1、第七章其它特殊電機,第七章 其它特殊電機, . 電子電氣工程系,第七章其它特殊電機,第七章其它特殊電機,7.1.1 單相異步電動機磁場 一個空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁場，可以分解成兩個轉(zhuǎn)速相等而方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，磁感應強度的幅度相等，等于肪動磁場的磁感應強度幅值的一半。,7.1 單相異步電機,第七章其它特殊電機,第七章其它特殊電機,7.1.2 單相異步電動機機械特性,單相繞組通入單相交流電后，產(chǎn)生脈動磁場，可以分解為正、反向的旋轉(zhuǎn)磁場。因此，電動機電磁轉(zhuǎn)矩是由兩個旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的合成當電動機旋轉(zhuǎn)后，正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其機械特性分另與三相異步電動機正、反序特性相

2、同。,第七章其它特殊電機,曲線1 曲線2 曲線3合成,第七章其它特殊電機,轉(zhuǎn)差率,第七章其它特殊電機,（1）n=0表明單相異步電動機一相繞組通電時無起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動。 （2）旋轉(zhuǎn)方向不固定，具體的轉(zhuǎn)向由外力矩確定。起動時，外加正向力矩（往正向撥動），運行于機械特性的第一象限，電機正轉(zhuǎn)；外加反向力矩（往反向撥動），運行于機械特性的第四象限，電機反轉(zhuǎn)。 （3）由于存在反向電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用，因此，單相異步電動機的過載能力，效率、功率因數(shù)較低。,第七章其它特殊電機,7.1.3 單相異步電動機的起動,由于單相異步電動機不能自行起動，需加入附加力矩幫助才能起動運行，常用的方法有: 分相式起動 罩極

3、式起動,第七章其它特殊電機,1.單相分相式起動,單相分相式異步電動機結(jié)構特點: 定子上有兩套繞組: 一相稱主繞組（工作繞組） 一相稱副繞組（輔助繞組） 它們參數(shù)基本相同，在位置上相差900空間電角度，如果通入在相位上也相差900的電流。,第七章其它特殊電機,表達式:,第七章其它特殊電機,兩相電流旋轉(zhuǎn)磁場,第七章其它特殊電機,分相式單相異步電動機起動的必要條件方法:,定子具有空間不同相位的兩套繞組。 兩套繞組中通入不同相位的交流電流。 通常可取兩種方法： 副繞組中串入適當電阻。 副繞組采用的導線比主繞組的截面細，匝數(shù)比主繞組少 。,第七章其它特殊電機,電路及相量圖,電阻分相起動： 電流的相位移較

4、小，所以這種起動方式雖然較簡單，但起動轉(zhuǎn)矩較小，不能帶較大的負載。,第七章其它特殊電機,2.單相電容分相起動,方法： 輔助繞組串聯(lián)一個電容器和一個開關，如果電容器選擇適當，則可以使起動時的輔助繞組電流與主繞組電流相差接近900，這樣就可以得到較大的起動轉(zhuǎn)矩。,第七章其它特殊電機,單向電容分相起動電路及機量分析,第七章其它特殊電機,單相雙值電容異步電動機,方法： 采兩個電容并聯(lián)方式，起動的時候，兩電容并聯(lián)，起動電容大，起動轉(zhuǎn)矩大。當進入運行后，利用自動開關將起動電容切除，保留運行電容。,第七章其它特殊電機,2. 單相罩極式異步電動機,按結(jié)構分： 凸極式 穩(wěn)極式,第七章其它特殊電機,凸級式單相異步

5、電動機定子做工成凸極鐵心，然后在凸極鐵心上安裝集中繞組，組成磁極，在每個磁極截面的1/3處開一個小槽，裝上短路環(huán)，將部分鐵心罩住。轉(zhuǎn)子勻為籠式結(jié)構。,第七章其它特殊電機,7.1.4單相異步電動機的調(diào)速,常用的速調(diào)方法： 變頻調(diào)速 串電容調(diào)速 和抽頭調(diào)速,第七章其它特殊電機,（1）串電抗器調(diào)速,第七章其它特殊電機,基本調(diào)速原理： 通過改變串入的電抗值來改變單相異步電動機主繞組的電壓，從而達到調(diào)速目的。串的電抗越大，主繞組電壓越低，轉(zhuǎn)速越小。 串電抗調(diào)速的優(yōu)點： 結(jié)構簡單 調(diào)速方便,第七章其它特殊電機,（2）抽頭法調(diào)速,第七章其它特殊電機,抽頭法調(diào)速優(yōu)缺點： 節(jié)省材料、較省電、繞組的嵌放較復雜。,

6、原理： 在電動機定子鐵心上多嵌放一個調(diào)速繞組，由調(diào)速開關改變串入主繞組的匝數(shù)，達到改變氣隙磁場的目的，從而改變電動機轉(zhuǎn)速。,返回目錄,第七章其它特殊電機,同步電動機是指在其正常運行過程中的轉(zhuǎn)速始終與同步速度一致。 由于運行穩(wěn)定，作為一種恒速電動機多用于拖動大容量的恒速機械。 它的功率因數(shù)可調(diào)，也用于補償電網(wǎng)功率因數(shù)。,7.2 三相同步電機,第七章其它特殊電機,7.2.1 三相同步電機結(jié)構及工作原理,1同步電機的結(jié)構 2、同步電機的工作原理分析,第七章其它特殊電機,常分為： 同步電動機 同步發(fā)電機 同步調(diào)相機,第七章其它特殊電機,1同步電機的結(jié)構,第七章其它特殊電機,結(jié)構,定子轉(zhuǎn)子兩大部分。 （

7、1）定子： 鐵心、定子繞組（又稱電樞繞組，為三相對稱繞組，通入的為三相對稱電流）、機座、及端蓋等部件組成。 其主要的作用是完成交流電能與機構能的交換，也要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，故稱電樞。 （2）轉(zhuǎn)子： 由主磁極、主磁極勵磁直流繞組、及鼠籠型起動繞組、電刷、及集電環(huán)等部件組成。 同步電動機的主磁極分為隱極式和凸極式兩種。 隱極式的優(yōu)級點是轉(zhuǎn)子的氣隙比較均勻，適用于高速電機； 凸極式轉(zhuǎn)子呈圓柱形，轉(zhuǎn)子在明顯的磁極，氣隙不均勻，但制造較簡單，適用于低速電機。,第七章其它特殊電機,2. 同步電動機基本工作原理,第七章其它特殊電機,電樞繞組通入三相交流電流后，氣隙中產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)磁場的速度為同步速度：

8、 當轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電流后，在同一氣隙中，雙呈現(xiàn)出一個轉(zhuǎn)子磁場，其大小及極性固定，極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同，為一恒定直流磁場，這兩個磁場相互作用（磁極吸引力作用），從而使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以相同的速度一起旋轉(zhuǎn)。,第七章其它特殊電機,同步電機的磁場：,一部分是由定子電流提供的（輔助磁場） 另一部分是轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供的（稱主磁場）。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同，所以這兩個磁場在空間上是相對靜止的，氣隙磁場是這兩個磁場的合成。當輸入的三相交流電壓一定時，這個合成磁場也基本上是恒定的。所以改變轉(zhuǎn)子直流勵磁電流，使轉(zhuǎn)子磁通的大小相應改變，則定子磁通出會隨之改變，定子勵磁電流也要隨之作相應改變。功

9、率因數(shù)也會隨之改變。,第七章其它特殊電機,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，同步電機的勵磁全部由轉(zhuǎn)子勵磁提供，電樞繞組不從交流電網(wǎng)中吸取無功勵磁電流，定子電流與外加電壓同相，同步電動機相當于一個純電阻負載，稱其為正常勵磁。 當轉(zhuǎn)子直流勵磁小于正常勵磁，則同步電動機的電樞將從交流電網(wǎng)中吸取無功勵磁電流，使交流電流滯后交流電壓，同步電動機相當于一個感性負載，稱欠勵。 當轉(zhuǎn)子直流勵磁大于正常勵磁，則多余的無功能量時會通過電樞交流繞組饋回電網(wǎng)，表現(xiàn)為電樞交流電流超前交流電壓，同步電動機相當于一個容性負載，稱過勵。 根據(jù)過勵這一基本原理，同步電動機常用來補償電網(wǎng)的無功功率因數(shù)，使電網(wǎng)功率因數(shù)提高接近于1。,第七章其它特

10、殊電機,7.2.2.三相同步電機特性,1同步電動機電壓平衡方程式,第七章其它特殊電機,電磁功率=輸入的電功率-減去電樞繞組銅損 若忽略銅損，則：,第七章其它特殊電機,機械特性曲線,功角特性,第七章其它特殊電機,同步電機V形曲線,第七章其它特殊電機,同步電機勵磁分析,正常勵磁：,電壓與電流同相，相當于純電阻負載。 磁場全由轉(zhuǎn)子提供。 電機不從電網(wǎng)吸收無功電流。,第七章其它特殊電機,過勵： 增大轉(zhuǎn)子直流勵磁； 超前的容性無功能量返回電網(wǎng)； 電流超前電壓；,欠勵： 減小轉(zhuǎn)子直流勵磁； 電機從電網(wǎng)吸收感性無功能量； 電流滯后電壓；,第七章其它特殊電機,7.2.3.三相同步電機的起動,問題：同步電機的欠

11、排,第七章其它特殊電機,異步起動法,常用的起動方法有以下幾種： 輔助起動法、變頻起動法、異步起動法,第七章其它特殊電機,異步起動法： 即在轉(zhuǎn)子磁極極掌上裝上和鼠籠繞組相似的啟動繞組，起動時不先加入直流磁場，只在定子上加入三相對稱電壓以主生旋轉(zhuǎn)磁場；鼠籠轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感生電流，使電機進入異步起動。 當起動速度接近同步轉(zhuǎn)速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產(chǎn)生固定極性的磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁的相互作用，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。,返回目錄,第七章其它特殊電機,*7.3.1 直流伺服電機 *7.3.2 交流伺服電機,7.3 伺服電機,第七章其它特殊電機,7.3.1直流伺服電機,1流伺服電動機結(jié)構,第七章

12、其它特殊電機,直流伺服電動機工作原理,直流伺服電動機工作原理與普通直流電機相同，不同點只是煞費苦心做得比較細長一些，以滿足快速響應的要求；電樞電阻較大，其轉(zhuǎn)速特性較徒,第七章其它特殊電機,直流伺服電機控制特性,兩種： 電樞控制 所謂電樞控制，即磁場繞組加恒定勵磁電壓，電樞繞組加控制電壓，電樞電壓磁高，轉(zhuǎn)速增大 磁場控制 磁場控制，保持電樞電壓恒定，改變勵磁繞組電壓的大小和方向，就能改變電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向。,第七章其它特殊電機,（1）機械特性：勵磁電壓一定時，電樞電壓為一定值時的電動機轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之關系。,第七章其它特殊電機,調(diào)節(jié)特性： 指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時，電機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化情況,第七章

13、其它特殊電機,7.3.2 交流伺服電機,交流伺服電動機是兩相異步電動機 定子槽內(nèi)嵌有兩套相差900空間電角度的定子繞組， 一套稱為勵磁繞組， 另一套稱為控制繞組。 轉(zhuǎn)子： 鼠籠式繞組 空心杯轉(zhuǎn)子兩類,第七章其它特殊電機,交流伺服電動機結(jié)構,交流杯形伺服電動機 1 勵磁繞組； 2 控制繞組； 3 內(nèi)定子； 4 處定子； 5轉(zhuǎn)子；,第七章其它特殊電機,2基本工作原理,第七章其它特殊電機,問題： 在于一但轉(zhuǎn)動起來以后，當控制電壓減到零時，此時相當于運行中的單相異步電動機，電機不會停下來，稱為“自轉(zhuǎn)”，這是交流伺服電動機不允許的。,控制電壓為零特性 控制電壓不為零特性 交流伺服電機機械特性,第七章其它

14、特殊電機,3控制方式,（1）幅值控制，這種控制是通過改變控制電壓的幅值來改變電機速度。而控制電壓與勵磁電壓的相位與差始終保持在900。當控制電壓；隨著控制電壓增加，轉(zhuǎn)速增大。 （2）相位控制，保持控制電壓的幅值不變，改變控制電壓的相位，電機的速度也相應改變。當控制電壓與勵磁電壓的相位差；隨著控制相位差增大，轉(zhuǎn)速增大。 （3）幅-相控制，同時改變幅值與相位來達到改變轉(zhuǎn)速的目的。,返回目錄,第七章其它特殊電機,7.4.1 步進電機的結(jié)構和分類 7.4.2 反應式步進電機工作原理,7.4 步進電機,第七章其它特殊電機,7.4.1 步進電機的結(jié)構和分類,（1）按運動方式可分為 旋轉(zhuǎn)步進電動機 直線步進

15、電動機 平面步進電動機 (2)工作原理可分為 反應式 永磁式,第七章其它特殊電機,三相反應式步時電機的結(jié)構,第七章其它特殊電機,步進電機就可按一定步進角一步一步旋轉(zhuǎn) 從一相通電，換到另一相通電稱做一拍。 這三相（不同于三相交流電的三相），依次通電的運行方式，稱為三相單三拍運行方式。即ABC（一周期通電三拍運行方式）。 如果A、B兩相同時通電，轉(zhuǎn)子軸線將轉(zhuǎn)到A、B兩相的合成軸線上，如此按兩兩通電循環(huán)下去，稱為三相雙三拍運行方式。即ABBCCA（一周期通電三拍運行方式）。 如果按單雙組合方式通，即AABBBCCCA，即一周期通電六拍，有三個單拍，三個雙拍。其步距角為三拍的一半，此稱為三相六拍運行方

16、式。,7.4.2 反應式步進電機的工作原理,第七章其它特殊電機,步矩角的計算,設轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z2，N拍反應式步進電機每一齒距為3600/Z2，而每一拍轉(zhuǎn)過的角度是齒距的1/N，因此可知步距角,返回目錄,第七章其它特殊電機,測速發(fā)電機是一種微型發(fā)電機，它的作用是將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡妷盒盘?，在理想狀態(tài)下，測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比 7.5.1 直流測速電機 7.5.2 交流測速電機,7.5 測速電機,第七章其它特殊電機,1基本結(jié)構及原理,（1）按勵磁方式的不同，可分為永磁式測速發(fā)電機和他勵直流發(fā)電機兩種。 （2）按電樞的不同結(jié)構形式，可分為無槽電樞、有槽電樞、空心杯電樞和圓盤形繞組等種類。,7.5.1

17、 直流測速電機,第七章其它特殊電機,2直流測速發(fā)電機特性,第七章其它特殊電機,7.5.2 交流測速電機,1基本結(jié)構 2. 工作原理,第七章其它特殊電機,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割直軸磁場， 產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應電勢， 轉(zhuǎn)子感應電流， 產(chǎn)生交軸磁場， 交軸磁場與輸出繞組耦合， 于是在輸出繞組上產(chǎn)生感應電勢 輸出電壓。它們之一的關系如下：,第七章其它特殊電機,返回目錄,第七章其它特殊電機,7.6.1 控制式自整角機 7.6.2 力矩式自整角機,自整角機被廣泛用于角度的傳輸、變換、和指示,自整角機分為: 力矩式自整角機 控制式自整角機,7.6 自整角機,第七章其它特殊電機,自整角機的結(jié)構,1.三相整步繞組；2.定子鐵心；

18、3. 轉(zhuǎn)子鐵心；4轉(zhuǎn)子勵磁繞組；5 轉(zhuǎn)軸；6 滑環(huán),第七章其它特殊電機,7.6.1控制式自整角機,第七章其它特殊電機,發(fā)送機側(cè):,第七章其它特殊電機,接收定子繞組中產(chǎn)生的脈動磁場,第七章其它特殊電機,對其合成磁場進行正交分解，分為縱向分量與橫向分量。其縱向分量不與輸出繞組耦合，不產(chǎn)生感生電動勢；而橫向分量與輸出繞組耦合，產(chǎn)生感生電動勢（設接收轉(zhuǎn)子處于基準零位）。,輸出電壓,第七章其它特殊電機,7.6.2 力矩式自整角機,第七章其它特殊電機,原理,發(fā)送機與接收機的同步繞組對應相連接，它們的勵磁繞組同接在一單相交流源。發(fā)送機轉(zhuǎn)子與接收機轉(zhuǎn)子基準零位都設在與D1軸線重合的位置。接收機轉(zhuǎn)子帶動負載。,

19、第七章其它特殊電機,第7章 小結(jié),本章主要介紹了工業(yè)控制中常用的一些特殊電機，單相異步電動機、三相同步電機、伺服電機、步進電機、測速電機和自整角機，分析了基本原理與基本特性，為其使用維護提供必要的理論基礎。,單相異步電動機以基簡單的結(jié)構及方便維護而被廣泛用用家電、醫(yī)療器械及自動控制裝置。對于通入的單相電流，產(chǎn)生的磁通為脈動磁通，無起動轉(zhuǎn)矩，所以要利于輔助方法進行起動，常采用分相起動和罩極起動方式。,第七章其它特殊電機,三相同步電機仍屬于交流電機范疇，由于正常工作時速度穩(wěn)定（轉(zhuǎn)差為零），被大量的精密加工拖動系統(tǒng)采用。由于三相同步電機可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，對電網(wǎng)進行動態(tài)補償，收到較好的效果，所以在用著拖動控制時，也兼用物功率因數(shù)的補償。由于本身無起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動，常用異步拖動的方法進行起動，起動時，先將其設置在異