第4章 電動(dòng)機(jī)

1、三相(sn xin)電動(dòng)機(jī) 單相電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)機(jī)第四章主要(zhyo)授課內(nèi)容共四十八頁(yè)電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要(zhyo)包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子，其導(dǎo)線中有電流通過并受磁場(chǎng)的作用而使轉(zhuǎn)動(dòng)。這些機(jī)器中有些可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，即也可作發(fā)電機(jī)用。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，其中交流電動(dòng)機(jī)中常用的是三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)根據(jù)使用場(chǎng)合的不同分為動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。4.1 概述(i sh)共四十八頁(yè)4.2.1 異步電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)1. 三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)的

2、結(jié)構(gòu)鼠籠式三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)繞線式定子轉(zhuǎn)子定子鐵芯機(jī)座定子繞組轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組風(fēng)罩風(fēng)葉轉(zhuǎn)子定子端蓋共四十八頁(yè)問題(wnt)與討論鼠籠型電動(dòng)機(jī)的定子各部分結(jié)構(gòu)和作用(zuyng)如何？鼠籠型異步機(jī)轉(zhuǎn)子各部分的結(jié)構(gòu)和作用是什么？定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊 壓制成，在其內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯的作用：一是槽內(nèi)可用來嵌放定子繞組；二是定子鐵芯構(gòu)成電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。定子繞組是由銅導(dǎo)線繞制而成。構(gòu)成電動(dòng)機(jī)電路的一部分。機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的支架，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。轉(zhuǎn)子鐵芯沖片鑄鋁籠形轉(zhuǎn)子籠形轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵芯是也是由0.5mm厚的硅鋼片疊 壓制成，在其外圓沖有分布的槽。轉(zhuǎn)子鐵芯可嵌放

3、轉(zhuǎn)子繞組，構(gòu)成電機(jī)磁路的另一部分。轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。由轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械能。共四十八頁(yè)2. 三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)的原理(1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(xun zhun c chn)的產(chǎn)生n1AXBYCZ三相定子繞組中通過的電流0iAiBiCti 電流出t =0時(shí)電流和磁場(chǎng)情況NS 電流入AAA同理可分析出其它時(shí)刻電流的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向。共四十八頁(yè)顯然(xinrn)，異步電動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了旋轉(zhuǎn)磁極。定子電流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(xun zhun c chn)的方向：取決于三相電流的相序。 若要改變異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：只需換接其中兩相的順序即可。0iAiBi

4、Cti0iBiAiCti共四十八頁(yè)問題(wnt)與討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(xun zhun c chn)的極對(duì)數(shù)和同步轉(zhuǎn)速n1之間有什么關(guān)系？AXYCBZAiBiAiCYZCBX此種接法下，合成磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極，則極對(duì)數(shù)p=1。極對(duì)數(shù)p=1時(shí)： 將每相繞組分成兩段，按上圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極。XiBiAiCAAXCXBCYZZBY此時(shí)同步轉(zhuǎn)速共四十八頁(yè)t =0時(shí)轉(zhuǎn)子(zhun z)電流和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)情況n1AXBYCZNS(2)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)(zhun dng)原理用右手定則可判斷出轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向如圖示；再用左手定則判斷出轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的受力方向?yàn)樯嫌蚁伦?，因此轉(zhuǎn)子順著同步磁場(chǎng)n1的方向轉(zhuǎn)

5、動(dòng)。異步機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 三相對(duì)稱定子繞組中通入對(duì)稱三相交流電，即在氣隙中形成一個(gè)在時(shí)間上、空間上都隨時(shí)間變化的一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相切割后感應(yīng)電流成為載流導(dǎo)體。載流導(dǎo)體又和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，對(duì)軸生成電磁轉(zhuǎn)矩，于是電動(dòng)機(jī)就順著同步轉(zhuǎn)速的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。問題與討論電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n能等于同步轉(zhuǎn)速n1嗎？轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)提示：如果轉(zhuǎn)子不切割磁場(chǎng)不能生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子不是載流導(dǎo)體則不能受力轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)論：nn1異步！共四十八頁(yè) 轉(zhuǎn)差率 S 的概念(ginin)：轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(xun zhun c chn)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速:

6、（轉(zhuǎn)差率最?。╇妱?dòng)機(jī)運(yùn)行之中:顯然電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而減小。共四十八頁(yè)4.2.2 異步電動(dòng)機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩1. 異步電動(dòng)機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比：（牛頓米） 三相異步機(jī)轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和，稱為電磁轉(zhuǎn)矩 T：結(jié)構(gòu)常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)共四十八頁(yè)必須指出： TU12的關(guān)系并不意味著電動(dòng)機(jī)的工作電壓越高，電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩就越大。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行情況下，不論電源電壓是高是低，其輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的大小，只決定(judng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小。換言之，當(dāng)TTL時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在某一速度下運(yùn)行；

7、若TTL時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速運(yùn)行；在TTL時(shí)，電動(dòng)機(jī)將做減速運(yùn)行或者直至停轉(zhuǎn)。 TTm0ssm1n0nn0 Sm稱為臨界(ln ji)轉(zhuǎn)差率，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm。m是電機(jī)的過載系數(shù)，反映了其過載能力。共四十八頁(yè)2. 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性TmTstTNT反DEnT0nNn0ABC同步(tngb)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨輸出轉(zhuǎn)矩的變化而變化的關(guān)系曲線稱為機(jī)械特性。D點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的額定工作點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩；對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速。AB段是穩(wěn)定運(yùn)行段。電動(dòng)機(jī)隨著負(fù)載的增加而轉(zhuǎn)速略有下降；隨負(fù)載的減少而轉(zhuǎn)速略有上升（E點(diǎn)） 電動(dòng)機(jī)若要迅速起動(dòng)起來，起動(dòng)轉(zhuǎn)

8、矩Tst 必須大于轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TN。BC段始終處于不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)。共四十八頁(yè)異步電動(dòng)機(jī)的額定( dng)轉(zhuǎn)矩公式 當(dāng)常數(shù)(chngsh)為9550時(shí)，P2N的單位是千瓦【KW】；若常數(shù)為9.55時(shí)，P2N的單位用瓦【W(wǎng)】。式中S稱為起動(dòng)能力（系數(shù)）。 最大轉(zhuǎn)矩Tmax從機(jī)械特性曲線上看，轉(zhuǎn)矩有一個(gè)最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩中臨界轉(zhuǎn)矩?？梢杂?jì)算出共四十八頁(yè)TmTstTNT反DEnT0nNn0ABC同步(tngb)轉(zhuǎn)速額定( dng)轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨輸出轉(zhuǎn)矩的變化而變化的關(guān)系曲線稱為機(jī)械特性。D點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的額定工作點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩；對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速

9、。AB段是穩(wěn)定運(yùn)行段。電動(dòng)機(jī)隨著負(fù)載的增加而轉(zhuǎn)速略有下降；隨負(fù)載的減少而轉(zhuǎn)速略有上升（E點(diǎn)） 電動(dòng)機(jī)若要迅速起動(dòng)起來，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst 必須大于轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TN。BC段始終處于不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)。共四十八頁(yè)4.2.3 三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速 三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20 直接起動(dòng)是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到額定電壓上的起動(dòng)方式，又叫全壓起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：起動(dòng)電流較大，將使線路電壓下降，影響負(fù) 載正常工作。適用范圍：共四十八頁(yè)2降壓(jin y)起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(q dn zhun j)

10、均為全壓起動(dòng)時(shí)的13。運(yùn)行時(shí)，首尾相接構(gòu)成閉環(huán)Y起動(dòng)時(shí)，繞組尾端連成一點(diǎn)適用范圍：正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形連接，且每相繞組都有兩個(gè)引出端子的電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：起動(dòng)電流為全壓起動(dòng)時(shí)的13。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2Y-降壓起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)定子繞組連成星形，通電后電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)再換接成三角形。共四十八頁(yè)AZBYXC正常運(yùn)行UPABCXYZ起動(dòng)UPY 起動(dòng)應(yīng)注意(zh y)的問題：（1）僅適用于正常(zhngchng)接法為三角形接法的電機(jī)。 所以降壓起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。（2）Y 起動(dòng)Ist時(shí)Tst。共四十八頁(yè) 利

11、用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低，以達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的。自耦變壓器備有40、60、80等多種抽頭，使用時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(q dn zhun j)的要求具體選擇。自耦降壓(jin y)起動(dòng)：運(yùn)行時(shí)開關(guān)上打與電機(jī)直通起動(dòng)時(shí)開關(guān)向下打，與自耦變壓器相連。QS1L3V1L2L1QS2FUV1U1U1W1W1L2L1L3優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：具有不同的抽頭，可以根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，比較方便的得到不同的電壓。體積大、成本高。適用范圍：適用于容量較大的電動(dòng)機(jī)或不能用Y-降壓起動(dòng)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。共四十八頁(yè) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入附加(fji)電阻后，既可以降低起動(dòng)電流，又可以增大

12、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(q dn) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)速性能都優(yōu)于鼠籠式異步機(jī)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不易且造價(jià)較高。共四十八頁(yè)2. 改變極對(duì)數(shù)p 有級(jí)調(diào)速。由上式可看出(kn ch)，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有三種：三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式3. 改變轉(zhuǎn)差率s 無級(jí)調(diào)速。1. 改變電源頻率f1（變頻調(diào)速） 無級(jí)調(diào)速。 第一種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。共四十八頁(yè) 若能給單相異步電動(dòng)機(jī)一個(gè)外力使它轉(zhuǎn)動(dòng)起來，則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2產(chǎn)生(chnshng)的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為

13、零，在這個(gè)合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。4.3 單相(dn xin)異步電動(dòng)機(jī) 實(shí)驗(yàn)室、家庭及辦公場(chǎng)所通常是單相供電，因此實(shí)驗(yàn)室的很多儀器、各種電動(dòng)小型工具、家用洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等，都采用單相異步電動(dòng)機(jī)。單相異步機(jī)采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在750W以下。 在單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入單相交流電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)大小及方向隨時(shí)間沿定子繞組軸線方向變化的磁場(chǎng)，稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)。SN共四十八頁(yè) 脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速(zhun s)相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1、B2。問題(wnt)與討論單相異步電動(dòng)機(jī)為什么不會(huì)自行起

14、動(dòng)？ 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)B1對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩；逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)B2對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。由于在任何時(shí)刻這兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以單向異步機(jī)的轉(zhuǎn)子不會(huì)自行起動(dòng)，也就是說單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。合成的脈動(dòng)磁場(chǎng)在任一時(shí)刻都是大小隨時(shí)間變化，但磁場(chǎng)的軸向不變。共四十八頁(yè)如何(rh)讓單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來？電容分相法可讓單相(dn xin)異步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)共四十八頁(yè) 仿照電容起動(dòng)原理，但不用電容器，而是將工作繞組M的電阻做得小些，但電感較大；起動(dòng)繞組A的電阻較大、但電感較小，起動(dòng)繞組通過開關(guān)K與工作繞組并接在同一個(gè)單相電源上，工作繞組與起動(dòng)繞組中的電流也具有

15、一定的相位差，這種電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)也可以產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)起動(dòng)，該啟動(dòng)方法成為電阻啟動(dòng)。 罩極式電動(dòng)機(jī)是在單相電動(dòng)機(jī)的定子磁極的極面上套裝一個(gè)銅環(huán)，單相交流異步電動(dòng)機(jī)的磁極上放置銅環(huán)后可以產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原理是與交流電磁鐵的分磁環(huán)原理相似， 當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用(zuyng)與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相稱，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。共四十八頁(yè)4.4 直流電動(dòng)機(jī)(dngj)直流電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，只是它的容量與體積較小。按勵(lì)磁

16、方式的不同(b tn)，傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)可以再分為永磁式和電磁式兩種。永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極由永久磁鋼組成。電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極通常由硅鋼片鐵心和勵(lì)磁繞組組成。這兩種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片沖制疊壓而成，在轉(zhuǎn)子沖片的外圓周上開有均勻布置的齒槽，在轉(zhuǎn)子槽中放置電樞繞組，并通過換向器和電刷與外電路連接。共四十八頁(yè)直流電機(jī)的勵(lì)磁(l c)方式直流電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式有兩種，一種是永久磁鐵磁場(chǎng)，只在一些比較特殊的微電機(jī)中采用；另一種是電磁鐵磁場(chǎng)，是由套在主極鐵心上的勵(lì)磁繞組通入電流(dinli)產(chǎn)生的，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)，一般電機(jī)都采用這種勵(lì)磁形式。直流電機(jī)按供電方式可分為四類，1他

17、勵(lì)直流電機(jī)： 勵(lì)磁繞組由其他直流電源單獨(dú)供電 2并勵(lì)直流電機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，電樞電壓即勵(lì)磁電壓。 3串勵(lì)直流電機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流即勵(lì)磁電流4. 復(fù)勵(lì)直流電機(jī) ：一部分與電樞繞組串聯(lián)，另一部分與電樞繞組并聯(lián)共四十八頁(yè)直流電機(jī)的勵(lì)磁(l c)方式直流電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式有兩種，一種是永久磁鐵磁場(chǎng)，只在一些比較特殊的微電機(jī)中采用；另一種是電磁鐵磁場(chǎng)，是由套在主極鐵心上的勵(lì)磁繞組通入電流產(chǎn)生的，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)，一般電機(jī)都采用這種勵(lì)磁形式。直流電機(jī)按供電方式可分為四類，1他勵(lì)直流電機(jī)： 勵(lì)磁繞組由其他直流電源單獨(dú)供電 2并勵(lì)直流電機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞(din sh)繞組并聯(lián)，電樞

18、(din sh)電壓即勵(lì)磁電壓。 3串勵(lì)直流電機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流即勵(lì)磁電流4. 復(fù)勵(lì)直流電機(jī) ：一部分與電樞繞組串聯(lián)，另一部分與電樞繞組并聯(lián)共四十八頁(yè)直流電機(jī)的勵(lì)磁(l c)方式(a)他勵(lì) (b)并勵(lì) (c)串勵(lì) (d)復(fù)勵(lì) 共四十八頁(yè)直流電機(jī)的電樞(din sh)回路當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路通入額定勵(lì)磁電壓，產(chǎn)生工作(gngzu)磁通，電樞回路通入電壓Ua時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割主磁場(chǎng)必將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向依右手定則可判知，其與電樞電壓Ua極性相反，阻礙電樞電流，稱為反電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea 可寫為 Ea= Cen設(shè)電樞回路電阻為Ra（包括電樞繞組內(nèi)阻、電刷與換向器接觸

19、電阻等），電流為Ia，則電樞電路的等效電路模型如圖4-15 所示。電樞電路的電壓方程為 Ua=Ea+IaRa 另一方面電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 共四十八頁(yè)電磁功率及平衡(pnghng)方程定義直流電機(jī)的電磁功率為電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea與電樞電流的乘積，即 Pe=EaIa，不難證明，就數(shù)值而言，Pe=Te對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，EaIa為電樞中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所吸收的功率，Te為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械負(fù)載所做的所有機(jī)械功率，由于能量不滅，兩者相等。對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，Uf=U，線路電流Im=If+Ia。由電壓方程知 P1=UI=U(If+Ia)=UfIf+(RaIa+Ea)Ia=UfIf+RaIa2+EaIa也即P1

20、=pcuf+pcua+pe 式子中，P1為從線路中輸入的總電功率；pcuf為勵(lì)磁銅耗，pcua為電樞回路總銅耗。pe為電磁功率。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 式中， Kt 轉(zhuǎn)矩常數(shù)，表示(biosh)單位電樞電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。共四十八頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性和調(diào)節(jié)特性由Ea= Cen Ua=Ea+IaRa 可知：由上式可得出直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2. 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指在電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(zhun s)與控制電壓的關(guān)系，即n = f ( Ua）|Tem = C。調(diào)節(jié)特性曲線是以Tem為參變量的一簇平行直線。共四十八頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的啟動(dòng)和調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定運(yùn)行

21、首先必須通過起動(dòng)過程。從電路方面看，電機(jī)起動(dòng)瞬間(shn jin)n=0，E=0，而Ra很小，因此，所以，啟動(dòng)電流很大。因此，直流電機(jī)啟動(dòng)需要限制啟動(dòng)電流。常用的啟動(dòng)限流方法有： 直接起動(dòng) ：適用于小容量電機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)：電阻限流降壓起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)降低電樞電壓, 使起動(dòng)電流限 制在( 22.5) I N 的范圍之內(nèi)共四十八頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的啟動(dòng)和調(diào)速 調(diào)速是電力拖動(dòng)機(jī)組(jz)在運(yùn)行過程中的最基本要求，直流電動(dòng)機(jī)具有在寬廣范圍內(nèi)平滑經(jīng)濟(jì)調(diào)速的優(yōu)良性能。由式可知調(diào)速方式有三種，電樞回路串電阻調(diào)速：特性軟、輸出功率減小，效率降低，只能降速。改變勵(lì)磁電流調(diào)速：效率高，只能升速。改變端電壓

22、調(diào)速：調(diào)節(jié)靈活，需要專用直流電源共四十八頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的啟動(dòng)和調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定(wndng)運(yùn)行首先必須通過起動(dòng)過程。從電路方面看，電機(jī)起動(dòng)瞬間n=0，E=0，而Ra很小，因此，所以，啟動(dòng)電流很大。因此，直流電機(jī)啟動(dòng)需要限制啟動(dòng)電流。常用的啟動(dòng)限流方法有： 直接起動(dòng) ：適用于小容量電機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)：電阻限流降壓起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)降低電樞電壓, 使起動(dòng)電流限 制在( 22.5) I N 的范圍之內(nèi)共四十八頁(yè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種數(shù)字電機(jī)，它受脈沖信號(hào)控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機(jī)。它由專用電源供給電脈沖，每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就移進(jìn)一步，所以稱為步進(jìn)

23、電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)受脈沖信號(hào)控制。它的直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比，所以電機(jī)的線速度或轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低就可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類繁多，按其運(yùn)動(dòng)形式分，有旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩大類。按其工作(gngzu)原理又可分為反應(yīng)式、永磁式和永磁感應(yīng)子式（又稱混合式）三類。4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共四十八頁(yè)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(dinj)工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不像傳統(tǒng)交直流電動(dòng)機(jī)那樣依靠定、轉(zhuǎn)子繞組(roz)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)間的相互作用形成轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，它遵循磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合的原理，產(chǎn)生磁拉力形成轉(zhuǎn)矩，即

24、磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 A相通電 B相通電 C相通電共四十八頁(yè)運(yùn)行(ynxng)方式 子控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其通電方式可分為單拍運(yùn)行方式；雙拍運(yùn)行方式；單、雙拍運(yùn)行方式。每一拍轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度我們稱它為步距角，通常用s表示(biosh)。即使同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如果運(yùn)行方式不同其步距角也不相同。 單拍通電運(yùn)行方式 ：A - B - C - A 順序通電雙拍通電運(yùn)行方式：按 AB - BC - CA - AB 順序通電單、雙六拍運(yùn)行方式： A - AB - B - BC - C- CA - A 共四十八頁(yè)電機(jī)(dinj)齒數(shù)條件 設(shè)

25、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(zhun z)齒數(shù)Zr的大小由步距角的要求所決定。但是為了能實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)錯(cuò)位”，轉(zhuǎn)子(zhun z)的齒數(shù)必須滿足一定的條件，而不能是任意數(shù)值。當(dāng)定子的相鄰極為相鄰相時(shí)，在某一極下若定、轉(zhuǎn)子(zhun z)的齒對(duì)齊時(shí)，則要求在相鄰極下的定、轉(zhuǎn)子(zhun z)齒之間應(yīng)錯(cuò)開轉(zhuǎn)子(zhun z)齒距的1/m ，即它們之間在空間位置上錯(cuò)開360/m Zr。由此可得出這時(shí)轉(zhuǎn)子(zhun z)齒數(shù)應(yīng)符合下式條件：式中， 2 p 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子極數(shù)； m 電機(jī)的相數(shù)； K 正整數(shù)。 共四十八頁(yè)步進(jìn)電機(jī)(dinj)步矩角與轉(zhuǎn)速 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角s的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù) Zr、控

26、制繞組的相數(shù) m和通電方式所決定。它們之間關(guān)系為：若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電沖的脈頻率為 f，由于(yuy)轉(zhuǎn)子經(jīng)過ZrC個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一周，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 其中，式中， C 通電狀態(tài)系數(shù)，采用單拍或雙拍通電運(yùn)行方式時(shí)， C = 1； 采用單、雙拍通電運(yùn)行方式時(shí)， C =2 。式中，f 的單位是 1 / s ; n 的單位是 r / min 。共四十八頁(yè) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行(ynxng)特性 1.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性： 通電狀態(tài)保持不變且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載情況(qngkung)下，轉(zhuǎn)子最后穩(wěn)定平衡的位置稱為初始穩(wěn)定平衡位置。從理論上講，此時(shí)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）為零。當(dāng)有擾動(dòng)作用時(shí)，轉(zhuǎn)子偏

27、離初始穩(wěn)定平衡位置，偏離的電角度稱為失調(diào)角。靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系，即 T = f（），也即矩角特性。理想的矩角特性是一個(gè)正弦波形。 共四十八頁(yè)2. 最大靜轉(zhuǎn)矩特性(txng) 在一定(ydng)通電狀態(tài)下，最大靜轉(zhuǎn)矩與控制繞組內(nèi)電流的關(guān)系，即Tmax= f ( I ）稱為最大靜轉(zhuǎn)矩特性 共四十八頁(yè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要(zhyo)性能指標(biāo) 1. 步距角s 每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)(即一拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。它是一個(gè)實(shí)際的機(jī)械角度，步距角大小會(huì)直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(q dn)和運(yùn)行頻率。2. 靜態(tài)步距角誤差s 靜態(tài)步距角誤差即實(shí)際的步距角與理論的步距角之間的差值，通常用理論步距角的百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)

28、值來衡量。靜態(tài)步距角誤差小，表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精度高。3. 最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax 最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。一般說來，最大靜轉(zhuǎn)矩較大的電機(jī)，可以帶動(dòng)較大的負(fù)載。 4. 起動(dòng)頻率f和起動(dòng)矩頻特性 起動(dòng)頻率又稱突跳頻率，是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。 共四十八頁(yè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要(zhyo)性能指標(biāo) 5. 運(yùn)行頻率f和運(yùn)行矩頻特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，在控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能維持不失步運(yùn)行的最高頻率稱為運(yùn)行頻率。通常給出的也是空載情況下的運(yùn)行頻率。當(dāng)電機(jī)帶著一定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小有關(guān)，兩者的關(guān)系稱為運(yùn)行矩頻特性。 6. 額定電流 額定電

29、流是指電機(jī)靜止時(shí)每相繞組容許通過的允許電流。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每相繞組通的是脈沖電流，電流表指示的讀數(shù)為脈沖電流平均值，并非額定電流(此值比額定電流低)。繞組電流太大，電機(jī)溫升會(huì)超過容許值，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。 7. 額定電壓 額定電壓是指驅(qū)動(dòng)電源提供的直流電壓。一般它不等于加在繞組兩端的電壓。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(u ji bio zhn)規(guī)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)為： 單一電壓型電源 6、 12、 27、 48、 60、 80 (V)高低壓切換型電源 60/12、80/12 (V) 共四十八頁(yè)本章(bn zhn)小結(jié) 1、異步電機(jī)主要由固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙，在定子兩端有

30、端蓋支撐(zh chng)轉(zhuǎn)子。2、當(dāng)異步電機(jī)定子繞組接到三相電源上時(shí)，定子繞組中將流過三相對(duì)稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對(duì)數(shù)，其磁場(chǎng)速度可表示為n1=60f/p。 3、三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，降壓起動(dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)又可以分為定子串電抗(或電阻)降壓起動(dòng)；Y起動(dòng)器起動(dòng)；自耦變壓器起動(dòng)。4、由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=(1-s)n0=60f1/p 可知，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有三種，即改變電源頻率f1，改變極對(duì)數(shù)p和改變轉(zhuǎn)差率s。5、單相異步電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有分相法和罩極法。分相法又分為電容起動(dòng)和電阻起動(dòng)。共四十八頁(yè)本章(bn zhn)小

31、結(jié) 6. 直流電機(jī)電樞電路(dinl)的電壓方程為Ua=Ea+IaRa 其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea= Cen ，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 根據(jù)以上三個(gè)公式可知， 根據(jù)該式可畫出直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。7、直流電動(dòng)機(jī)的常用起動(dòng)方法有直接起動(dòng)、電樞回路串電阻起動(dòng)和降壓起動(dòng)三種。8、由式可知，直流電動(dòng)機(jī)有電樞回路串電阻、改變勵(lì)磁電流和改變端電壓三種調(diào)速方式。9、步進(jìn)電機(jī)定子控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其通電方式可分為單拍運(yùn)行方式；雙拍運(yùn)行方式；單、雙拍運(yùn)行方式。每一拍轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度我們稱它為步距角，通常用s表示。即使同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如果運(yùn)行方式不同其步距角也不相同。共四十八頁(yè)

32、復(fù)習(xí)思考題1 什么叫轉(zhuǎn)差率?如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率來判斷異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)? 2.怎樣改變單相電容電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?對(duì)罩極式電動(dòng)機(jī)，如不改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它的旋轉(zhuǎn)方向能改變嗎? 3. 一臺(tái)它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，如果勵(lì)磁電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變，而僅僅提高電樞端電壓，試問電樞電流、轉(zhuǎn)速(zhun s)變化怎樣?4. 簡(jiǎn)述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理與特點(diǎn)。 5. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪一些技術(shù)指標(biāo)? 它們的具體含義是什么? 6. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中標(biāo)的步距角有時(shí)為兩個(gè)數(shù)， 如步距1.5/3， 試問這是什么含義? 7.一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)候， n N= 1440 r/min，電源頻率f1=50Hz，試求：(1)轉(zhuǎn)子電流頻率f2； (2)定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)