1、,9.1 三相異步電動(dòng)機(jī),9.2 單相異步電動(dòng)機(jī),9.3 兩相異步電動(dòng)機(jī),9.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),第九章 交流電動(dòng)機(jī),9.1 三相異步電動(dòng)機(jī),9.1.1 異步電動(dòng)機(jī)的用途與分類(lèi),異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛： 在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機(jī)床、輕工機(jī)械、起重 機(jī)械，礦山機(jī)械等。 在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、排灌機(jī)械及加工機(jī)械。 在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等。,電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)：,1. 按電機(jī)定子相數(shù)分：三相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)、 單相異步電動(dòng)機(jī)。,2. 按電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：籠形異步電動(dòng)機(jī)、繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī),交流電動(dòng)機(jī)的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能, 交流電動(dòng)機(jī)分異步電動(dòng)機(jī)和同步

2、電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。,第9章 9.1,這是電動(dòng)機(jī)的外形,9.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造,第9章 9.1,這 是三 相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。,第9章 9.1,這 是三 相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。,端蓋,機(jī)座,第9章 9.1,這 是三 相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分 組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。,定子,第9章 9.1,這 是三 相異步電動(dòng)機(jī)

3、的基本結(jié)構(gòu) 示意圖,定子,轉(zhuǎn)子,軸承,端蓋,機(jī)座,第9章 9.1,三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分 組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。,1. 定子 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、 定子鐵心和定子繞組組成。,這是機(jī)座定子鐵心和定子繞組示意圖,定子繞組,機(jī)座,鐵心,第9章 9.1,定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成,這是定子硅鋼片,第9章 9.1,在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組。,定子繞組 星形接法,定子繞組 三角形接法,端子,第9章 9.1,A,Z,B,X,C,Y,在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組,定子繞組,第9章 9.1,這 是 繞 線(xiàn) 型 轉(zhuǎn) 子 鐵 心 與

4、繞 組,2. 轉(zhuǎn)子 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同又分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)型轉(zhuǎn)子,籠型轉(zhuǎn)子的電機(jī)稱(chēng)籠型電動(dòng)機(jī) 繞線(xiàn)型轉(zhuǎn)子的電機(jī)稱(chēng)繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī),外接電阻,電刷,滑環(huán),轉(zhuǎn)子鐵心,轉(zhuǎn)子繞組,第9章 9.1,轉(zhuǎn)子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成。,這 是 轉(zhuǎn) 子 硅 鋼 片,第9章 9.1,籠型轉(zhuǎn)子是由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)電條組成， 在轉(zhuǎn)子鐵心的兩端各用一個(gè)導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)電條 連接起來(lái)。,這 是 籠 型 轉(zhuǎn) 子,第9章 9.1,定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組,定子繞組,轉(zhuǎn)子繞組,第9章 9.1,9.1.3 轉(zhuǎn)動(dòng)原理,一、旋轉(zhuǎn)磁極對(duì)導(dǎo)體的作用,n1,n,e( i ),轉(zhuǎn)子 導(dǎo)體,旋轉(zhuǎn)磁極形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速也稱(chēng)為

5、同步轉(zhuǎn)速?；\型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下也轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同。,第9章 9.1,二、三 相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),A,B,C,X,Y,Z,iA=Imsin t,iB=Imsin( t-120 ),iC=Imsin( t+120 ),iA,iB,iC,相序A-B-C-A,對(duì)稱(chēng)三相電流 流入 對(duì)稱(chēng)三相繞組,第9章 9.1,iA,1. 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), t = 0,t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB為負(fù)值 iC為正值,iB,iC,第9章 9.1, t, t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB為負(fù)值 iA為正值,iA,iB,iC,0,1. 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

6、,第9章 9.1, t = 90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA為正值 iB為負(fù)值 iC為負(fù)值, t,i,iA,iB,iC,0,1. 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),第9章 9.1,t = 180,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB為正值 iC為負(fù)值,180, t,i,iA,iB,iC,0,1. 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),第9章 9.1,t=60,A,Z,B,X,C,Y,N,S,60,t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S,t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90,t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,第9章 9.1,空間相差120 角的三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)

7、磁場(chǎng),當(dāng)電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了一周 (在空間旋轉(zhuǎn)的角度為360 )。,綜上分析可得結(jié)論：,第9章 9.1, t,i,iA,iB,iC,0,2. 改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向,A,B,C,X,Y,Z,90,60,0,相序A-C-B-A,第9章 9.1,改變流入三相繞組的電流相序,就能改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向;改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向, 也就改變了三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。,綜上分析可得結(jié)論：,第9章 9.1,3. 四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Y,Z,60,0,t = 0,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,0,S,N,t =

8、 60,N,S,30,S,N,0, t,i,iA,iB,iC,0,第9章 9.1,將兩個(gè)繞組 串聯(lián)起來(lái), t,i,iB,iC,0,90,180,t = 90,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,45,S,N,t =180,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,90,S,N,90,3. 四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Y,Z,iA,iB,iC,iA,第9章 9.1,將兩個(gè)繞組 串聯(lián)起來(lái),當(dāng)定子每相中有兩個(gè)繞組串聯(lián), 且每相繞組在空間相差60時(shí), 通入對(duì)稱(chēng)三相交流電后, 也產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 但它是一個(gè)四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)電流變化一周, 旋轉(zhuǎn)

9、磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)了半周(180 空間角), 旋轉(zhuǎn)速度較兩極磁場(chǎng)慢了一半。,4. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度 n1,綜上分析可得結(jié)論：,電源的頻率, 磁極對(duì)數(shù),5. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)差率 S,P=1 n1 =3000 r/min,P=2 n1 =1500 r/min,P=3 n1 =1000 r/min,n = (1S) n1,定義: 轉(zhuǎn)差率,0 S ,S = 0.015 0.06,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,第9章 9.1, 同步轉(zhuǎn)速,定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和磁場(chǎng),N1,S1,N2,S2,n1,n = n1(1-S),轉(zhuǎn)子磁場(chǎng),當(dāng)定子的旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90 時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)也 逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90。,第9章 9.1,轉(zhuǎn)子磁

10、場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)相等，而且轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有相同的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n2,綜上分析可得結(jié)論：,= f1 S,f2 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率,n2 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,n2 = n1 S,n2+ n = n1,n1,n2,n,第9章 9.1,1. 型號(hào),（2) 電壓 UN 定子繞組上所加的線(xiàn)電壓,9.1.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和額定值,第9章 9.1,Y100L1 - 4,2. 銘牌,3. 額定值,P105 表9.1 - 3,（1) 功率 PN 輸出功率 W，kW,（3) 電流 IN 流入定子繞組的線(xiàn)電流,（5) 頻率 fN,（4) 轉(zhuǎn)速 nN 額定

11、狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 r/min,（6) 效率,（7) 功率因數(shù) cos N 滿(mǎn)載時(shí) 0.7 0.9,（8)絕緣等級(jí), m， st ， Ist / IN,A,Z,B,X,C,Y,A,X,B,Y,C,Z,主磁通,iA,iB,iC,漏磁通S (很小),E1= 4.44 f1N1K1,e1,eS1,uA,uB,uC,(很小),*9.1.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子電路,第9章 9.1,1. 定子電路,Z1 =R1+jXS1,定子的內(nèi)阻抗：,U1 E1=4.44 f1N1K1,： 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通 N1：每相定子繞組匝數(shù) K1： 定子繞組分布系數(shù),第9章 9.1,2. 轉(zhuǎn)子電路,Z2 =R2+ jXS2

12、,轉(zhuǎn)子的內(nèi)阻抗：,E2=4.44 f2N2K2 =4.44 f1N2K2 S=E20S,：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通 N2：每相轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù) K2： 轉(zhuǎn)子繞組分布系數(shù),E2,R2,jXS2,第9章 9.1,3. 三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路,第9章 9.1,I2,cos 2,1,U1E1=4.44 f1N1K1,I2和cos2均與S有關(guān),E2,I2,R2,jXS2,ES2,第9章 9.1,電磁轉(zhuǎn)矩 T= CT I2cos 2,E20= 4.44 f1N2K2,將,磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 和轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互 作用而產(chǎn)生的，所以,電磁力 F=BIl,9.1.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性,一、電磁轉(zhuǎn)矩T,

13、常數(shù),第9章 9.1,S,T,1,0,a,b,c,1. 額定轉(zhuǎn)矩 TN,一、電磁轉(zhuǎn)矩 T,轉(zhuǎn)矩特性 T = f (S),P2 = T ,第9章 9.1,U1,不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性,由dT/dS = 0, 得,1,解得,取正值,Sm 稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)差率,2. 最大轉(zhuǎn)矩 Tm,代入 T 的表達(dá)式, U12,求得最大轉(zhuǎn)矩 Tm,U1增大,第9章 9.1,S,T,0,當(dāng)X20不變時(shí), 臨界轉(zhuǎn)差率Sm隨R2增大而增加。,4. Sm=R2 /X20,不同轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)矩特性,2. 最大轉(zhuǎn)矩 Tm,結(jié)論：,1. Tm U12,2. Tm 與 R2無(wú)關(guān),3. 過(guò)載系數(shù), m Tm / T N, m 1.6 2.5

14、,Sm與 U1無(wú)關(guān),R 2 增大,第9章 9.1,S,T,0,3. 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TN,起動(dòng)瞬間 n = 0，S = 1,U1 Tst,R2 Tst,R2,U1,負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T2Tst , 不能起動(dòng), 可空載或輕載起動(dòng),負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T2Tst ，可帶負(fù)載起動(dòng), st Tst / TN,一般 st 1.0 2.2,特殊 st 2.2 2.8,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù),第9章 9.1,三. 機(jī)械特性曲線(xiàn),S,0,a,b,c,1,Tst,因?yàn)?n = n1(1-S), 可以由 轉(zhuǎn)矩特性得到機(jī)械特性,機(jī)械特性曲線(xiàn) n = f (T),1. 分析起動(dòng)過(guò)程,d,當(dāng)Tst T2 時(shí), 電機(jī)起動(dòng),在cb段 nSTba段,在ab段

15、 nSTT=T2,T2 =TN (在d點(diǎn)),第9章 9.1, S,直到 T = T2,電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在新的 轉(zhuǎn)速下, 工作于d點(diǎn),則 : n,n = (1 S) n1, T,n,0,n1,T,a,b,c,Tst,轉(zhuǎn)矩平衡方程式 T = T2 + T0 =負(fù)載轉(zhuǎn)矩+ 空載轉(zhuǎn)矩,2. 分析轉(zhuǎn)速平衡過(guò)程,a b 段為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū), 電動(dòng)機(jī)工作在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)時(shí), 具有自適應(yīng)能力。例如, 原來(lái)在額定負(fù)載下穩(wěn),定運(yùn)行(工作于d點(diǎn)), 若負(fù)載轉(zhuǎn)矩 突然增大為 T2, T2 TN ，,第9章 9.1,起動(dòng)初始瞬間，n = 0，S=1, 起動(dòng)電流IST大, (47) I1N, 頻繁起動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。,過(guò)大的起動(dòng)電流

16、在短時(shí)間內(nèi)會(huì)在線(xiàn)路上造成較大的 電壓降落，影響鄰近負(fù)載的正常工作。, 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TST不大，雖然剛起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流較大， 但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低, 不能滿(mǎn)載起動(dòng)。,9.1.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用,9.1.6.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),1. 起動(dòng)存在的問(wèn)題,第9章 9.1,ST = TST /TN = 1.0 2.2,(1) 直接起動(dòng),在起動(dòng)時(shí)把電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入電網(wǎng)。,特點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩??；起動(dòng)電流大，比額定值大47倍；影響同一電網(wǎng)上其它負(fù)載的正常工作。,優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、起動(dòng)過(guò)程快， 適用于中小型籠型異步電動(dòng)機(jī),(2) Y- 降壓起動(dòng),起動(dòng)時(shí)降低電動(dòng)機(jī)的電源電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)

17、速時(shí)，再把電壓恢復(fù)正常。,2. 起動(dòng)方法,第9章 9.1,FU,W2,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,轉(zhuǎn)子,定子 繞組,條件: 只適用于正常運(yùn)行時(shí)為 接法 的電動(dòng)機(jī)。,第9章 9.1,(2) Y- 降壓起動(dòng),形起動(dòng) : Ul = UP,U1,U2,V1,V2,W1,W2,Q1,Q2,運(yùn)轉(zhuǎn),起動(dòng),三相自耦變壓器,M 3 ,(3) 自耦變壓器降壓起動(dòng),自耦變壓器抽頭有 0.55, 0.64, 0.73 等,如: 變壓器變比,則變壓器副方電流,而變壓器原方電流,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,結(jié)論: 電動(dòng)機(jī)起動(dòng),電流Ist和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst 均為直接起動(dòng)的1/n2。,第9章 9.1,Ist,(4) 串電抗降壓起動(dòng)

18、,Q1,FU,M 3,Q2,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)先合開(kāi)關(guān)Q1, 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時(shí), 再將開(kāi)關(guān) Q2合上,切除電抗器。,繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)可在轉(zhuǎn)子繞 組中串電阻，減小起動(dòng)電流。,轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng),第9章 9.1,一、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),(5) 延邊三角形起動(dòng),每相繞組有兩個(gè)線(xiàn)圈, 將三相繞組中一個(gè)線(xiàn) 圈接為 Y 形 , 另一個(gè) 線(xiàn)圈接為 形 , 電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)電流,Isty Ist Ist,第9章 9.1,(1)改變極對(duì)數(shù) p 調(diào)速,9.1.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用,二、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,n = (1S) n1,調(diào)速方法,(2)改變轉(zhuǎn)差率 S 調(diào)速,p =2: 1,2,3接電源；4,5,6 懸

19、空,p =1: 4,5,6接電源；1,2,3 短接,：n1=15003000 r/m,繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子繞組 中串入電阻R2 , 可改變轉(zhuǎn) 差率 S 和轉(zhuǎn)速 n。,有級(jí)調(diào)速,A. 小范圍無(wú)級(jí)調(diào)速,特點(diǎn),B. R2大 特性變軟,第9章 9.1,三種方法,二、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,(3) 改變電源頻率 f1 調(diào)速,變頻調(diào)速,由 U1=4.44 f1N1K1,為保證不變，在調(diào)整 電源頻率 f1 時(shí), 應(yīng)同時(shí) 調(diào)整電源電壓U1。,A. 大范圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速；,B. 調(diào)速后機(jī)械特性平行，帶負(fù)載能力(硬度)不變；,特點(diǎn),C. 需要專(zhuān)門(mén)的變頻調(diào)速設(shè)備，且成本較高。,第9章 9.1,(1) 能耗制動(dòng)線(xiàn)路,三、三

20、相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),制動(dòng)時(shí)接入直流電源產(chǎn)生固定磁場(chǎng),i2 受到阻轉(zhuǎn)矩；當(dāng) n0, i20,T0,制動(dòng): 將動(dòng)能電能熱能,優(yōu)點(diǎn)：能耗小，制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，不會(huì)反轉(zhuǎn),缺點(diǎn)：需要另外加直流電源,第9章 9.1,(2) 反接制動(dòng)線(xiàn)路,將三相中的任意兩相對(duì)調(diào)， 產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使M停機(jī)。,優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單， 制動(dòng)效果好。,缺點(diǎn)：能量消耗大。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速,為 (n1+n) I2 I1,必須在籠型電動(dòng)機(jī)的定子或 繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入 電阻R，以防止燒壞繞組。,第9章 9.1,M 3 ,R,R,R,單相異步電動(dòng)機(jī)常用于功率不大的電動(dòng)工具 （如電鉆、攪拌器等）以及眾多的家用電器,9.2 單相異步電動(dòng)

21、機(jī),作為驅(qū)動(dòng)，其功率一般為幾 幾百瓦。,單相異步電動(dòng)機(jī): 定子只有一相主繞組的異步電動(dòng)機(jī)。,第9章 9.2,（如電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)等）,概 述,單相異步電動(dòng)機(jī)均采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子 有所不同。,9.2.1 單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,4 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組,隱極式,凸極式,1. 單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),1 定子,2 定子繞組,3 轉(zhuǎn)子,第9章 9.2,單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流和電磁力 f 如圖。,2. 單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,(1) 磁場(chǎng)分析,當(dāng)定子繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)為 交變脈振磁場(chǎng)： 在每一瞬間各點(diǎn) 分布為正弦；,在不同瞬間各點(diǎn) 分布為駐波。,可將駐波分解為兩個(gè)

22、幅值相 等、以同一轉(zhuǎn)速 n1向相反方 向旋轉(zhuǎn)的磁通。,+T+,T,第9章 9.2,（2）脈振磁場(chǎng)的分解,0,t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t,第9章 9.2,(2) 脈振磁場(chǎng)的分解,脈振磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同 (均為 n1)、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,第9章 9.2,T,0,1,1,S+,S,n,若有外力將轉(zhuǎn)子推一下，兩個(gè)轉(zhuǎn)矩不再相等，電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù) 轉(zhuǎn)下去。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與+相同時(shí)，,f2+= S+ f1,= 2 S+ 1,2,2,0,n,合成轉(zhuǎn)矩 T = T+ T,S+=S=1時(shí),n = 0 , T= 0,3. 轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn),不能自行起動(dòng),第9章 9.2,若三

23、相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)斷了一根線(xiàn)，相,若 n = 0，則不能起動(dòng)，此時(shí)電流很大，時(shí),若 n 0，則能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng), 但轉(zhuǎn)速很慢，,的單相運(yùn)行，或稱(chēng)缺相運(yùn)行。,間一長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)將會(huì)被燒壞；,仍帶額定負(fù)載, 電流勢(shì)必超過(guò)其額定值，時(shí)間 一長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)也將被燒壞。,三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行,當(dāng)于單相異步電動(dòng)機(jī)，稱(chēng)為三相異步電動(dòng)機(jī),第9章 9.2,(1) 電容分相起動(dòng)電路,Z1,Z2,I1,I,Q,1. 分相起動(dòng)法,9.2.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法,電容分相 在定子上放置一個(gè)起動(dòng)繞組 F1F2 , 與主繞組在空間相隔 90, 并串聯(lián)電容器 C，使二繞組中的電流相差約 90,即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,在電機(jī)起動(dòng)后，

24、有的電動(dòng)機(jī)利用離心開(kāi)關(guān) S 切斷起動(dòng)繞組F1F2。,起動(dòng)繞組,第9章 9.2,工作 繞組,工作 繞組,(1) 電容分相起動(dòng)電路,Z1,Z2,I1,I,Q,1. 分相起動(dòng)法,9.2.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法,電容分相 在定子上放置一個(gè)起動(dòng)繞組 F1F2 , 與主繞組在空間相隔 90, 并串聯(lián)電容器 C，使二繞組中的電流相差約 90,即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,在電機(jī)起動(dòng)后，有的電動(dòng)機(jī)利用離心開(kāi)關(guān) S 切斷起動(dòng)繞組F1F2。,起動(dòng)繞組,第9章 9.2,（1）電容分相起動(dòng)電路,C2,反轉(zhuǎn)：只要將起動(dòng)繞組接電源 的兩端 F1F2 對(duì)調(diào)即可。,工作 繞組,Z1,Z2,Q,起動(dòng)繞組,C1,S,第9章 9.2,

25、F2,F1,Z1,Z2,C,i1,t,i,i2,0, t = 0,i1= 0，i2為正值,兩相繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),F2,F1,Z1,Z2, t = 45,i1、i2均為正值,F2,F1,Z1,Z2, t = 90,i1為正值，i2= 0,S,1,2,磁場(chǎng)從F1 F2的軸線(xiàn)位置 轉(zhuǎn)向Z1 Z2的軸線(xiàn)位置,i2= Imsin( t+90 ),i1= Imsin t,u,i2,i1,第9章 9.2,F2,F1,Z1,Z2,i1=Imsin( t+90 ),i2=Imsin t,S,C,u,i2,i1,i1, t,i,i2,0, t = 0,如何改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向？,i1為正值，i2= 0,1,2,磁

26、場(chǎng)從Z1 Z2 的軸線(xiàn)位置 轉(zhuǎn)向F1 F2的軸線(xiàn)位置,第9章 9.2,(1) 在空間相差90的兩個(gè)繞組，分別流入在相位上 相差90的兩相電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,(2) 如果兩個(gè)繞組的參數(shù)相同，兩相電流的幅值相等， 產(chǎn)生的是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,(3) 如果兩個(gè)繞組的參數(shù)不對(duì)稱(chēng)，兩相電流的幅值不 相等，或者兩相電流的相位差小于90時(shí)，產(chǎn)生 的是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,(4) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從電流相位超前的繞組的軸線(xiàn) 位置轉(zhuǎn)向電流相位滯后的繞組的軸線(xiàn)位置, 所以, 改變兩個(gè)繞組中電流的相位關(guān)系, 可以改變旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向,也就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。,結(jié) 論,第9章 9.2,(2) 電阻分相起動(dòng)電路,工作 繞

27、組,Z1,Z2,I1,I,Q,I2,起動(dòng)繞組,相量圖,起動(dòng)繞組的電阻大,電感量小，故稱(chēng)為 電阻分相起動(dòng)電路。,兩相電流產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,第9章 9.2,A,c,在電動(dòng)機(jī)的極靴上加入短路銅環(huán)稱(chēng)為罩極。,2. 罩極起動(dòng)法,罩極內(nèi)外的磁通產(chǎn)生相位差形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,它使鼠籠形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而起動(dòng)。,第9章 9.2,磁通 示意圖,C,K,A,B,i,罩極內(nèi)外的磁通分析,第9章 9.2,電機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)?AC，方向不能改變； 若要改變方向，只能改變罩極的位置。,9.3.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的功能和結(jié)構(gòu),用在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，其轉(zhuǎn)動(dòng)的速,1. 交流伺服電動(dòng)機(jī)的功能,第9章 9.3,9.3 交流伺服電動(dòng)

28、機(jī)（兩相異步電動(dòng)機(jī)）,控 制 電 機(jī),控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是必不可少的。,前面所討論的三相和單相異步電動(dòng)機(jī)，都是,作為動(dòng)力電機(jī)來(lái)使用的。而控制電機(jī)的主要任務(wù),是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，能量轉(zhuǎn)換是次要的。,度和方向?qū)㈦S交流控制電壓的大小和極性而變化。,2. 交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),（1）可控?zé)o自轉(zhuǎn) 當(dāng)控制電壓Uk=0 時(shí), 轉(zhuǎn)速 n=0；,（2）靈敏度高 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向隨控制電壓的大小和,（4）功率小 通常為零點(diǎn)幾瓦幾十瓦；,（5）運(yùn)行穩(wěn)定 n在 (0 n0之間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；,（6）起動(dòng)電壓小 Ust= UN(3 。,（3）響應(yīng)快速 由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，,交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓為交流電壓,

29、特點(diǎn)為：,所以電動(dòng)機(jī)起動(dòng)快；,伺服電動(dòng)機(jī)分為交流伺服和直流伺服電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。,極性而改變；,第9章 9.3,3.交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),交流伺服電動(dòng)機(jī)亦稱(chēng)為兩相異步電動(dòng)機(jī)。,交流伺服 電動(dòng)機(jī),定子,轉(zhuǎn)子,定子繞組,轉(zhuǎn)子鐵心,定子鐵心,轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)軸,機(jī)座,籠形轉(zhuǎn)子,杯形轉(zhuǎn)子,第9章 9.3,勵(lì)磁繞組,控制繞組,(1) 籠形交流伺服電動(dòng)機(jī)的外形,第9章 9.3,空間相差120 角的三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了一周 ( 在空間旋轉(zhuǎn)的角度為 360 )。,1. 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件,空間位置相差一定角度的N相繞組，通入具有一

30、定相位差的 N 相電流時(shí), 即可產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);當(dāng)電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也轉(zhuǎn)過(guò)一定的空間角度。,9.3.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理,( 復(fù)習(xí)）,第9章 9.3,C,轉(zhuǎn)子,i,t,t,Q,i,if,ik,k,f,兩相定子繞組接線(xiàn)圖,2. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分析,在控制繞組上加入控制電,產(chǎn)生正弦脈振磁場(chǎng)k 。, 產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)f 。,f 超前 k 90,0,0,0,第9章 9.3,Nf,Nk,f 超前k 90,t= t0,k =0, =f = fm,t= t1,k =0.707km,f = 0.707 fm,t= t2, = k =km,f = 0,n1,t= t3,k =0.707km,f =

31、0.707 fm,第9章 9.3,t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,k,t,km,Nf,Nk,f 超前k 90,t= t4,k =0, =f = fm,t= t5,k = 0.707km,f = 0.707 fm,t0,t= t6, = k = km,f = 0,t= t7,k = 0.707km,f = 0.707 fm,fm,t,f,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,n1,橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),設(shè) fm k m,第9章 9.3,橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),當(dāng)fm km，且 f 超前k 90時(shí)，合成 磁場(chǎng) 末端的軌跡為一個(gè)橢圓形。,第9章 9.3,橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

32、,合成磁場(chǎng) 末端軌跡,3. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形狀, k, f, k, f, k, f, k, f,第9章 9.3,9.3.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn),1. 轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn),1,0,S,T,S1,S2,當(dāng)R2較大 時(shí), Sm1,T,S,0,1,Sm,在三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)中, 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻R2較大時(shí), 臨界轉(zhuǎn)差率 Sm 1, 可得到交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。,Tm,a,b,曲線(xiàn)a為控制電壓等于額定值時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)；,曲線(xiàn)b為控制電壓小于額定值時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)。,T2,第9章 9.3,2. 機(jī)械特性曲線(xiàn),0.4Uk,Uk,0.8Uk,0.6Uk,S,T,1,0,S1,S2,a,b,n,0,由關(guān)系

33、式 n=(1-S)n1 ,將轉(zhuǎn)差率S變換為轉(zhuǎn)速 n , 即可由轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)T(S)得到機(jī)械特性曲線(xiàn)n(T)。,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T不變，隨著控制電壓 Uk n,若負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T，欲使轉(zhuǎn)速 n 不變應(yīng)使Uk,T2,第9章 9.3,3. 控制特性曲線(xiàn),TL1,TL2,TL3,控制特性曲線(xiàn)表示 在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)， 兩相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速 n與控制電壓Uk 之間的關(guān)系曲線(xiàn) 。,在T2 = TL且不變時(shí)， Uk n,第9章 9.3,轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn),T+正向電磁轉(zhuǎn)矩,T- 反向電磁轉(zhuǎn)矩,T 合成電磁轉(zhuǎn)矩,當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻R2增 加到使 Sm 1時(shí), 勵(lì)磁電壓產(chǎn)生的 電磁轉(zhuǎn)矩 T與電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反,成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 以保證電動(dòng)機(jī)不自轉(zhuǎn)。, 控制電壓 UK = 0 ,第9章 9.3,T,0,S,1,2,控制電壓Uk = 0 時(shí), 為什么能立 即停轉(zhuǎn),即無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象? 分析如下：,a,a,Uk = 0.8 UkN,Uk= 0,由于轉(zhuǎn)子電阻R2大,使Sm 1, 勵(lì)磁繞組產(chǎn)生脈振磁場(chǎng), 所形成的合成電磁轉(zhuǎn)矩 T與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反,成為制 動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小, 所以電動(dòng)機(jī)能立即停轉(zhuǎn)。,第9章 9.3,9.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),功能：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可將電脈沖轉(zhuǎn)變成直線(xiàn)位移或角位移。 通常用于數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、自動(dòng)控制和記錄儀表等。,9.4.1 概述,1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功能和特點(diǎn),2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi),按運(yùn)動(dòng)方