1、三相異步電動機(jī)的工作原理及特性,1).三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙. (1)定子 定子由鐵心,繞組,機(jī)座三部分組成. 鐵心由0.5mm的硅鋼片疊壓而成; 三相繞組連接成星形或三角形; 機(jī)座一般用鑄鐵作成,主要用于固定和支撐定子鐵心. (2)轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成. 轉(zhuǎn)子同樣由硅鋼片疊壓而成,壓裝在轉(zhuǎn)軸上; 轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和線繞式兩種.,鼠籠式三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,5.定子鐵心,6.定子繞組,7.轉(zhuǎn)軸,8.轉(zhuǎn)子,9.風(fēng)扇,11.軸承,12.機(jī)座,鼠籠電動機(jī)轉(zhuǎn)子和線繞電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與外部接線,2).三相異步電動機(jī)的工作原理,(1)三相

2、正弦交流電通入電動機(jī)定子的三相繞組,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱之為同步轉(zhuǎn)速; (2)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,產(chǎn)生感應(yīng)電勢; (3)轉(zhuǎn)子繞組中感生電流; (4)轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生力,形成電磁轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)就轉(zhuǎn)動起來了. 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)不到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,否則,就不能切割磁力線,就沒有感應(yīng)電勢,電動機(jī)就停下來了.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速不一樣,差那么一些,稱之為異步. 設(shè)同步轉(zhuǎn)速為no,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為n,則轉(zhuǎn)速差為 ; no-n;,3).三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場,(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 設(shè)電動機(jī)為2極,每相繞組只有一個線圈.,在0-T/2這個區(qū)間,分析有一相電流為零的幾個點(diǎn). 規(guī)定:當(dāng)電流為正時(shí),從

3、首端進(jìn)尾端出;電流為負(fù)時(shí), 從尾端進(jìn)首端出.,t=0時(shí)，iA=0;iB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；iC為正，電流實(shí)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，如圖(a)中箭頭所示。,t=0時(shí)，iA=0;iB為負(fù)，iC為正,t=T/6時(shí)，t=T/6=/3,iA為正(電流從A端流到X端)；iB為負(fù)(電流從Y端流到B端)；iC=0。此時(shí)的合成磁場如圖(b)所示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了/3。,t=T/6時(shí)，t=T/6=/3,iA為正；iB為負(fù)；iC=0,此時(shí)的合成磁場如圖(c)所示，合成磁場已從t=0瞬間 所在位

4、置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了2/3。,t=T/3時(shí)，t=T/3=2/3,iA為正;iB=0；iC為負(fù),此時(shí)的合成磁場如圖(d)所示。合成磁場從t=0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。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)，合成磁場的方向在空間也不斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。,t=T/2時(shí)，t=T/2=,iA=0；iB為正；iC為負(fù)。,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相交流電的相序一致; 改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈?即A-B-C變?yōu)镃-B-A,旋轉(zhuǎn)磁場反向; 要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向,只要任意對調(diào)三相電源的兩根接線.,(2)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向,式中,f為電源頻率50HZ;p為電動機(jī)的磁極對數(shù). 電動機(jī)的磁極對數(shù)為1時(shí),同

5、步轉(zhuǎn)速為3000r/min; 電動機(jī)的磁極對數(shù)為2時(shí),同步轉(zhuǎn)速為1500r/min; 電動機(jī)的磁極對數(shù)為3時(shí),同步轉(zhuǎn)速為1000r/min.,(3)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度-同步轉(zhuǎn)速no,2.三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性,1).三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的:,1、轉(zhuǎn)子電流 與轉(zhuǎn)速的n的關(guān)系,2、轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù) 與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系,3、電磁矩 與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系,2).三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性n=f(T),固有機(jī)械特性(自然機(jī)械特性):在額定電壓和額定頻率下,定子和轉(zhuǎn)子電路中不接任何電阻或電抗時(shí),電動機(jī)的機(jī)械特性.,(2)額定工作點(diǎn) T=TN, n=

6、nN,自然特性上有4個特殊點(diǎn): (1)理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)no T=0, n=no,(3)起動工作點(diǎn) T=Tst, n=0,(4)臨界工作點(diǎn) T=Tmax, n=nm,人工機(jī)械特性 介紹3種人工特性,即:降低定子電壓時(shí),定子電路串入電阻或電抗時(shí),變頻率時(shí).,(1)降低電壓時(shí)的人工特性,電壓越低,人工特性曲線越往左移; 電動機(jī)的過載能力和起動轉(zhuǎn)矩會大大降低; 電壓降低,負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí),電動機(jī)過熱; 電壓降低太多,電動機(jī)將帶不動負(fù)載(不能起動).,(2)定子電路串入電阻或電抗時(shí)的人工特性,定子電路串電阻或電抗時(shí)的人工機(jī)械特性如右圖中虛線2所示,1為電壓降低時(shí)的人工機(jī)械特性; 曲線2與曲線1相比較,最大轉(zhuǎn)

7、矩要大一些.,(3)改變定子電源頻率時(shí)的人工特性,隨著頻率的降低,理想空載轉(zhuǎn)速只能在電源額定頻率以下調(diào)節(jié); 轉(zhuǎn)速no減小,起動轉(zhuǎn)矩Tst增大,最大轉(zhuǎn)矩Tmax不變.,3.三相異步電動機(jī)的起動特性,生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)起動的要求是:起動轉(zhuǎn)矩大,起動電流小. 1) .三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動方法 三相異步電動機(jī)起動電流是額定電流的(5-7)倍,為滿足起動要求,三相異步電動機(jī)的起動方法分為直接起動和降壓起動兩類.,(1)直接起動(全電壓起動)適用范圍; 電動機(jī)功率20%變壓器容量. 一般中小型鼠籠式異步電動機(jī)都采用 全電壓直接起動.,(2) 降壓起動:容量大的電動機(jī)起動電流大,為了限制過大的起動電流,

8、采用降壓起動.在工廠常用的降壓起動方法有4種:定子串電阻或電抗器,Y-變換,自耦變壓器,延邊三角形.,(1)定子繞組串電阻或電抗器降壓起動 電路圖如右圖;,不足之處:起動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降; 不經(jīng)濟(jì). 應(yīng)用場合:電動機(jī)空載或輕載起動.,(2)Y- 降壓起動:只有正常運(yùn)行時(shí)定子三相繞組是接法的電動機(jī)才能采用Y- 降壓起動.對于國產(chǎn)JO,JO2,Y,Y2系列電動機(jī),功率大于4.5kW的都是采用接線.也就是說,大容量電動機(jī)都可以用Y- 降壓起動.,Y- 降壓起動的電氣原理圖如右圖所示.起動時(shí),三相繞組接成Y形,運(yùn)行時(shí),繞組接成形.電流下降1/3,轉(zhuǎn)矩也下降1/3.,特點(diǎn): 電動機(jī)Y形起動過程中

9、,可提高電動 機(jī)的效率和功率因數(shù); 起動轉(zhuǎn)矩小,只適用于空載或輕載起動的場合; 設(shè)備簡單,經(jīng)濟(jì); 在機(jī)床工業(yè)上應(yīng)用較普遍.,4.三相異步電動機(jī)的調(diào)速特性,異步電動機(jī)的調(diào)速方法主要有三種:變磁極對數(shù)p;變電壓U;變頻率f.,由基本公式,1).變磁極對數(shù)調(diào)速 (1)方法: 改變定子繞組的連接,可以得到兩個不同的磁極對數(shù). (2)多速電動機(jī): 最多在電動機(jī)中嵌入兩套繞組,使繞組有不同的連接,可分別得到雙速,三速,四速電動機(jī),雙速應(yīng)用較多.,4極 2極,變磁極對數(shù)調(diào)速,3)特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單,效率高,特性好;體積大,價(jià)格高.在中小機(jī)床上應(yīng)用比較多. 雙速電動機(jī)的高低速轉(zhuǎn)換,一般是先低速,再轉(zhuǎn)換為高速.,

10、雙速電動機(jī)Y/YY,2).改變電壓調(diào)速 (1)應(yīng)用范圍: 只適用于線繞式異步電動機(jī). (2)原理 降低定子電壓，即可使轉(zhuǎn)速降低。 (3)特點(diǎn): 會使機(jī)械特性變軟，起動轉(zhuǎn)矩減小。,3).變頻調(diào)速 (1)原理: 由上式可知,改變交流電源的頻率,就可以平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速. (2)一般采用頻率和電壓同時(shí)改變的變頻電源. (3)應(yīng)用范圍: 用于鼠籠式異步電動機(jī).組成SCR-M調(diào)速系統(tǒng). 變頻調(diào)速是交流調(diào)速發(fā)展的方向.有關(guān)內(nèi)容在后面的章節(jié)詳細(xì)介紹.,1.3 控制電機(jī)簡介,控制電機(jī)的主要作用是用來完成信息的傳遞與交換,而不是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換.,1) 直流伺服電動機(jī),1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動機(jī)相同.(

11、有換向器) 2.分類:電磁式(他激式); 永磁式, 3.電氣原理圖:如右圖.其中(a)為電磁式(b)為永磁式. 4.參數(shù):輸出功率1-600W.,2).交流伺服電動機(jī)(1)結(jié)構(gòu),(1)定子: 定子由硅鋼片疊成; 在定子鐵心的內(nèi)圓表面嵌 有兩套相差90度電角度的繞組:激磁繞組WF,控制繞組WC; 這兩套繞組分別由兩個電源供電.,接線圖,兩相交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu),(2)轉(zhuǎn)子: 分為鼠籠型和杯型兩種. (1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細(xì)而長,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號SL系列. (2)空心杯型轉(zhuǎn)子作成薄壁圓筒形,放在內(nèi)外定子之間.用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng).產(chǎn)品型號SK系列.,杯

12、型轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖 激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子5,(2).基本工作原理,兩相繞組WF和WC分別通入頻率相同的交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,使伺服電動機(jī)起動. 取消WC后,要防止自轉(zhuǎn). (3).消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施 加大轉(zhuǎn)子電阻.如: 采用薄壁杯形轉(zhuǎn)子. 鼠籠條用高阻材料黃銅,轉(zhuǎn)子電阻不同時(shí)的機(jī)械特性,(4).交流伺服電動機(jī)的特性和應(yīng)用,控制方法;有三種. 幅值控制,相位控制,幅-相控制 幅值控制原理圖:控制電壓Uc越高,電動機(jī)轉(zhuǎn)速越高.,不同控制電壓下的機(jī)械特性,應(yīng)用舉例,(1)參數(shù):交流伺服電動機(jī)輸出功率為0.1-100W(再大則用直流伺服電動機(jī)); 電源頻率50-400H

13、z. (2)應(yīng)用:雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)控制;飛機(jī)駕駛盤的控制;流體閥門開關(guān)控制,應(yīng)用方框圖,2)步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的一種執(zhí)行元件,(1)分類與結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電動機(jī)分為反應(yīng)式,永磁式,和混合式三種. 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分構(gòu)成. 右圖中,定子有6個磁極,兩個相對的磁極組成一相;轉(zhuǎn)子上有均勻分布的4個齒.,由環(huán)形分配器送來的脈沖信號，對定子繞組輪流通電。設(shè)相序?yàn)锳BCA。 當(dāng)A相控制繞組通電， 而B、C相不通電時(shí)，步進(jìn)電動機(jī)的氣隙磁場與A相繞組軸線重合， 而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過， 故電動機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩(靜轉(zhuǎn)矩)的作用，在此轉(zhuǎn)矩的作用下， 使

14、轉(zhuǎn)子的齒1和齒3旋轉(zhuǎn)到與A相繞組軸線相同的位置上，如圖(a)所示，,(2)步進(jìn)電動機(jī)的工作原理,然后B相通電如圖(b)所示,轉(zhuǎn)子在空間沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30度,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一步. 同理,C相通電時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖所示位置;D相通電時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖(d)所示位置. 按A-B-C-A順序不斷地接通和斷開控制繞組,電動機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動.,(3)通電方式,控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為一個步距角。步進(jìn)電動機(jī)的通電方式有三種。對于三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)來說，每次只有一相繞組單獨(dú)通電，如ABCA，控制繞組每換接三次構(gòu)成一個循環(huán)，這種方式稱為三相單三拍；若每次有兩相繞組同時(shí)通電，如AB

15、BCCAAB，每次循環(huán)換接三次，這種方式稱為三相雙三拍；若單相通電和兩相通電輪流進(jìn)行，如AABBBCCCAA，這種方式被稱為三相六拍。,(4)小步距角步進(jìn)電動機(jī),步進(jìn)電動機(jī)無論采用哪種通電方式，步距角都太大，無法滿足生產(chǎn)中對精度的要求，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用小步距角的步進(jìn)電動機(jī)。設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為z，定子相數(shù)為m，則齒距角和步距角為: =360/ z =360/K m z 其中K為狀態(tài)系數(shù)，對于單相輪流通電方式和雙相輪流通電方式來說，K=1，而對于單雙相輪流通電方式來說，K=2。 從上式可知，步距角與相數(shù)及齒數(shù)有關(guān)，要想獲得小的步距角的話，必須增大相數(shù)或齒數(shù)。但是，相數(shù)越多的話，它的驅(qū)動電源就越復(fù)雜，

16、并且成本也越高，一般的步進(jìn)電動機(jī)做成二相、三相、四相、五相或六相。因此，減小步距角的根本方法是增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)z。,3) 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中.,1.異步(交流)測速發(fā)電機(jī) 1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子上有兩套互差90度電角度的激磁繞組WF和輸出繞組WC;轉(zhuǎn)子為空心杯形. 2) 工作原理:杯形轉(zhuǎn)子可以看成一個導(dǎo)條非常多的鼠籠轉(zhuǎn)子.在激磁電壓一定的情況下,當(dāng)輸出繞組的負(fù)載很小時(shí),測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比: U0=Kn,轉(zhuǎn)子靜止時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí),3) 交流測速發(fā)電機(jī)使用中的幾個問題:,(1)主要技術(shù)指標(biāo) 剩余電壓:測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的輸出電壓.它會使控制系統(tǒng)誤動作. 線性誤差 :,(2)使用中應(yīng)注意的問題: 輸出特性的