電機拖動與電氣控制 第2版 教案全套 葛蕓萍 第1-7章 變壓器 -典型機床電氣控制

電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第1章變壓器1.1變壓器的結構和工作原理授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握變壓器的基本結構組成（鐵心、繞組、絕緣材料等）及其功能。*理解變壓器的工作原理，包括電磁感應定律、變比關系及能量傳遞過程。*熟悉變壓器的空載與負載運行特性。2.能力目標:

*能夠分析變壓器參數(shù)（變比、效率、電壓調整率）對性能的影響。*具備初步設計小型變壓器的能力（如計算繞組匝數(shù)、選擇鐵心材料）。3.素質目標:

*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*結構解析：鐵心的疊片設計（減少渦流損耗）、高低壓繞組的布置形式（同心式或交疊式）。*工作原理：法拉第電磁感應定律的應用，變比公式的推導與驗證。*運行特性：空載時的勵磁電流特性、負載時的電壓調整與效率計算2.教學難點:

*磁場分布分析：主磁通與漏磁通對變壓器性能的影響。*損耗與效率：鐵損（渦流損耗、磁滯損耗）與銅損的區(qū)分。教學內容1生活場景引入：發(fā)現(xiàn)變壓器的存在提問互動：“大家有沒有注意到手機充電器上的‘輸入220V，輸出5V’字樣？它是如何將高壓電變成低壓電的？”“為什么遠距離輸電需要將電壓升高到幾十萬伏特？高壓電直接送到家里會怎樣？”目的：通過日常生活中的實例（如充電器、電力塔），引發(fā)學生對“電壓變換”的興趣，并思考背后的物理原理2：變壓器的基本結構核心組件鐵心：硅鋼片疊壓結構的作用（減少渦流）、形狀分類（芯式、殼式）。繞組：高壓繞組與低壓繞組的匝數(shù)差異、絕緣材料的選擇（如環(huán)氧樹脂、Nomex紙）。附屬部件：油箱（散熱）、套管（引出線絕緣）、分接開關（調壓功能）。結構設計原則磁路閉合性：確保主磁通高效傳遞能量。散熱與絕緣：防止局部過熱和擊穿風險。3.變壓器的工作原理電磁感應定律的應用（1）電磁感應定律的應用原邊通電產生交變磁通，副邊感應電動勢變比關系推導:(理想變壓器假設)（2）空載與負載運行分析空載運行:原邊電流主要為勵磁電流，副邊開路。負載運行:副邊電流產生去磁效應，原邊電流自動調整以維持主磁通平衡。3.實驗與仿真驗證（有條件選做）（1）實驗操作空載實驗:測量空載電流I0和鐵損PFe。短路實驗:測量短路阻抗Zk和銅損PCu。負載實驗:驗證電壓調整率△U%=（U20-U2）/U20×100%。。（2）仿真演示使用PSIM或ANSYSMaxwell模擬變壓器磁場分布及能量傳遞過程。課外拓展1.電力系統(tǒng)：特高壓變壓器在輸電網絡中的作用（降低線路損耗）。2.電子設備：開關電源中的高頻變壓器設計（鐵氧體磁芯與繞組優(yōu)化）。3.新能源領域：光伏逆變器與儲能系統(tǒng)中的隔離變壓器應用。4.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第1章變壓器1.2變壓器的運行原理及特性授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握變壓器的基本結構、工作原理及能量傳遞過程。*理解變壓器的空載、負載運行特性。*熟悉變壓器的外特性、效率特性。2.能力目標:

*能夠分析變壓器電壓、電流的變換關系。*能運用等效電路解決實際工程問題（如電壓調整率計算）。3.素質目標:

*培養(yǎng)安全操作意識（高壓實驗規(guī)范）。*增強團隊協(xié)作能力（小組實驗與討論）。*建立工程思維（理論與實際應用的結合）。*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.重點:

*變壓器的工作原理（電磁感應定律）。*變壓器的空載與負載運行特性。2.教學難點:

*磁路與電路的能量耦合關系。*三相變壓器的聯(lián)結組別與不平衡負載分析。教學內容1.變壓器基礎與原理(1)結構與分類核心部件：鐵芯（硅鋼片疊壓）、繞組（高壓/低壓線圈）。分類：電力變壓器、自耦變壓器、三相變壓器。(2)工作原理電磁感應定律推導:U1/U2=N1/N2?？蛰d運行分析(主磁通與漏磁通)，負載運行的能量傳遞過程(電流比I1/I2≈N2/N1)。。教學方式:實物拆解演示+動態(tài)磁場仿真動畫2.運行特性與等效電路外特性曲線(電壓調整率△U%=(U20-U2)/U20×100%)效率特性(最大效率條件:銅損=鐵損)教學方式:Matlab仿真對比不同負載下的特性曲線。3.實驗與工程應用實驗設計空載實驗：測定鐵損與勵磁參數(shù)。短路實驗：測定銅損與短路阻抗。變比測試與極性判別。4.工程案例配電變壓器容量選擇（負載率與溫升關系）。變壓器并聯(lián)運行條件（變比、阻抗電壓、相位一致）。教學方式：分組實驗操作+工廠參觀（配電房實地講解）。課外拓展1.前沿技術非晶合金變壓器（節(jié)能降噪技術）。智能變壓器（集成傳感器與物聯(lián)網監(jiān)控）。2.行業(yè)應用新能源領域：風電/光伏逆變系統(tǒng)中的高頻變壓器。軌道交通：牽引變壓器的諧波抑制技術。3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第1章變壓器1.1變壓器的結構和工作原理授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握三相變壓器磁路系統(tǒng)的結構特點與磁通分布規(guī)律。*理解三相變壓器連接組別的定義、標號方法及其工程意義。*熟悉三相變壓器并列運行的條件及不滿足條件時的危害。2.能力目標:

*能夠通過繞組接線圖判斷三相變壓器的連接組別（如Yyn0、Dd11）。**能根據(jù)實際需求設計變壓器并列運行方案。3.素質目標:

*強化電力系統(tǒng)安全操作意識（如并列運行前的相位校驗）。*培養(yǎng)工程規(guī)范思維（遵循IEC標準與行業(yè)規(guī)程）。*提升團隊協(xié)作能力（分組完成連接組別實驗與案例分析）。*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*三相變壓器磁路系統(tǒng)的分類與特點（獨立磁路與共磁路）。*連接組別的時鐘表示法（如Yd11、Dy5）及其判定方法。*并列運行的四個必要條件（變比、組別、阻抗電壓、容量比）。2.教學難點:

*繞組極性對連接組別的影響（同名端判定）。*并列運行時環(huán)流計算與負載分配不均問題分析。教學內容1.三相變壓器磁路系統(tǒng)磁路結構分類組式變壓器（三相磁路獨立，鐵芯柱對稱分布）。芯式變壓器（三相磁路相互關聯(lián)，中間相磁路短）。磁通分布特點空載運行時主磁通與漏磁通的相位關系。負載運行時磁路不對稱對三相電壓的影響。教學方式：三維磁路仿真動畫+鐵芯實物剖解展示。2.連接組別判定與分析繞組連接方式星形（Y）、三角形（D）接法的電壓矢量關系。中性點引出（yn、zn）的接地保護意義。組別判定方法時鐘表示法（高壓側線電壓為12點，低壓側對應相位差）。實驗法（雙電壓表法測定組別標號）。教學方式：接線圖繪制練習+Multisim電路仿真驗證。3.并聯(lián)運行條件與工程應用并聯(lián)運行條件變比相等（偏差<±0.5%）。連接組別相同（避免相位差導致環(huán)流）。短路阻抗標幺值相近（偏差<10%）。容量比不超過3:1（防止小容量變壓器過載）。故障案例分析組別不同導致環(huán)流燒毀變壓器實例（如Yy0與Yd11并聯(lián)）。阻抗電壓差異引起的負載分配不均問題。教學方式：MATLAB/Simulink環(huán)流仿真+電力系統(tǒng)事故錄像解析。課外拓展1.前沿技術立體卷鐵心三相變壓器（磁路對稱性優(yōu)化技術）。智能相位監(jiān)測裝置（實時檢測并聯(lián)變壓器相位差）。2.行業(yè)應用數(shù)據(jù)中心雙電源系統(tǒng)：變壓器并聯(lián)運行的冗余設計。新能源并網：三相變壓器組別對逆變器諧波抑制的影響。3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第1章變壓器1.4其他變壓器授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握自耦變壓器的結構特點、電壓關系及工程應用場景。*理解電流互感器（CT）與電壓互感器（PT）的工作原理、誤差來源及接線規(guī)范。*熟悉電焊變壓器的陡降外特性、電流調節(jié)方法及電弧穩(wěn)定性控制原理。2.能力目標:

*能分析自耦變壓器與雙繞組變壓器的效率差異及經濟性對比。*具備正確使用儀用互感器進行高電壓、大電流測量的操作技能。*能設計電焊變壓器的簡易電流調節(jié)電路并分析負載特性。3.素質目標:

*強化電氣安全操作意識（如互感器二次側開路/短路危害）。*培養(yǎng)工程實踐思維（特種變壓器的選型與調試）。*提升創(chuàng)新意識（新型互感器在智能電網中的應用）。*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*自耦變壓器的等效容量計算與功率傳遞關系。*電流互感器的變比誤差、相位誤差及10%誤差曲線。*電焊變壓器的陡降外特性實現(xiàn)原理（串聯(lián)電抗器/磁分路法）。2.教學難點:

*自耦變壓器一、二次側共用繞組的電氣隔離風險分析。*電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象及抑制措施。*電焊變壓器動態(tài)負載下電弧穩(wěn)定性與電流波動的關聯(lián)機制。教學內容1.自耦變壓器結構與原理單繞組設計：公共繞組（低壓側）與串聯(lián)繞組（高壓側）的電壓關系U1/U2=(N1+N2)/N2等效容量計算：S等效=(1?1/k)S額定（k為變比）。工程應用與限制優(yōu)勢：體積小、成本低（適用于變比接近1的場合，如電機降壓啟動）。風險：高低壓側直接電氣連接導致絕緣要求提高。教學方式：實物拆解對比（自耦變壓器vs雙繞組變壓器）+效率計算案例。2.儀用互感器電流互感器（CT）工作原理：二次側額定電流5A/1A，嚴禁開路（避免高壓危險）。誤差分析：勵磁電流引起的比差與角差（精度等級0.2/0.5/10P）。電壓互感器（PT）工作原理：二次側額定電壓100V，嚴禁短路（采用熔斷器保護）。鐵磁諧振案例：中性點不接地系統(tǒng)PT飽和引發(fā)的過電壓。教學方式：Multisim仿真CT二次側開路電壓波形+PT諧振抑制實驗。3.電焊變壓器外特性與電流調節(jié)陡降特性：負載短路時電流穩(wěn)定（電弧電壓20-30V）。調節(jié)方法：移動鐵芯（磁分路）或調節(jié)電抗器氣隙。電弧穩(wěn)定性控制動態(tài)阻抗匹配：焊接過程中弧長變化對電流的影響。高頻引弧技術（可選內容）：非接觸式起弧的現(xiàn)代焊機應用。教學方式：焊接電流調節(jié)實驗（記錄電流-電壓曲線）+電弧穩(wěn)定性視頻分析。課外拓展1.前沿技術電子式互感器：羅氏線圈與光學電流互感器（OCT）在智能變電站的應用。數(shù)字化電焊電源：IGBT逆變技術實現(xiàn)精準焊接控制。2.行業(yè)應用自耦變壓器：城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的電壓適配。儀用互感器：新能源電站的寬頻測量與諧波分析。3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.1直流電機的工作原理及其結構授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握直流電機的分類方法。

*熟悉直流電機的基本結構及各部分作用。

*理解直流電機的工作原理。

*掌握直流電機銘牌數(shù)據(jù)的含義。2.能力目標:

*能夠根據(jù)不同的分類標準對直流電機進行分類。

*能夠識別直流電機的主要部件，并說明其作用。

*能夠運用右手定則和左手定則分析直流電機的工作原理。

*能夠根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)判斷直流電機的基本參數(shù)和性能。3.素質目標:

*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*直流電機的基本結構和工作原理。

*直流電機銘牌數(shù)據(jù)的解讀。2.教學難點:

*直流電機工作原理的理解，特別是電磁轉矩的產生過程。

*直流電機銘牌數(shù)據(jù)與實際應用的聯(lián)系。教學內容1.生活實例引入播放視頻:播放一段關于電動汽車、電動自行車、家用電器等使用直流電機的視頻，引導學生思考這些設備是如何運轉的。提出問題:你們知道這些設備中使用的是什么類型的電機嗎？直流電機是如何將電能轉換成機械能的？引出主題:直流電機作為一種將電能轉換成機械能的裝置，在日常生活和工業(yè)生產中有著廣泛的應用。今天我們就來一起學習直流電機的結構、工作原理和應用。2.直流電機的分類*按勵磁方式分類：他勵、并勵、串勵、復勵。*按結構分類：有刷直流電機、無刷直流電機。*按用途分類：驅動用直流電機、控制用直流電機。3.直流電機的結構*定子部分：主磁極、換向極、機座、端蓋、電刷裝置。*轉子部分：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸。*結合實物或圖片講解各部件的作用。4.直流電機的工作原理*電磁感應定律和電磁力定律回顧。*直流電機的工作原理分析： *結合動畫或模型演示直流電機的工作原理。5.直流電機的銘牌數(shù)據(jù)*額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速、勵磁方式、絕緣等級等。*結合實際案例講解銘牌數(shù)據(jù)的含義和選擇方法。課外拓展1.查閱資料，了解直流電機在工業(yè)生產中的應用實例，并分析其優(yōu)缺點。2.參觀電機廠或實驗室，觀察直流電機的實際結構和運行情況。3.利用仿真軟件搭建直流電機模型，模擬其工作過程，并分析不同參數(shù)對電機性能的影響4.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.2直流電動機的勵磁方式和基本平衡方程式授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握直流電機的四種勵磁方式及其特點。*理解直流電機氣隙磁場的分布特點及影響因素。*掌握直流電機的基本平衡方程式，理解其物理意義。2.能力目標:*能夠根據(jù)實際需求選擇合適的直流電機勵磁方式。*能夠分析不同勵磁方式對直流電機性能的影響。*能夠運用基本平衡方程式分析直流電機的工作狀態(tài)。3.素質目標:*培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度和探索精神。*增強學生的工程意識和實踐能力。*培養(yǎng)學生的團隊合作精神和溝通表達能力。教學重點難點1.教學重點:*直流電機的四種勵磁方式及其特點。*直流電機的基本平衡方程式。2.教學難點:*直流電機氣隙磁場的分布特點及影響因素。*基本平衡方程式的物理意義及應用。教學內容1.生活實例引入直流電機作為電能與機械能轉換的核心設備，在工業(yè)、交通和家用電器中廣泛應用。其性能和工作特性直接受到勵磁方式、磁場分布以及內部電氣和機械平衡關系的影響。理解這些內容，是掌握直流電機工作原理、優(yōu)化設計以及解決實際工程問題的基礎。2.直流電機的勵磁方式勵磁方式他勵：勵磁繞組由獨立電源供電，勵磁電流與電樞電流無關，控制靈活，適用于需要精確調速的場合。并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電流與電樞電壓相關，特性較硬，適用于恒速運行。串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流相同，啟動轉矩大，適用于牽引設備。復勵：結合并勵和串勵，既有并聯(lián)又有串聯(lián)的勵磁繞組，綜合了并勵和串勵的優(yōu)點，適用于需要兼顧啟動性能和運行穩(wěn)定性的場合。磁場分布：主磁場：由勵磁繞組產生，是電機工作的基礎磁場。電樞反應：電樞電流產生的磁場對主磁場的影響，可能導致磁場畸變、氣隙磁場分布不均，進而影響電機性能?；酒胶夥匠淌剑篣=EU=轉矩平衡方程式：描述電機輸出轉矩與負載轉矩及慣性轉矩之間的平衡關系。TTP2P3.直流電機的磁場*直流電機氣隙磁場的分布特點：主磁場、電樞反應磁場。*電樞反應對氣隙磁場的影響：去磁效應、交磁效應。*改善氣隙磁場分布的措施：補償繞組、換向極。4.直流電機的基本平衡方程式*電壓平衡方程式：U=E+IaRa*轉矩平衡方程式：Tem=T0+T2*功率平衡方程式：Pem=P0+P2*各方程式的物理意義及應用。課外拓展1.查閱資料，了解不同勵磁方式直流電機在實際應用中的案例，并分析其優(yōu)缺點。2.利用仿真軟件搭建不同勵磁方式直流電機模型，模擬其工作狀態(tài)，并分析不同參數(shù)對電機性能的影響。3.設計實驗方案，研究電樞反應對直流電機性能的影響。4.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.3直流電動機的機械特性授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標：*掌握他勵直流電機機械特性的定義及物理意義。*理解機械特性方程n=f(T)、n=f(T)的推導過程，明確方程中各參數(shù)的含義。*熟悉他勵直流電機機械特性曲線的特點及影響因素（電樞電壓U、電樞電阻Ra、磁通Φ）。*了解機械特性在調速、啟動和制動等實際應用中的作用。2.能力目標：*能夠獨立推導他勵直流電機的機械特性方程。*能夠通過方程分析參數(shù)變化對機械特性的影響，并繪制特性曲線。*能結合實際案例（如機床、電動汽車驅動）分析他勵電機的選型依據(jù)。3.素質目標：*培養(yǎng)邏輯推理能力和數(shù)理分析思維。*強化工程實踐意識，理解理論公式與實際工況的關聯(lián)。*提升團隊協(xié)作能力，通過實驗和案例分析解決復雜問題。教學重點難點1.教學重點：*他勵直流電機機械特性方程的推導及物理意義。*參數(shù)電樞電壓U、電樞電阻Ra、磁通Φ對機械特性曲線的影響分析。*機械特性在調速控制中的應用（如調壓調速、弱磁調速）。2.教學難點：*機械特性方程的數(shù)學推導過程及參數(shù)物理意義的理解。*實際工況中多參數(shù)耦合對機械特性的綜合影響分析。*理論特性曲線與實測曲線的差異解釋（如電樞反應、溫度變化的影響）。教學內容1.機械特性的基本概念定義：轉速n與電磁轉矩T的關系曲線n=f(T）。物理意義：反映電機帶載能力、穩(wěn)定性及調速性能。理想特性與實際特性：忽略電樞反應和損耗的理想方程vs實際工程中的修正因素。2.機械特性方程的推導3.機械特性曲線分析4.實際應用與案例分析5.實驗驗證(有條件選)實驗內容：在實驗臺上測試他勵直流電機在不同U、R、Ф下的機械特性曲線。實驗步驟：（1）固定勵磁電流，逐步增加負載轉矩，記錄轉速和電流數(shù)據(jù)。（2）改變電樞電壓或串聯(lián)電阻，重復實驗并對比曲線變化。（3）分析實測曲線與理論方程的差異（如電樞反應的影響）。課外拓展1.仿真建模使用MATLAB/Simulink或PLECS搭建他勵直流電機模型，仿真不同參數(shù)下的機械特性曲線，并與理論方程對比。2.工程調研調研工業(yè)現(xiàn)場（如印刷機械、軋鋼設備）中他勵直流電機的應用場景，分析其機械特性與工藝要求的匹配性。3.文獻研讀閱讀《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（陳伯時）中他勵電機調速章節(jié)，總結調壓調速與弱磁調速的優(yōu)缺點。4.創(chuàng)新課題分組討論：在新能源領域（如太陽能跟蹤系統(tǒng)）中，如何利用他勵電機的機械特性優(yōu)化能量轉換效率？5.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.4他勵直流電動機的起動和反轉授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:*理解直流電機起動的基本原理及起動電流過大的危害。*掌握直流電機的常見起動方法（直接起動、降壓起動、電樞回路串電阻起動）。*掌握直流電機反轉的實現(xiàn)原理及方法（改變電樞電流方向或磁場方向）。2.能力目標：*能夠分析不同起動方法的適用場景及優(yōu)缺點。*能夠設計簡單電路實現(xiàn)直流電機的起動控制和正反轉切換。*具備通過仿真或實驗驗證理論的能力。3.素質目標:

*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*直流直流電機起動電流過大的原因及控制方法。*降壓起動與電樞回路串電阻起動的電路設計與工作原理。*反轉的物理原理及實現(xiàn)方式（電樞反接法、磁場反接法）。2.教學難點:

*起動電流對電機和電網的影響及其抑制措施。*反轉操作中避免同時改變電樞和磁場方向的邏輯設計。*實際電路中保護裝置（如熔斷器、接觸器）的合理配置教學內容1.直流電機的起動控制起動原理與問題直流電機起動瞬間電樞電阻極小，導致起動電流極大直接起動的危害：繞組過熱、機械沖擊、電網電壓波動。常見起動方法降壓起動：通過調節(jié)電源電壓逐步升高至額定值（需可控直流電源）。電樞回路串電阻起動：分階段切除串聯(lián)電阻，限制起動電流（典型電路分析）。對比分析：成本、控制復雜度、適用場景（例如小型電機多用串電阻，精密設備多用降壓）。仿真演示(有條件選)使用Multisim或MATLAB搭建起動電路，觀察電流波形及轉速變化。2.直流電機的反轉控制反轉原理根據(jù)左手定則，反轉需改變電磁轉矩方向，可通過：電樞反接法：改變電樞電壓極性（常用方法）。磁場反接法：改變勵磁繞組電流方向（需注意剩磁問題）。3.電路實現(xiàn)(有條件選)雙接觸器控制電路：利用正反轉接觸器切換電樞極性，設置互鎖保護。H橋電路（拓展）：通過半導體器件實現(xiàn)無觸點控制（PWM調速與反轉結合）。4.實驗操作(有條件選)搭建電樞反接電路，測試正反轉切換過程，觀察機械響應與電流變化。課外拓展1.電動汽車驅動電機：直流/無刷電機的起動平滑性與快速反轉需求。2.工業(yè)機械臂：高精度正反轉控制在位置伺服系統(tǒng)中的應用。3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.5他勵直流電動機的調速授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*理解調速的性能指標（調速范圍、靜差率、平滑性等）。*掌握他勵直流電動機的調速方法（改變電樞電壓、調節(jié)勵磁電流、電樞回路串電阻）及其機械特性。*熟悉制動與調速過程中能量轉換關系及其對電機性能的影響。2.能力目標:

*能夠分析不同制動與調速方法的適用場景及優(yōu)缺點。*能夠設計簡單控制電路實現(xiàn)制動與調速功能。*具備通過仿真或實驗驗證電機動態(tài)特性的實踐能力。3.素質目標:

*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*調速的性能指標（調速范圍、靜差率、平滑性等）。*調速方法：調壓調速：通過改變電樞電壓實現(xiàn)寬范圍平滑調速。弱磁調速：通過減小勵磁電流提高轉速上限。串電阻調速：電樞回路串聯(lián)電阻的機械特性與效率分析。他勵特性：勵磁繞組獨立供電對制動與調速控制的靈活性影響。2，教學難點:*弱磁調速時需避免勵磁電流過小導致飛車現(xiàn)象。*調壓調速與再生制動的協(xié)同控制（如電動汽車驅動系統(tǒng)）。教學內容1.調速的性能指標靜差率（SpeedRegulation）定義：負載變化時轉速降落與理想空載轉速的百分比，意義：反映系統(tǒng)抗負載擾動能力，靜差率越小，機械特性越硬。調速范圍（SpeedRange）定義：系統(tǒng)在額定負載下能達到的最高轉速與最低轉速之比，限制因素：電機機械強度、控制電路調節(jié)能力。調速平滑性（Smoothness）定義：相鄰調速級間的轉速變化程度，無級調速（平滑連續(xù)）優(yōu)于有級調速。2.他勵直流電動機的調速控制（1）調速原理與方法調壓調速:機械特性方程n=（U-IaRa）/CeΦ,通過降低電樞電壓U實現(xiàn)轉速下降。特點:調速范圍廣、平滑性好，需可控直流電源(如PWM斬波器)弱磁調速:減小勵磁電流If，降低磁通Φ，轉速升高。適用場景:需超額定轉速運行(如機床主軸)電樞串電阻調速:串聯(lián)電阻R，機械特性變軟，效率低，適用于短時調速。3.仿真與實驗驗證(有條件選)仿真分析使用MATLAB/Simulink搭建調壓調速模型，觀察轉速-轉矩曲線。對比能耗制動與再生制動的能量消耗差異。4.實驗操作(有條件選)搭建他勵電機調壓調速電路，測量轉速隨電樞電壓的變化。設計能耗制動實驗，分析制動電阻值對制動時間的影響。課外拓展1.軌道交通：再生制動在列車減速時的能量回收技術。2.工業(yè)機器人：高精度調壓調速在關節(jié)控制中的應用。3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第2章直流電機2.6他勵直流電動機的制動授課時數(shù)2授課形式教學目標1.知識目標:

*理解直流電機制動的物理原理及其必要性。*掌握常見制動方法（能耗制動、反接制動、再生制動）的工作原理及特點。*熟悉制動過程中的能量轉換關系及對電機性能的影響。2.能力目標：*能夠分析不同制動方法的適用場景與優(yōu)缺點。*能夠設計簡單制動控制電路并解釋其工作原理。*具備通過實驗或仿真驗證制動特性的實踐能力。3.素質目標:

*培養(yǎng)學生嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*能耗制動：電路結構、能量消耗路徑及機械特性分析。*反接制動：實現(xiàn)條件、動態(tài)過程與電流限制措施。*再生制動：能量回饋原理及在新能源領域的應用。2.教學難點:

*制動過程中電樞電流方向與轉矩方向的關系分析。*反接制動時避免電機反向啟動的邏輯設計。*再生制動對電源系統(tǒng)的要求及實現(xiàn)電路的設計復雜性。教學內容1.制動的基本原理與分類制動的作用與意義快速停機、限制機械慣性、安全保護（如起重機下放重物）。制動與電動狀態(tài)的能量轉換對比：機械能→電能（或熱能）。制動方法分類能耗制動：電樞脫離電源，接入電阻形成閉合回路消耗能量。反接制動：改變電樞電壓極性，使電磁轉矩與轉速反向。再生制動：電機作為發(fā)電機運行，能量回饋至電網或儲能裝置。2.典型制動方法詳解能耗制動電路實現(xiàn)：電樞斷開電源，通過制動電阻形成回路（電路圖分析）。機械特性：轉速快速下降，制動轉矩隨轉速降低而減小。應用場景：中小型電機平穩(wěn)制動，如機床、傳送帶。反接制動實現(xiàn)條件：電樞反接電源，串聯(lián)限流電阻防止過電流。動態(tài)過程：轉速降為零時需及時切斷電源，否則反向啟動。應用場景：需快速反轉或緊急制動場合，如卷揚機。再生制動能量回饋原理：電機轉速高于理想空載轉速時，電動勢高于電源電壓。電路要求：需可控整流或逆變裝置（如電動汽車驅動系統(tǒng)）。應用場景：新能源車輛、電梯下行時的能量回收。3.仿真與實驗驗證(有條件選)仿真演示使用MATLAB/Simulink搭建能耗制動模型，觀察轉速與電流變化曲線。對比反接制動與再生制動的動態(tài)響應差異。4.實驗操作(有條件選)搭建能耗制動電路，測量制動時間與電阻值的關系。設計反接制動保護電路（如時間繼電器控制），驗證制動效果。課外拓展1.電動汽車再生制動：如何通過DC-DC轉換器實現(xiàn)能量高效回充。2.工業(yè)機器人急停系統(tǒng)：多制動方法的協(xié)同控制策略3.瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.1三相異步電動機的結構和工作原理授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機的工作原理，了解三相異步電動機的結構與銘牌。②能正確識別異步電動機銘牌數(shù)據(jù)，并選型；能夠按照操作規(guī)范正確拆裝三相異步電機。③科學思考，嚴謹認真，創(chuàng)新意識。教學重點難點旋轉磁場的產生、三相異步電動機的工作原理。教學內容一、三相異步電動機的結構三相交流異步電動機屬于旋轉電機的范疇，因其結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低廉，效率較高，在現(xiàn)實中被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產與日常生活中。在實際應用中，三相交流異步電動機根據(jù)轉子結構可分為兩種類型：三相鼠籠型異步電動機；三相繞線型異步電動機，其外形如下圖所示：左側為三相鼠籠型異步電動機，右側為三相繞線型異步電動機。鼠籠型電動機的內部結構包括有：定子鐵芯，定子繞組，轉子鐵芯，轉子繞組，前后端蓋等。如圖所示。繞線型電動機的內部結構主要包括有：定子鐵芯，定子繞組，轉子鐵芯，轉子繞組，前后端蓋，集電環(huán)等。如圖所示。不論何種類型的交流電動機，其基本結構大致相同，主要部件包括定子部分，轉子部分以及交流電機內的氣隙，這些重要部件在交流電機的工作中起到重要作用。1.定子其中定子部分包括有定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯為交流電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽，其外形如圖所示。定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。定子繞組構成電路部分。定子繞組通常采用導電能力較強的銅制材料構成，按照電機的結構，排布在定子鐵芯的凹槽內，其作用是感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。2.轉子轉子主要包括轉子鐵芯，轉子繞組，轉軸。其中轉子鐵芯為交流電機主磁路的另一組成部分，并放置轉子繞組。轉子鐵芯由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。轉子繞組為轉子回路中的電路部分，有兩種形式，一種為轉子籠式轉子繞組。轉子每個槽內各放置一根導體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。另一種是繞線式轉子繞組。與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調節(jié)其轉速。3.氣隙交流電機的另一重要部分為定轉子之間的微小氣隙，氣隙，也是電機主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機的性能影響很大。為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。二、三相異步電動機的基本工作原理交流電機就其本質來說依然通過電磁感應原理完成能量的轉換，那么交流電機中的磁由何而生，其特性如何？1.旋轉磁場1）旋轉磁場的產生，交流電機中的旋轉磁場是由于定子三相繞組中通入三相正弦交流電能，如圖所示。()電流入(?)電流出()電流入(?)電流出從圖中可以發(fā)現(xiàn)：當三相對稱電流流入三相對稱繞組后，所建立的合成磁場，并不是靜止不動的，而是旋轉的。電流變化一周，合成磁場在空間也旋轉一周。若電源的頻率為f?，則2極磁場每分鐘旋轉60f周，旋轉的方向從U相繞組軸線轉向V相繞組軸線再轉向W相繞組軸線。當空間互差120°的線圈通入對稱的三相對稱交流電流時，在空間就產生了一個隨時間而旋轉的磁場。2）旋轉磁場的轉速如果U、V、W三相繞組分別由兩個線圈串聯(lián)組成，產生的合成磁場為4極旋轉磁場。電流變化一周，磁場僅轉過1/2周，它的轉速為2極旋轉磁場轉速的1/2。依次類推，當電機的極數(shù)為2時，旋轉磁場的轉速為2極磁場轉速的1/，即每分鐘轉60f/周。旋轉磁場的轉速稱為同步轉速，以n1表示。即：r/min3）旋轉磁場的方向：旋轉的方向為從U→V→W,正好和電流出現(xiàn)正的最大值的順序相同。如果三相繞組通入負序電流,則電流出現(xiàn)正的最大值的順序是U→W→V。通過圖解法分析可知旋轉磁場的旋轉方向也為U→W→V。由此可以得出結論:旋轉磁場的旋轉方向決定于通入定子繞組中的三相交流電源的相序。只要任意調換電動機兩相繞組所接交流電源的相序,旋轉磁場即反轉。二、三相異步電動機的基本工作原理1）三相定子繞組通入三相對稱電流產生旋轉磁場2）轉子繞組切割磁場產生感應電動勢和感應電流3）轉子電流在磁場中受電磁力，產生電磁轉矩由于轉子的旋轉方向和旋轉磁場的方向是一致的，如果轉子的轉速n等于旋轉磁場的轉速即同步轉速n1，它們之間將不再有相對運動，轉子導體就不能切割磁場而產生感應電動勢、電流和電磁轉矩。所以異步電動機的轉速n總是略小于同步轉速n1，即與旋轉磁場“異步地”轉動，故稱為異步電動機。轉子與旋轉磁場的相對速度即同步轉速n1與轉子轉速n之差稱為轉差△n?！鱪與n1之比稱為轉差率，用s表示，即：。所以三相異步電動機的轉速為：r/min轉差率是表征電動機不同工作狀態(tài)的重要物理量，當交流電機工作在電動機狀態(tài)時，其轉差率0<s<1,；當交流電機工作在發(fā)電機狀態(tài)時，其轉差率s<0,當交流電機工作在電磁制動狀態(tài)時，其轉差率s>1.三、銘牌交流電機作為工業(yè)應用中最重要的電氣設備，其外部裝有表示電機型號與參數(shù)的名牌等信息，如圖所示：1.型號異步電動機的型號主要包括產品代號、設計序號、規(guī)格代號和特殊環(huán)境代號等，產品代號表示電機的類型，用大寫印刷體的漢語拼音字母表示。如Y表示異步電動機，YR表示繞線轉子異步電動機等。設計序號是指電動機產品設計的順序，用阿拉伯數(shù)字表示。規(guī)格代號是用中心高、鐵心外徑、機座號、機座長度、鐵心長度、功率、轉速或極數(shù)表示。如Y180M-4中：Y表示三相籠型異步電動機；180表示機座中心高180mm；M為機座長度代號(S—短機座，M—中機座，L—長機座)；4為磁極數(shù)(磁極對數(shù)p=2)。2.接線方式表示定子三相繞組的連接方式，一般情況下，當電機容量小于3kw時，一般采用Y型連接，當電機容量大于4KW時，通常采用△型接線。3.額定值額定電壓：電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。額定電流：電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。功率與效率：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。一般情況下，日常所用鼠籠型異步電動機的效率為72-93%.功率因素：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。空載時功率因數(shù)更低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。因此，在交流電機的使用過程中注意：應選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。額定轉速：額定轉速至交流電機在額定工作時轉子的轉速。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(105oC)，H級最高(180oC)?？偨Y：1.三相異步電動機旋轉磁場產生的條件是什么？2.旋轉磁場的方向由什么決定？3.為什么轉子轉動的速度和旋轉磁場的轉速不能相同？課外拓展課下認真研討電機的工作過程。理解電機的工作原理。瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.2交流電動機的繞組授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機定子繞組的相關概念。②能正確繪制繞組展開圖；能夠按照操作規(guī)范正確繞制電機繞組。③科學思考，嚴謹認真，愛護教學設備。教學重點難點交流電機定子繞組的相關概念和繞組展開圖的畫法。教學內容在交流電機的應用過程中，經常會遇到如若電機長期過載運行，造成電機燒壞這種情況發(fā)生，一旦電機出現(xiàn)故障，檢修人員勢必要維修電機，絕大數(shù)情況是更換電機的定子繞組，本節(jié)課學習交流電機定子繞組的相關內容。一、交流電機繞組的基本知識1.交流繞組：是交流電機的重要電路部分，通常由導電能力較強的線圈構成。線圈（元件）是構成繞組的基本單元。繞組就是線圈按照一定的規(guī)律排列和聯(lián)結。對于交流電機的繞組AX,BY,CZ三相。2.極距τ：兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的槽數(shù)為Z，磁極對數(shù)為p，則極距可由公式τ=z/2p計算。3.線圈節(jié)距y：一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離（通常用相距的槽數(shù)）稱為線圈的節(jié)距。y=τ時稱為整距繞組；y<τ時稱為短距繞組；y>τ時稱為長距繞組。4.電角度，所謂電角度是用來衡量磁場的角度，其數(shù)值為；5.槽距角：任意相鄰兩個槽之間的相差的電角度;6.每極每相槽數(shù)：每一個極面下每相線圈所占的槽數(shù)為q=Z/2Pm。7．相帶：每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。因為每個磁極占有的電角度是1800，對三相繞組而言，一相占有600電角度，稱為600相帶。交流電機定子三相繞組，其基本要求包括：三相繞組對稱；力求獲得最大的電動勢和磁動勢；繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；節(jié)省用銅量；繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。二、三相單層繞組單層繞組可分為鏈式繞組、同心式繞組、交叉式繞組等。1．鏈式繞組單層鏈式繞組是由形狀、幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈連接而成，就整個外形來看，形如長鏈故稱為鏈式繞組。單層鏈式繞組每個線圈節(jié)距相等，繞線方便；采用短距繞組，減少了用銅量。鏈式繞組主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動機中。2．同心式繞組同心式繞組是將每對磁極下屬于同一相的繞組連成同心形狀。同心式繞組的特點是繞組同心排列，端部互相錯開，疊壓層數(shù)較少，有利于嵌線，線圈散熱較好；但繞組節(jié)距不等，繞線不便。3．交叉式繞組交叉式繞組是由線圈個數(shù)和節(jié)距都不相等的兩種線圈組構成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的端部都互相交叉。其優(yōu)點是線圈端部較短，節(jié)約用銅量。交叉式繞組主要用于q＝3、2＝4或6的小型三相異步電動機中。例如一臺Z=36、2=4的三相異步電動機，經計算其極距τ=9，每極每相槽數(shù)q=3，槽距角=200。按照q=3分相，則U相的繞組展開圖如圖所示。三相單層繞組的特點：優(yōu)點在于元件少，結構簡單，嵌線方便，槽內無層間絕緣，廣泛應用于10kW以下的異步電動機定子繞組；缺點在于電動勢和磁動勢波形較差；鐵損和噪聲較大；起動性能較差。三、三相雙層繞組雙層繞組的每個槽內放兩個不同線圈的有效邊，一個在上層，另一個在下層。對于一個線圈來講，它的一個有效邊在某一槽的上層，另一個有效邊則應放在相距一個節(jié)距y的另一槽的下層。整臺電機的線圈數(shù)等于定子槽數(shù)。雙層繞組的節(jié)距可根據(jù)需要在一定范圍內選擇，以改善電機的電磁性能，10kW以上的電機一般均采用雙層繞組。雙層繞組可分為疊繞組和波繞組，本節(jié)僅介紹雙層疊繞組。疊繞組是指相串聯(lián)的后一個線圈的端接部分緊疊在前一個線圈元件端接部分的上面，整個繞組成折疊式前進。課外拓展課下了解三相異步電動機繞組的拆裝過程。理解電機的繞組展開圖，會畫出雙層疊繞組A相展開圖。瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.3三相異步電動機的機械特性授課時數(shù)2授課形式教學目標①了解三相異步電動機電磁轉矩各種表達式及意義。②掌握三相異步電動機機械特性及機械特性上的特殊點。③會繪制三相異步電動機機械特性和人為機械特性的曲線。=4\*GB3④科學思考，嚴謹認真。教學重點難點機械特性曲線，認為機械特性曲線特點，三相異步電動機電磁轉矩表達式。教學內容一、機械特性表達式三相異步電動機的機械特性也是指電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系。因為異步電動機轉速與轉差率之間存在一定關系，就是，所以異步電動機的機械特性通常也用磁轉矩與轉差率之間的關系表示。三相異步電動機的機械特性有三種表達式，分別為物理表達式、參數(shù)表達式和實用表達式。1．物理表達式Tem=CTcosφ2從物理表達式可以看出，異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功功率相互作用產生的，在形式上與直流電動機的轉矩表達式相似，這也是電磁力定律在異步電動機中的具體體現(xiàn)。2．參數(shù)表達式由參數(shù)表達式公式可以看出定子相數(shù)、磁極對數(shù)、定子相電壓U1、電源頻率、定子每相繞組電阻R1和漏抗X1、折算到定子側的轉子電阻、和漏抗等都是不隨轉差率s變化的常量。當電動機的轉差率s變化時，可通過參數(shù)表達式求出相應的電磁轉矩，因此可以我們可以根據(jù)參數(shù)表達式描點畫出三相異步電動機的機械特性曲線。3.實用表達式實用表達式中的Tm和sm可由異步電動機產品目錄查得的數(shù)據(jù)求出異步電動機機械特性的三種表達式，雖然都能用來表征電動機的運行性能，但其應用場合各有不同。一般來說，物理表達式適用于對電動機的運行做定性分析；參數(shù)表達式適用于分析各種參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達式適用于電動機機械特性的工程計算。2二、固有機械特性三相異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結，定子及轉子回路不外接任何電器元件時的機械特性稱為固有機機械特性。利用實用表達式計算出同步轉速點A，額定運行點B，最大轉矩點C和啟動點D這幾個特殊點，然后將這些點連接起來便得三相異步電動機在第一象限的固有機械特性曲線。我們也常用這幾個特殊點，來分析三相異步電動機的運行特性，下面我們對這幾個特殊點進行說明。1啟動點A：其特點是，，對應的轉矩稱為啟動轉矩，又叫堵轉轉矩啟動時，大于負載轉矩，電動機的工作點就會沿著機械特性曲線上升，電磁轉矩增大，轉速越來越高，過最大轉矩后，轉速增高，但電磁轉矩又逐漸減小，直到電磁轉矩等于負載轉矩時，電動機穩(wěn)定運行。當起動轉矩小于負載轉矩，電動機無法啟動，出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象，電動機的電流達到最大，造成電動機過熱。這時應立即切斷電源，減輕負載或排除故障后再重新啟動。如何表示異步電動機的啟動能力呢，用表示，時電動機的啟動系數(shù)，他是啟動轉矩和額定轉矩的比值。是針對鼠籠式電動機而言。繞線式電動機通過增加轉子回路的電阻，可改變啟動轉矩。一般的鼠籠式電動機的=1.0～2.0；起重、冶金、機械專用的鼠籠式電動機的=2.8～4.0。2最大轉矩點B：其特點是對應的電磁轉矩為最大轉矩，對應的轉差率稱為臨界轉差率。通過三相異步電動機機械特性表達式可以求出最大電磁轉矩和臨界轉差率。和有以下2個特點，大家記住這2個特點可以幫助我們分析一般電動機的機械特性。（1）與成正比，與轉子電阻無關，與無關；（2）當電源電壓一定，與轉子電阻成正比，與無關。最大電磁轉矩對電動機來說具有重要意義。電動機運行時，若負載轉矩短時突然增大，且大于最大電磁轉矩，則電動機將會因為承載不了而停轉。為了保證電動機不會因短時過載而停轉，一般電動機都具有一定的過載能力。所以，最大電磁轉矩越大，電動機短時過載能力就越強，因此把最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的過載能力，用表示。是三相異步電動機運行性能的一個重要參數(shù)。三相異步電動機運行時，絕不可能長期運行在最大轉矩處。因為，此時電流過大，溫度升高，可能燒毀電機，并且在最大轉矩處運行轉速也不穩(wěn)定。一般情況下，三相異步電動機的=1.6～2.2，起重、冶金、機械專用的三相異步電動機的=2.2～2.8。3額定運行點C：其特點，，，。異步電動機一般長期運行在額定狀態(tài)。4同步轉速點D：其特點是，，，轉子電流。D點為理想空載運行點，在沒有外界轉矩的作用下，異步電動機本身不可能達到同步轉速點。三、人為機械特性人為地改變三相異步電動機的某些參數(shù)所得到的機械特性稱為人為機械特性。常見的人為機械特性有降低定子回路端電壓和轉子回路內串接對稱電阻。1降壓時的人為機械特性。由于三相異步電動機的磁路在額定電壓下已有飽和的趨勢，所以不能升高電壓。由前面分析可知，降低定子回路端電壓時，同步轉速不變，臨界轉差率不變，與成正比地降低。所以下降后的人為機械特性如圖所示。降低電壓后的人為機械特性線性段的斜率變大，即特性變軟。和均按關系減小，即電動機的啟動轉矩倍數(shù)和過載能力均顯著下降。如果電動機在額定負載下運行，降低后將導致n下降，s增大，轉子電流將因轉子電動勢的增大而增大，從而引起定子電流增大，導致電動機過載。長期欠壓過載運行，必然使電動機過熱，電動機的使用壽命縮短。另外電壓下降過多，可能出現(xiàn)最大轉矩小于負載轉矩，這時電動機將停轉。2.轉子回路串對稱電阻時的人為機械特性繞線式三相異步電動機的轉子回路內可以串接電阻，要求三相串接的電阻阻值相等。由前面的分析可知，轉子回路串電阻時，、不變，而則隨外接電阻的增大而增大。在一定范圍內增加轉子電阻，可以增大電動機的啟動轉矩。當所串接的電阻使其時，對應的啟動轉矩將達到最大轉矩，如果再增大轉子聲阻，啟動轉矩反而會減小。另外，轉子串接對稱電阻后，其機械特性曲線線性段的斜率增大，特性變軟。轉子電路串接對稱電阻適用于繞線轉子異步電動機的啟動、制動和調速。課外拓展水電站閘門一般采用什么電機？這類電機的機械特性是什么？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.4三相異步電動機的起動授課時數(shù)2授課形式教學目標①了解三相異步電動機啟動要求。②掌握三相異步電動機機起動方法和特性。③會繪制三相異步電動機起動過程機械特性的曲線。=4\*GB3④嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點起動方法和起動過程分析，起動機械特性曲線分析。教學內容三相異步電動機在起動的瞬間，由于轉子尚未加速，此時n=0，s=1，旋轉磁場以最大的相對速度切割轉子導體，轉子感應電動勢的電流最大，致使定子啟動電流也很大，約為額定電流的4～7倍。盡管啟動電流很大，但因啟動時功率因數(shù)很低，所以啟動轉矩不大。過大的啟動電流會引起電網電壓明顯降低，而且還影響接在同一電網的其他用電設備的正常運行，嚴重時連電動機本身也轉不起來。如果是頻繁啟動，不僅使電動機溫度升高，還會產生過大的電磁沖擊，影響電動機的壽命。啟動轉矩小會使電動機啟動時間拖長，既影響生產效率又會使電動機溫度升高，如果小于負載轉矩，電動機就根本不能啟動。一、三相籠型異步電動機的起動1．直接啟動又稱全壓啟動，因為直接啟動的啟動電流大、啟動轉矩小。所以直接啟動只在小容量電動機中使用，因電動機啟動電流較小，且體積小、慣性小、啟動快，一般來說對電網、對電動機本身都不會造成影響。如7.5KW以下的電動機可采用直接啟動。對大中型籠型異步電動機，一般采用減壓啟動啟動時降低加在電動機定子繞組電壓，啟動電壓小于額定電壓，待電動機轉速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，保證電動機在額定電壓下穩(wěn)定工作。1）定子回路串接電抗器或電阻啟動三相鼠籠式異步電動機在定子回路中串接電抗器或電阻起動與直流電動機甩電阻起動分析方法一樣。這種起動方法只適用于電動機的輕載啟動。2）星／三角減壓啟動。這種啟動方法只適用于正常運行時定子繞組是三角形聯(lián)結的三相異步電動機，啟動時可以采用星形聯(lián)結，電動機每相所承受的電壓降低，因而降低了啟動電流，待電動機啟動完畢，再接成三角形如圖所示，啟動時，先將控制開關SA2投向星形位置，定子繞組接成星形，然后合上電源控制開關SA1。待轉速上升到一定數(shù)值后，再將SA2切換到三角形運行的位置上，電動機定子繞組便接成三角形在全壓下正常工作。三相鼠籠式異步電動機啟動時定子繞組接成ㄚ形，正常運行時接成△形，則啟動時定子每相電壓降為額定電壓的，通過分析可以得：；TstYTstΔ所以Y-△降壓啟動時，啟動電流和啟動轉矩都降為直接啟動的。Y-△降壓啟動操作方便，啟動設備簡單，一般用途的小型異步電動機，當容量大于4kw時，定子繞組都采用三角形聯(lián)結。由于啟動轉矩為直接啟動時的，這種啟動方法多用于空載或輕載啟動。3）自耦變壓器降壓啟動自耦降壓啟動是利用自耦變壓器將電網電壓降低后再加到電動機定子繞組上，待轉速接近穩(wěn)定值時再將電動機直接接到電網上。自耦變壓器降壓啟動時，電動機定子電壓為直接啟動時的1／K，定子電流也降為直接啟動時的1／K，而自耦變壓器一次側電流則要降低為直接啟動時的1／K2；由于電磁轉矩與外加電壓的平方成正比，故啟動轉矩也降低為直接啟動時的1／K2。自耦變壓器的二次側上備有幾個不同的電壓抽頭，以供用戶選擇電壓。例如，QJ型有三個抽頭，其輸出電壓分別是電源電壓的55％、64％、73％，相應的電壓比分別為1.82、l.56、1.37。在電動機容量較大或正常運行時連成星形，并帶一定負載啟動時，宜采用自耦降壓啟動，它根據(jù)負載的情況，選用合適的變壓器抽頭，以獲得需要的啟動電壓和啟動轉矩。此時，啟動轉矩仍有削弱，但不致降低1／3。通過剛才的分析我們知道籠型異步電動機只能用于空載或輕載啟動。如果有的地方需要重載起動，怎么辦呢？比如三峽大壩上的水閘的閘門，在閘門提起時就需要重載起動。二、三相繞線轉子異步電動機的起動繞線轉子異步電動機的啟動分為轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩種啟動方法。1．轉子串電阻啟動為了在整個啟動過程中得到較大的加速轉矩，并使啟動過程比較平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻。啟動時，隨著轉速的升高，逐段切除啟動電阻，這與直流電動機電樞串電阻啟動類似。繞線轉子異步電動機不僅能在轉子回路串入電阻減小啟動電流，增大啟動轉矩，而且還可以在小范圍內進行調速，因此，廣泛地應用于啟動較困難的機械，如起重吊車、卷揚機等。當切除電阻時，轉矩突然增大，會在機械部件上產生沖擊。電動機容量較大，轉子電流很大，啟動設備也將變得龐大，操作和維護工作量大。為了克服這些缺點，目前多采用頻敏變阻器作為啟動電阻。2．轉子串頻敏變阻器啟動頻敏變阻器是一個三相鐵心繞組，電動機啟動時，轉子繞組中的三相交流電通過頻敏變阻器，在鐵心中便產生交變磁通，頻敏變阻器線圈的等效電阻隨著頻率的增大而增加，當電動機啟動時(s=1)，轉子電流就是頻敏變阻器線圈中通過的電流頻率最高()，這時頻敏變阻器電阻和感抗最大。啟動后，轉子電流頻率，轉子轉速逐漸升高，轉差率s降低，轉子電流頻率便逐漸降低，頻敏變阻器等效電阻也隨之減小。因為頻敏變阻器的電阻是隨交變電流的頻率而變化的，所以稱為頻敏變阻器，這正好滿足了三相繞線轉子異步電動機的啟動要求。由于頻敏變阻器在工作時總存在著一定的阻抗，使得機械特性比固有機械特性軟一些，因此，在啟動完畢后，可用接觸器將頻敏變阻器短接，使電動機在固有特性上運行。課外拓展了解電梯、汽車、水電站閘門一般采用什么起動方法？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.5三相異步電動機的調速與反轉授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機機調速方法和特性。②會繪制三相異步電動機調速過程機械特性的曲線。③掌握三相異步電動機反轉方法與實現(xiàn)=4\*GB3④嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點調速方法和調速過程分析，調速機械特性曲線分析。教學內容通過三相異步電動機的轉速公式可以得出三相異步電動機的調速方法有以下幾種類型：變極調速、變頻調速、變轉差率調速一、變極調速變極調速是在電源頻率不變的條件下，改變定子繞組極對數(shù)，來改變同步轉速。根據(jù)，改變同步轉速就可達到改變電動機轉速的目的。這種調速方法的轉速按極對數(shù)的倍數(shù)而改變,所以只適用于籠型電動機，因為籠型轉子繞組的極對數(shù)是感應產生的，隨定子磁場極對數(shù)改變而自動改變，使兩磁場極對數(shù)保持一致。定子極對數(shù)的改變通常是通過改變定子繞組的連接方法來實現(xiàn)的，由于籠型電機的定子繞組極對數(shù)改變時，轉子極對數(shù)能自動地改變，始終保持，所以這種方法一般只能用于籠型異步電動機。例如一相繞組的兩個線圈，1Al、lA2表示第一個線圈的首、尾；2A1、2A2表示第二個線圈首、尾。如將兩個線圈首尾依次串聯(lián)相接，lA2和2A1聯(lián)結，電流從1Al到lA2、從2A1、到2A2，這時可得到的四極分布磁場，如將第一個線圈的尾lA2與第二個線圈的尾2A2連接，組成反向串聯(lián)結構，電流從1Al、到lA2、從2A2、到2A1，這就得到的兩極分布磁場，因為第二個線圈中的電流方向相反，極對數(shù)也降低了一半。可見，只要將一相繞組中的任一半相繞組的電流反向，電機繞組的極對數(shù)就成倍數(shù)變化。根據(jù)，同步轉速就發(fā)生變化，如果拖動恒轉矩負載，運行轉速也接近成倍數(shù)變化，這就是單相繞組的變極調速原理。二、變頻調速根據(jù)轉速公式可知，當轉差率s變化不大時，異步電動機的轉速n基本上與電源頻率成正比。連續(xù)調節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉速。但是，單一地調節(jié)電源頻率，將導致電動機運行性能的惡化，為什么呢？電動機正常運行時，定子漏阻抗壓降很小，這時若端電壓U1不變，當頻率減小時，主磁通將增加，這將導致磁路過分飽和，勵磁電流增大，功率因數(shù)降低，鐵心損耗增大；而當增大時，將減小，電磁轉矩及最大轉矩下降，過載能力降低，電動機的容量也得不到充分利用。因此，為了使電動機能保持較好的運行性能，要求在調節(jié)的同時，改變定子電壓U1，以維持不變，或者保持電動機的過載能力不變。Ul隨按什么樣的規(guī)律變化最為合適呢?一般認為，在任何類型負載下變頻調速時，若能保持電動機的過載能力不變，則電動機的運行性能較為理想。隨著電力電子技術的發(fā)展，已出現(xiàn)各種性能良好、工作可靠的變頻調速電源裝置，也就是我們現(xiàn)在常說的變頻器。所以變頻調速的應用非常廣泛。變頻調速時以額定頻率為基頻，可以從基頻向上調速，也可以從基頻向下調速。1．基頻以下變頻調速變頻調速時要保證不變。如果頻率下調，而端電壓U1為額定值，則隨著下降，氣隙每極磁通增加，使電動機磁路進入飽和狀態(tài)。因此，基頻向下調速時，要保持，電動機最大電磁轉矩Tm在基頻附近可視為恒值，在頻率更低時，隨著頻率下調，最大轉矩Tm將變小。其機械特性近似于恒轉矩調速的類型。2．基頻以上變頻調速在基頻以上變頻調速時，也按比例升高電源電壓時不允許的，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通φm越低，是一種降低磁通升速的方法。此時電動機最大電磁轉矩及其臨界轉差率與頻率成反比。其機械特性可近似認為恒功率調速類型。三、變轉差率調速變轉差率調速包括改變定子電壓調速、繞線電機轉子回路串電阻調速和電磁轉差離合器調速。1．減壓調速從降低定子端電壓的人為機械特性知道，在降低電壓時，其同步轉速和臨界轉差頻率不變，電磁轉矩。當電機拖動恒轉矩負載時，降低電源電壓時可以降低轉速，當負載轉矩為圖中恒轉矩時，如電壓由，降到時，轉速將由降到。隨著電壓的降低，轉差率在增加，達到了調速的目的。但是隨著電壓的降低，下降很快，使電機的帶負載能力大為下降。對于恒轉矩負載，電機不能在時穩(wěn)定運轉，因此調速范圍只有，對于一般的異步電機很小，所以調速范圍很小。但若負載為通風機類負載，如圖中的特性曲線，在時，拖動系統(tǒng)也能穩(wěn)定運轉，因此調速范圍顯著擴大了。2．繞線式轉子異步電機轉子回路串電阻調速轉子電路串聯(lián)電阻調速也是一種改變轉差率的調速方法，繞線轉子異步電動機轉子電路中接入變阻器，電阻越大，曲線越偏向下方。在一定的負載轉矩下，電阻越大，轉速越低。這種調速方法損耗較大，調整范圍有限，但這種方法具有簡單、初期投資不高的優(yōu)點。適用于恒轉矩負載，如起重機。對于通風機負載也可應用。3．電磁轉差離合器調速電磁轉差離合器在鼠籠式異步電動機與負載之間，它將異步電動機和負載互相連接起來，。電磁轉差離合器主要由電樞和磁極兩個旋轉部分組成，電樞部分與三相異步電動機相連是主動部分。電樞部分相當于由無窮多單元導體組成的鼠籠轉，磁極部分與負載聯(lián)接是從動部分，磁極上勵磁繞組通過滑環(huán)，電刷與整流裝置連接，由整流裝置提供勵磁電流。電磁轉差離合器的工作原理與異步電動機的相似。當異步電動機運行時，電樞部分隨異步電動機的轉子同速旋轉，轉速為n，磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流為0時，磁極的磁場為零，電樞與磁極二者之間既無電的聯(lián)系又無磁的聯(lián)系，無電磁轉矩產生，磁極及關聯(lián)的負載是不會轉動的，這時負載相當于與電機“離開”。若磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流不等于0時，磁極部分則產生磁場，磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系。由于電樞與磁極之間有相對運動，電樞載流導體受磁極的磁場作用產生電磁轉矩，磁極部分的負載跟隨電樞轉動，此時負載相當于被“合上”，而且負載轉速始終小于電動機轉速n，由于異步電動機的固有機械特性較硬，可以認為電樞的轉速n是恒定不變的，而磁極的轉速取決與磁極繞組的電流的大小。只要改變磁極電流的大小，就可以改變磁場的強弱，則磁極和負載轉速就不同，從而達到調速的目的。電磁轉差離合器調速設備簡單、運行可靠、控制方便且可以平滑調速，這種調速方法被廣泛應用于紡織、造紙等工業(yè)部門及通風機、泵的調速系統(tǒng)中。四、三相異步電動機反轉由三相異步電動機的工作原理可知三相異步電動機的旋轉方向由定子繞組中的電流相序決定。通過改變電源相序，可以改變定子旋轉磁場的方向，從而改變電動機的旋轉方向。例如，如果電源相序為

A-B-CA?B?C，則電動機正轉。將相序改為

A-C-BA?C?B

或

C-B-AC?B?A，電動機將反轉。課外拓展了解汽車、電梯、自動化生產線電機等一般采用什么起動調速？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.6三相異步電動機的制動授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機機制動方法和特性。②會繪制三相異步電動機制動過程機械特性的曲線。③嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點制動方法和制動過程分析，制動機械特性曲線分析。教學內容三相異步電動機可以在機械特性的四個象限運行，當電磁轉矩Tem與轉速n方向相同，電磁轉矩為電動轉矩。電機運行于機械特性的一、三象限。例如自動往返的工作臺在中間正常運行時，電機是工作在1、3象限。當電磁轉矩與轉速的方向相反時，電磁轉矩為制動轉矩。電動機運行于制動狀態(tài)，電動機運行于機械特性的二、四象限，異步電動機制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負載，制動運行還可獲得穩(wěn)定的下降速度。在制動運行狀態(tài)中，根據(jù)與的不同情況，又分為回饋制動、反接制動和能耗制動。一、能耗制動在異步電動機的能耗制動接線圖中。制動時，接觸器觸點KM1斷開，電動機脫離電網，同時接觸器觸點KM2閉合，在定子繞組中通入直流電流，于是定子繞組便產生一個恒定的磁場。轉子在慣性作用下旋轉，根據(jù)左手定則，轉子導體受力，產生制動力矩。轉速為零，轉矩為零，易于實現(xiàn)準確停車。三相異步電動機拖動位能性恒轉矩需要制動停車時，在時要及時切斷直流電源，才能保證準確停車；如果需要反轉運行，則不能切斷直流電源，這時電動機拖著負載先減速到后，接著便反轉。例如起重機低速下放重物時，經常運行在這種狀態(tài)。通過改變直流勵磁電流的大小，或改變轉子回路所串電阻的值，均可以調節(jié)能耗制動運行時電動機的轉速。二、反接制動1.倒拉反轉反接制動三相異步電動機穩(wěn)定運行時，轉子突然串接較大電阻，由于轉速不能突變，將過渡到B點，沿曲線2運行，當轉速降為n=0時，TC<TL，在重物G的作用下，倒拉電動機反方向旋轉，并加速到D點，TD=TL，電動機轉速為-nD穩(wěn)定運行，重物勻速下降。要實現(xiàn)倒拉反轉反接制動，轉子回路必須串接足夠大的電阻，使工作點位于第四象限。這種制動方式的目的主要是限制重物的下放速度。2.定子兩相反接的反接制動當異步電動機帶負載穩(wěn)定運行在電動狀態(tài)時，定子兩相繞組出線端對調，改變定子電壓的相序，所以定子旋轉磁場方向改變了，電磁轉矩方向也隨之改變，變?yōu)橹苿有再|，電動機便進入了反接制動狀態(tài)。對于繞線式異步電機，為了限制反接制動時過大的電流沖擊，電源相序反接的同時在轉子電路中串接較大電阻，對于籠型異步電機可在定子回路中串入電阻。電動機在第Ⅰ象限的機械特性曲線1上的A點穩(wěn)定電動運行，反接制動時，改變電源相序，轉子回路串入電阻，電動機的運行點從曲線A點，平移到反相序聯(lián)接特性曲線2的B點，電機的電磁轉矩為。在和負載轉矩共同作用下，電機轉速急速下降，從運行點B沿曲線2降到C點，轉速為零。從的運行過程稱為反接制動。反接制動到C點后，根據(jù)負載形式和大小，可能出現(xiàn)三種運行狀態(tài)：如果電機拖動的是反抗性負載且，異步電機將準確停車。如果反抗性負載的，由于異步電機反向啟動轉矩大于反向負載轉矩，異步電機將反轉啟動，運行點沿反接制動曲線2運行至D點，最終穩(wěn)定運行在第Ⅲ象限，這時異步電機工作在反向電動機狀態(tài)。在這種條件下，如果需要制動停車，必須在反接制動到C點時切斷電源，確保準確停車。當異步電機拖動位能性負載反接制動到C點時，運行點沿曲線2從C到E點，最后穩(wěn)定運行在點，異步電機工作在反向回饋制動狀態(tài)。三、回饋制動當異步電機的轉速超過同步轉速時，便進入回饋制動運行狀態(tài)。在異步電機電力拖動系統(tǒng)中，只有在外力的作用下，轉速才有可能超過同步轉速，引起電磁轉矩反向成為制動轉矩，電機進入回饋制動狀態(tài)?；仞佒苿訒r，異步電動機處于發(fā)電狀態(tài)，不過如果定子不接電網，電動機不能從電網吸取無功電流建立磁場，就發(fā)不出有功電能。如在異步電動機三相定子出線端并上三相電容器提供無功功率即可發(fā)出電來，這就是自勵式異步發(fā)電動機。回饋制動常用于高速且要求勻速下放重物的場合。實際上，除了下放重物時產生回饋制動外，在變極或變頻調速過程中，也會產生回饋制動。課外拓展了解電梯、汽車、水電站閘門一般采用什么制動方法？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.7單相異步電動機的原理與類型授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握單相異步電動機的工作原理。②了解單相異步電動機的分類。③嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點單相異步電動機工作原理及類型。教學內容大家在生活中見過那些單相異步電動機呢？通過視頻我們知道生活中離不開單相異步電動機。單相異步電動機結構簡單、成本低廉、運行可靠及維修方便等一系列優(yōu)點。多用在小型動力機械和家用電器等設備上，如電鉆、小型鼓風機、醫(yī)療器械、風扇、洗衣機、冰箱、冷凍機、空調機、抽油煙機、電影放映機及家用水泵等，是日?，F(xiàn)代化設備必不可少的驅動源。一、單相異步電動機的工作原理單相異步電動機與三相異步電動機相似，包括定子和轉子兩大部分。轉子結構都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，定子鐵心上嵌有定子繞組。單相異步電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時產生的磁場是脈動磁場，單相運行的電動機沒有啟動轉矩。為使電動機能自行啟動和改善運行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的啟動繞組（又稱輔助繞組）。為什么單相繞組通以單相交流電時不能自行啟動呢？我們看工作繞組單獨通電時的機械特性工作繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉和反轉磁場，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩Tem。所以轉子靜止時，n=0,S=1，合成轉矩為0。單相異步機無啟動轉矩，不能自行啟動。由此可知，三相異步電動機電源斷一相，相當于一臺單相異步電動機，故不能啟動。如果用外力讓單相異步電動機轉動起來，由于合成電磁轉矩不再為零，在這個合成轉矩的作用下，即使不需要其他的外在因素，單相異步電動機仍會沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉。單相異步電動機合成轉矩方向取決于外加力使轉子開始旋轉時的方向。由于反向轉矩存在，使合成轉矩也隨之減小，故單相異步電動機的過載能力較低。因此在電機內部布置兩套繞組稱之為主繞組和副繞組，這兩套繞組在空間相差90°電角度；流過的電流相差90°相位。合成磁勢幅值不變，其位置隨時間按角度而變。即為一圓形旋轉磁勢，起動轉矩大于0。如果兩套繞組流過的電流相位相差不為900,則其磁勢亦可分解為兩個方向，只是兩個方向的旋轉磁勢大小不同，S=1時其合成起動轉矩不等于0，磁場為橢圓形。二、單相異步電動機的主要類型根據(jù)獲得旋轉磁場方式的不同，單相異步電動機有：罩極式電動機、分相式電動機和電容式電動機。1．罩極式電動機在罩極式電動機的工作原理圖中，定子上有凸出的磁極，主繞組就安置在這個磁極上。在磁極表面約1／3處開有一個凹槽，放入罩極繞組，就是短路環(huán)。短路環(huán)將磁極分成為大小兩部分，當定子繞組中接入單相交流電源后，磁極中將產生交變磁通，穿過短路環(huán)的磁通，在銅環(huán)內產生一個相位上滯后的感應電流。由于這個感應電流的作用，磁極被罩部分的磁通不但在數(shù)量上和未罩部分不同，而且在相位上也滯后于未罩部分的磁通。這兩個在空間位置不一致，在時間上又有一定相位差的交變磁通，就在電機氣隙中構成脈動變化近似的旋轉磁場。這個旋轉磁場切割轉子后，就使轉子繞組中產生感應電流。載有電流的轉子繞組與定子旋轉磁場相互作用，轉子得到啟動轉矩，從而使轉子由磁極未罩部分向被罩部分的方向旋轉。罩極電動機多用于輕載啟動的負荷，例如儀表、風扇、小型鼓風機、油泵等。2．電阻分相式電動機電阻分相式電動機定子鐵心上面布置有主繞組和輔助繞組。用于運行的主繞組使用較粗的導線繞制，用于啟動的副繞組用較細的導線繞制。定子鐵心上布置的兩套繞組在空間位置上相差90°電角度，在啟動時為了使輔助繞組電流與主繞組電流在時間上產生相位差，通常用增大輔助繞組本身的電阻，或在輔助繞組回路中串聯(lián)電阻的方法來達到，所以叫電阻分相式。主繞組和輔助繞組上的電流不同相，所以產生橢圓旋轉磁動勢，使電動機能夠自行起動。分相式電動機具有中等啟動轉矩和過載能力，適用于小型車床、鼓風機、電冰箱壓縮機、醫(yī)療器械等。3．電容式電動機單相電容式電