(shù)： 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等各種特性； 掌握實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法及它們的使用場(chǎng)所； 掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)方法； 了解同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和啟動(dòng)方法。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) SU 三一鼻*】一承 2一”三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。如圖所示。e-JtTlle-

2、HT吁無12根1.定子定子由定子鐵心、繞組以及機(jī)座組成。定子鐵心是磁路的一部三0 分，它由0.5mm的硅鋼片疊2定了物組 壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗。定子 3一轉(zhuǎn)了鐵心 鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定S 子槽，槽中安放線圈，如圖 所示。硅鋼片鐵心在疊壓后 成為一個(gè)整體，固定于機(jī)座 上。1 一定了鐵心2定/繞組3一轉(zhuǎn)子鐵心4 一轉(zhuǎn)了統(tǒng)如定子繞組是電動(dòng)機(jī)的電 路部分。三相電動(dòng)機(jī)的定子 繞組分為三個(gè)部分對(duì)稱地分 布在定子鐵心上，稱為三相 繞組，分另U用AX、BY、CZ 表示，其中，A、B、C稱為 首端，而X、Y、Z稱為末端。三相繞組接入三相交流電源, 生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組中的電流定子鐵心中

3、產(chǎn)機(jī)座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機(jī)座型式。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁 路的一部分，由硅鋼片疊壓 而成。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上。硅鋼片沖片如圖所示。線繞式和鼠籠式兩種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但工作原理 是一致的。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，即產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條, 再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅 端環(huán)上而組成，如圖所示。線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，并分為三相對(duì) 稱繞組，與定子產(chǎn)生的磁極 數(shù)相同。線繞式轉(zhuǎn)子通過軸 上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻

4、，用以改善 啟動(dòng)性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1 .定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)假設(shè)每相繞組只有一個(gè)線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周的6個(gè)凹槽之中?，F(xiàn)將三相繞組的末端X、Y、Z相連，首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所O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A相繞組的電流作為參考正弦量，即iA的初相位為零，則三相繞組A、R、C的電流（相序?yàn)锳BC）的瞬時(shí)值為，=/msindtIn3)ic = Zm sin(a)t -=，msin(d?t如圖所示是這些電流隨時(shí)間變化的曲線。（1=（M驍二0%為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端;為正，電流實(shí)

5、際方向與正方向一致，即電流從C端流到Z端,按右手螺旋法則確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng),如圖（a）箭頭所示。(a)t=0（2=T/6fft“為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X端?！盀樨?fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端:ic=0此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖（b）所示，合成磁場(chǎng)已從仁0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了/3o冗(i)/-p(b)i-T/6(3=T/3時(shí)為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X端。認(rèn)為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端;此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖(c)所示，合成磁場(chǎng)已從=0瞬間所在位置順時(shí)針方 向旋轉(zhuǎn)了 2%/3。(a) 1=0(4=T/

6、2 時(shí)(b) 1=176A=0為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從B端流到Y(jié)端。ic為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端;此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖(d)所示,合成磁場(chǎng)已從仁0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了幾。(b) /-776(c) t-T/3(d) 1-772按以上分析可以證明：當(dāng)三相電流隨時(shí)間不斷變化時(shí)，合成磁場(chǎng)也在不斷旋轉(zhuǎn)，故稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2 .旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向A相繞組內(nèi)的電流超前B相繞組內(nèi)的電流2乃/3,而B相繞組內(nèi)的電流又超前C相繞組內(nèi)的電流2%/3,當(dāng)三相交流電的ABC,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺腁-B-C,即向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果將定子繞組接至電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根線

7、對(duì)調(diào)，例如，將B,C兩根線對(duì)調(diào)，使B相與C相繞組中電流的相位對(duì)調(diào)，如圖所示。此時(shí)A相繞組內(nèi)的電流超前C相繞組內(nèi)的電流2萬/3,而C相繞組內(nèi)的電流又超前B相繞組內(nèi)的電流2%/3,用上述同樣的分析方法可知，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆優(yōu)锳-CtB,即向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖所示，即與未對(duì)調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方向相反。s)f-。(b) 1776(c)i=r/3(d) t=T/2只要把定子繞組接到由此可見，要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向,電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。3 .旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度在交流電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子的旋轉(zhuǎn)速度被稱為同步速度，用表示。以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，具有一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù)用p表示）即

8、P=lo從上述分析可以看出，電流變化經(jīng)過一個(gè)周期（變化360電角度），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機(jī)械角度），若電流的頻率為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)6曠轉(zhuǎn)，即:如果把定子鐵心的槽數(shù)增加1倍（12個(gè)槽），制成如圖所示的三相繞組。注意三相繞組在鐵心槽中的分布位置。其中，每相繞組由兩個(gè)部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到對(duì)稱三相電源使通過對(duì)稱三相電流，便產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如圖所示。從圖可以看出，對(duì)應(yīng)于不同時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)到不同位置，此情況下電流變化半個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)過了力/2,即1/4轉(zhuǎn)，電流變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)了1/2轉(zhuǎn)。由此可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)磁極（p

9、=2）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對(duì)磁極時(shí)的一半。依次類推，當(dāng)有p對(duì)磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為：所以, 成反比。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋或速度與電流的頻率成正比而與磁級(jí)對(duì)數(shù)4 .工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。假設(shè)定子只有一對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子只有一匝繞組。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線（其方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反），因而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e從而產(chǎn)生感應(yīng)電流屋根據(jù)安培電磁力定律，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力尸（其方向用左手定則決定），這力在轉(zhuǎn)子的軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子受此轉(zhuǎn)矩的作用，按旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用表示。5 .轉(zhuǎn)差率S由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，。（同步速度）要小。因?yàn)槿绻麅煞N速度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子和