英才學(xué)院《電工學(xué)》課件04電動機

1、4.1 三相異步電動機的構(gòu)造第4章 電動機4.2 三相異步電動機的工作原理4.3 三相異步電動機的電路分析4.4 三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性4.5 三相異步電動機的起動4.6 三相異步電動機的調(diào)速4.7 三相異步電動機的制動4.8 三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)4.9 單相異步電動機4.10 直流電動機4.11 控制電動機1. 了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動 原理。本章教學(xué)要求：2. 理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握 起動和反轉(zhuǎn)的基本方法, 了解調(diào)速和制動的 方法。3. 理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。4. 了解直流電動機和控制電動機。電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：

2、 基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 機械特性、控制方法 電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復(fù)勵電動機第4章 交流電動機控制電機 伺服電動機：電壓信號轉(zhuǎn)化為角位移或角速度； 測速發(fā)電機：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號； 自 整 角 機 ：實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受； 步進電動機：電脈沖信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號變換成電壓信號； 感應(yīng)同步器：轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號。 1.定子4.1 三相異步電動機的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A -XB -Y C- Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V

3、2U1V1W1 接線柱的聯(lián)結(jié) 星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié) 轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。 (1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子 同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)軸 鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式： 結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。4.2 三相異步電動機的工作原理4. 2. 1 旋轉(zhuǎn)磁場 定子三相繞組通

4、入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oo規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出()電流入 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相電流合成磁場 的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60合成磁場旋轉(zhuǎn)90600動畫oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論： 任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。動畫任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBY0 to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P 當三相定子繞組

5、按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：o tAXBYCZAXYCBZ 若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián) ，繞組的始端之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。CYABCXYZAXBZAXBYC極對數(shù)動畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)CYABCXYZAXBZ04.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻： 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù) p 的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?4. 2. 2 電動機的轉(zhuǎn)動原理電動機的轉(zhuǎn)動原理1. 轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通

6、入三相交流電方向:順時針 切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢 E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流 I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF 4. 2. 3 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。 由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切 割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s 例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975 r/min，電源頻率 f

7、1=50 Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 即p=3額定轉(zhuǎn)差率為4.3 三相異步電動機的電路分析 三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器： 變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2E1 、E2 頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f21 定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動機：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為 n0 ，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率 f1感應(yīng)

8、電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f 1= 電源頻率 f2 轉(zhuǎn)子電路1. 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化 定子感應(yīng)電勢頻率 f 1 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2. 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E 2E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 當轉(zhuǎn)速 n = 0(s=1)時， f 2最高，且 E2 最大，有E20= 4.44 f 1N2轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢即E2= s E20 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢3. 轉(zhuǎn)子感抗X 2當轉(zhuǎn)速 n = 0(s =1)

9、時， f 2最高，且 X2 最大，有X20= 2 f1L2即X2= sX20 4. 轉(zhuǎn)子電流 I25. 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) 結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn) 子電路中的各量均與轉(zhuǎn) 差率 s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速 n有關(guān)。I2cos2s1I2,O4.4 三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性4. 4. 1 轉(zhuǎn)矩公式 轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 T 2. 當電源電壓

10、U1 一定時，T 是 s 的函數(shù)。3. R2 的大小對 T 有影響。繞線式異步電動機可外 接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2 ，從而改變轉(zhuǎn)距。4. 4. 2 機械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT動畫1動畫電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N m) 如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型) 的額定功率為7.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2 不能大于Tmax ，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當 U1 一定時，Tmax為定值

11、過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2 T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4. 電動機的運行分析 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。 自適應(yīng)負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載） 。此過程中， n 、sE2 , I2 I1 電源提供的功率自動增加。T2sT2 TT =T2n T T2達到新的平衡T2常用特性段TO4.5 三相異步電動機的起動4. 5. 1 起動性能 起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7

12、倍; 電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.02.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動： n = 0，s =1, 接通電源。起動時 ，n = 0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流 4.5.2 起動方法(1) 直接起動 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2) 降壓起動：星形-三角形(Y ) 換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機）(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。設(shè)：電機每相阻抗為1. 降壓起動(1) Y 換接起動 降壓起動時的電流為直接起動時的+ 起動

13、U1U2V1V1W1W2+正常運行U1U2V1V2W1W2Y 起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點Y動觸點靜觸點Y 起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起動UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y 起動器接線簡圖 工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常運行Ul+U1V1V2W1W2(a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。 (b)Y 起動Y 換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y- 換接起動應(yīng)注意的問題 正常運行UlU

14、1W2V2W1+U2V1UP 起動+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) 自耦降壓起動L1L3L2FUQ Q2下合： 接入自耦變 壓器，降壓 起動。 Q2上合： 切除自耦變 壓器，全壓 工作。合刀閘開關(guān)QQ2 自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成 Y形不能采用Y起動的鼠籠式異步電動機。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當?shù)腞 串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R 短路。起動電阻2.繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動 若R2選得適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2 Tst TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點 方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動

15、機反轉(zhuǎn)。 電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)電 源UVWM3UVW電 源M3例1: 1)解: 一臺Y225M-4型的三相異步電 動機，定子繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定轉(zhuǎn)差率sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩 TN 、最大轉(zhuǎn)矩Tmax 、和起動轉(zhuǎn)矩TN 。 2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機） 3）解： 在上例中(1)如果負載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 試問在U=UN和U=0

16、.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。 又當負載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？ (1) 在U=UN時 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起動 (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 在U= 0.9UN 時能起動例2:在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動(3)例3: 對例8.5.1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動，設(shè)起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist和電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst。解：設(shè)電動機的起動電壓為U，電動機的起動電流為Ist 依據(jù)變壓器的一次、

17、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流Ist。 采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的 電壓與額定電壓之比為 x ，則線路 起動電流Ist 為電動機的起動轉(zhuǎn)距Tst為結(jié)論：4.6.1 變頻調(diào)速 (無級調(diào)速) f=50Hz逆變器M3 整流器f1、U1可調(diào)+變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法4.6 三相異步電動機的調(diào)速8.6.2 變極調(diào)速 (有級調(diào)速) 變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，由于調(diào)速時其

18、轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。A1A2X1X2SNTo4.6.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 (無級調(diào)速) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nnTLTLs sTso4.7 三相異步電動機的制動4.7.1 能耗制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。nF轉(zhuǎn)子Tn0=04.7.2

19、 反接制動 停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。 M3+-運轉(zhuǎn)制動RPM3運轉(zhuǎn)制動nF轉(zhuǎn)子Tn04.7.3 發(fā)電反饋制動 當電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n n04.8 三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1. 型號 磁極數(shù)( 極對數(shù) p = 2 )例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步

20、電動機教材表8.8.1中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2. 接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y 聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2 聯(lián)結(jié)3. 電壓例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為 380V 時 采用 Y聯(lián)結(jié)；線電壓為 220V 時采用 聯(lián)結(jié)。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% 。因為

21、在電動機滿載或接近 滿載情況下運行時，電壓過高 或過低都會使 電動機的電流大于額定值, 從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。 三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V, 及6000V等多種。4. 電流例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。 5. 功率與效率 鼠籠電機 =7293電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率 P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)

22、“大馬拉小車” 的現(xiàn)象。6. 功率因數(shù)PN 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為 0.7 0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。 7. 額定轉(zhuǎn)速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO如： n N =1440 轉(zhuǎn)/分 sN = 0.048. 絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105C)，H級最高(180C)。 單相異步電動機主要應(yīng)用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。 定子繞組中通入單相交流電后, 形成脈動磁場，

23、若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。定子定子繞組轉(zhuǎn)子AANS4.9.1 單相異步電動機的工作原理4.9 單相異步電動機 定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場，可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成來等效。即 + -m= + -=tO脈動磁場的分解 +- + + - 正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩(正向)起動轉(zhuǎn)矩為零(反向)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反.F鼠籠式轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流 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(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。AA 為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單相異步電動機的定子進行了特殊設(shè)計。常用的單相異步電動機有電容分相式異步電動機和罩極式異步電動機。他們都采用鼠

24、籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。8.11.2 電容分相式異步電動機 電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組 AA，另一個是起動繞組 BB ,兩個繞組在空間相隔90。起動時， BB 繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場。電容分相式異步電動機iASABBAiB設(shè)兩相電流為兩相電流正弦波形如圖所示。工作繞組iBiAO起動繞組ABBAABBAABBA兩相旋轉(zhuǎn)磁場動畫450900iBiAOSABBiAiBA12實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路 改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉(zhuǎn)。 將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流 iB較iA超前近90；當將S切換到位

25、置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA 較iB 超前近90。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。 電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來后，利用離心力將開關(guān)S斷開(S是離心開關(guān))，使起動繞組BB斷電。M 4.9.2 罩極式單相異步電機i12定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴) 當電流i 流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁通1 ，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通2 。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得2在相位上滯后1 ，從而在電動機定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場，使轉(zhuǎn)子獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。 罩極式單相異步電動機起動轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)向不能改變，常用于電風(fēng)扇、吹風(fēng)機中；電容分相式單相異步電動機

26、的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)向可改變，故常用于洗衣機等電器中。4.10 直流電機的構(gòu)造 直流電動機雖然比三相交流異步電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械往往采用直流電動機驅(qū)動。直流電機的優(yōu)點： (1) 調(diào)速性能好, 調(diào)速范圍廣, 易于平滑調(diào)節(jié)。 (2) 起動、制動轉(zhuǎn)矩大, 易于快速起動、停車。 (3) 易于控制。應(yīng)用: 1) 軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床、礦山豎井 提升機以及起重設(shè)備等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。 2) 用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等NSNS 直流電動機的構(gòu)造極掌極心勵磁繞組機座轉(zhuǎn)子直流電動機的

27、磁極和磁路 直流電機由定子(磁極)、轉(zhuǎn)子(電樞)和機座等部分構(gòu)成。2. 轉(zhuǎn)子(電樞) 由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。1. 磁極永磁式: 由永久磁鐵做成。勵磁式: 磁極上繞線圈，線圈中通過直流電， 形成電磁鐵。勵磁: 磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱 為勵磁。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。電樞繞組：單個繞組元件組成。用來在電機中產(chǎn)生磁場。1. 他勵電動機 勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。 直流電機的分類 直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復(fù)勵電動機2. 并勵電動機 勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵I(lǐng)aUM+_If+

28、_IE并勵4. 復(fù)勵電動機 勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。3. 串勵電動機 勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復(fù)勵U+_IMIa 直流電機的基本工作原理IU+SbNacd 直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是S極有效邊的電流方向向里, N極有效邊的電流方向向外。電動機電樞繞組通電后中受力(左手定則)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。U+U+電刷換向片U+IFFTn換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。U+EETnSbNdFFacII換向片電刷 線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生

29、感應(yīng)電動勢。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。KE: 與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n: 電動機轉(zhuǎn)速 ：磁通1. 電樞感應(yīng)電動勢 E=EK nU+EETnSbNdFFacII換向片電刷 由圖可知，電樞感應(yīng)電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。 式中：U 外加電壓 Ra 繞組電阻2. 電樞回路電壓平衡式RaIaE+UM 并勵電動機的起動與反轉(zhuǎn)起動直流電動機不允許在額定電壓UN下直接起動。Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花,燒壞換向器；起動時,n =0 1. 起動問題：(1) 起動電流大(2) 起動轉(zhuǎn)矩大 起動時，起動轉(zhuǎn)矩為(1020)TN , 造成機械沖擊，使傳動機構(gòu)遭受損

30、壞。一般Iast限制在(1.52.5)IN。2.起動方法 3.注意事項(1) 電樞串電阻起動法(2) 降壓起動法： 直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。最大起動電壓Ust為(1)如果電動機是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小(T=KT Ia) , 電機將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。 (2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路，反電動勢E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負載的需要，電動機必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的

31、增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。 (3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴重的機械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。（ E Ia T T0 n飛車）2.反轉(zhuǎn)例：串勵的單相手電鉆，利用勵磁電流和電樞電流兩者的方向同時改變時而轉(zhuǎn)向不變的原理，采用特別的串勵電動機，使手電鉆用單相交流電源或直流電源供電均可。電磁轉(zhuǎn)矩：T=KT Ia (1) 改變勵磁電流的方向。 (2) 改變電樞電流的方向。注意：改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法有兩種： 直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 (a) 外形； (b) 結(jié)構(gòu)示意圖 伺服電動機可分為兩類： 伺服電動機又稱執(zhí)行電

32、動機。其功能是將輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度，驅(qū)動控制對象。 交流伺服電動機 直流伺服電動機4.11 伺服電動機 伺服電動機可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控制系統(tǒng)和計算機外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。1 交流伺服電動機 交流伺服電動機就是一臺兩相交流異步電機。它的定子上裝有空間互差90的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵磁繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖放大器檢測元件控制信號+控制繞組勵磁繞組+1 勵磁繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。 適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。交流伺服電動機的接線圖和相

33、量圖(a）接線圖1(b) 相量圖 控制電壓 與電源電壓 頻率相同，相位相同或反相。放大器檢測元件控制信號+控制繞組 交流伺服電動機的工作原理與單相異步電動機有相似之處。 勵磁繞組固定接在電源上，當控制電壓為零時，電機無起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)。 若有控制電壓加在控制繞組上，且勵磁電流和控制繞組電流 不同相時，因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。1、交流伺服電動機 1）、結(jié)構(gòu)如圖所示。 a)籠型轉(zhuǎn)子 1、5一軸承 2-機殼 3一定子 4-轉(zhuǎn)子 6-接線板 7一銘牌 b)杯型轉(zhuǎn)子 1一杯型轉(zhuǎn)子 2-定子繞組 3一外定子 4-內(nèi)定子 5一機殼 6-端蓋 交流伺服電機 2 直流伺服電

34、動機 直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與直流電動機基本相同。只是為減小轉(zhuǎn)動慣量，電機做得細長一些。 直流伺服電動機的工作原理也與直流電動機相同。供電方式：他勵供電。勵磁繞組和電樞分別由兩個獨立的電源供電。U1為勵磁電壓，U2為電樞電壓MU1I1I2U2放大器U+直流伺服電動機的接線圖由機械特性可知：(1) 一定負載轉(zhuǎn)矩下，當磁通不變時，U2 n。(2) U2=0時，電機立即停轉(zhuǎn)。電動機反轉(zhuǎn)：改變電樞電壓的極性，電動機反轉(zhuǎn)。 直流伺服電機的機械特性與他勵直流電機相同一樣，也可用下式表示機械特性曲線如圖所示。直流伺服電動機的n=f(T)曲線(U1=常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO 直流伺服電機的

35、特性較交流伺服電機硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。 直流伺服電機輸出功率一般為1-600W。應(yīng)用：4.11.2 步進電動機特點: (1) 來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2) 控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。 (3) 改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動方向。 步進電機是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，步進電機轉(zhuǎn)動一定角度，帶動機械移動一小段距離。 由于步進電動機的這一工作職能正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)要求，因此它在數(shù)控機床、鐘表工業(yè)及自動記錄儀等方面都有很廣泛的應(yīng)用 區(qū)別在于勵磁式步進電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，依靠電磁轉(zhuǎn)矩工作。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)

36、子上沒有勵磁線圈。依靠變化的的磁阻生成磁阻轉(zhuǎn)矩工作。反應(yīng)式步進電機的應(yīng)用最廣泛，它有兩相、三相、多相之分。這里主要討論三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。種類：勵磁式和反應(yīng)式兩種。 下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進電動機的原理結(jié)構(gòu)圖如下：ABCIAIBIC 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四個齒。定子轉(zhuǎn)子1.工作原理 由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 現(xiàn)以A B C A的通電順序，使三相繞組 輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運動情況。BCIAIBIC1.三相單三拍CABBCA3412