自動控制元件-3異步電機課件

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宋宇自動控制元件

宋宇1問題說明1、驅動直流電機的功率放大器內阻對機械特性曲線有何影響？（等同于再電樞回路中串聯(lián)電阻）2、控制電壓恒定時，啟動轉矩=阻轉轉矩啟動電流=阻轉電流問題說明1、驅動直流電機的功率放大器內阻對機械特性曲線有何影2變壓器總結變壓器的用途、基本結構、原理、電路表示；線圈的主磁通和漏磁通；變壓器空載時的電壓平衡關系；變壓器負載時的磁勢平衡、電流平衡、電壓平衡；變壓器的變比關系；變壓器的額定值；變壓器總結變壓器的用途、基本結構、原理、電路表示；3第三章異步電動機及其控制3.1異步電動機的結構特點和工作原理3.1.1異步電動機的分類及應用交流電源——交流電動機異步電動機（感應電動機）三相電機：生產中作為動力使用。兩相電機：兩相伺服電動機。單相電機：使用單相電源的家用電器和小設備。同步電動機第三章異步電動機及其控制3.1異步電動機的結構特點和工作43.1.1異步電動機的分類及應用優(yōu)點1．沒有換向器和電刷，可以消除由它引起的一系列缺點。2．轉矩、轉速和功率不受電機換向條件的限制。3．結構簡單，堅固耐用。4.電源方便。缺點：控制性能差，控制裝置復雜，成本高，位置控置難。3.1.1異步電動機的分類及應用優(yōu)點53.1.2異步電動機的結構特點定子（固定部分）定子硅鋼片沖壓而成，硅鋼片為軟磁材料，磁導率高，磁滯損耗小。定子上繞有銅質繞組。轉子（旋轉部分）由鐵芯和繞組、轉軸構成；有鼠籠式和繞線式兩種。鐵芯由硅鋼片沖制而成。3.1.2異步電動機的結構特點定子（固定部分）63.1.2異步電動機的結構特點定子鐵心、定子繞組三相，兩相，單相。轉子：鼠籠式，繞線式?；\式，構造簡單，工作可靠。繞線式：結構復雜，造價高。3.1.2異步電動機的結構特點定子鐵心、定子繞組73.1.3異步電動機的工作原理旋轉磁場加閉合的轉子繞組旋轉磁場感應電流電磁轉矩，與磁場同向。轉子速度小于磁場轉速，異步。轉子速度等于磁場轉速，電流和轉矩為零。轉子速度大于磁場轉速，轉矩與磁場反向。轉子相對于定子之后的速度，由負載決定。實際的異步電機，旋轉磁場由多相電流產生。3.1.3異步電動機的工作原理旋轉磁場加閉合的轉子繞組83.1.4旋轉磁場一、幾個概念兩相對稱電流：幅值相等，相位相差90°。3.1.4旋轉磁場一、幾個概念93.1.4旋轉磁場一相繞組：串聯(lián)在一起的一組線圈。電機極數：一相繞組通直流電時形成磁場的極數。電角＝極對數p×機械角度兩相電機:兩相繞組軸線的夾角為90°/p,90°電角。兩相對稱繞組：匝數相等，均勻分布。3.1.4旋轉磁場一相繞組：串聯(lián)在一起的一組線圈。103.1.4旋轉磁場二、兩相對稱繞組的磁場兩相兩極電動機，電流變化一個周期，磁場在空中旋轉一周。一相電流反相，磁場反轉。3.1.4旋轉磁場二、兩相對稱繞組的磁場兩相兩極電動機，電113.1.4旋轉磁場兩相四極電動機

電流變化一個周期，

磁場轉過半圈。一相電流反相，磁場反轉。3.1.4旋轉磁場兩相四極電動機123.1.4旋轉磁場旋轉磁場的轉速電流變化一個周期時，兩相兩極繞組磁場在空間旋轉機械角——電角。兩相四極繞組磁場在空間旋轉機械角——電角。結論：電流變化一個周期，兩相繞組磁場在空間旋轉電角。設兩相繞組極對數為，電源頻率是Hz。

旋轉磁場的轉速（同步轉速）3.1.4旋轉磁場旋轉磁場的轉速133.1.4旋轉磁場三、3相電動機的旋轉磁場三相電動機：定子繞組是三組相同的繞組，均勻分布，相差電角—三相對稱繞組。AX,BY,CZ。3.1.4旋轉磁場三、3相電動機的旋轉磁場143.1.4旋轉磁場三相對稱電流三相電流流過三相繞組產生旋轉磁場。電流變化1/4周期，兩極磁場轉1/4周。r/min任意二相的端子與電源的連接互換，旋轉方向改變。3.1.4旋轉磁場三相對稱電流153.2交流繞組磁場分析

3.2.1單相繞組的脈振磁場磁勢與磁通繞組中通電后就會產生磁勢，磁勢在磁路中會產生磁通（磁通=磁勢/磁阻）。由于鐵磁物質存在磁飽和現(xiàn)象，且磁導率是變化的，因而磁阻是變化的。

結論：磁勢可以疊加，符合疊加原理；但磁通不滿足疊加原理（只有在磁場不飽和時近似滿足）。交流異步電機的磁通由主磁通和定子、轉子的漏磁通兩部分構成。3.2交流繞組磁場分析

3.2.1單相繞組的脈振磁163.2.1單相繞組的脈振磁場概念：（1）極矩：電機定子內圓上相鄰異性磁極沿內圓表面的距離；（2）節(jié)距：定子上一個繞組線圈兩邊的距離，即一個線圈所占槽數；（3）節(jié)距=極矩為整矩線圈；節(jié)距<極矩為短矩線圈；集中繞組：繞組的兩邊分別放在一個槽中。3.2.1單相繞組的脈振磁場概念：集中繞組：繞組的兩邊分173.2.1單相繞組的脈振磁場線圈的匝數，線圈的電流為。磁路磁勢氣隙磁阻遠大于鐵心磁阻，磁勢全部落入氣隙。磁通兩次穿過氣隙，每一次穿越氣隙的磁勢：定義轉子進入定子的磁勢為正，反之為負；當線圈中通直流電，直流的磁勢是位置固定的方波。3.2.1單相繞組的脈振磁場線圈的匝數，線183.2.1單相繞組的脈振磁場當線圈通過交流電，氣隙磁勢交流磁勢是方波，位置固定，振幅的大小和正負隨時間做周期變化，頻率與電流相同。波形空間位置固定，振幅隨時間變化的磁勢稱為脈動磁勢，該磁勢建立的磁場為脈動磁場。脈動磁勢的頻率為電流頻率。3.2.1單相繞組的脈振磁場當線圈通過交流電，193.2.1單相繞組的脈振磁場方波分解為傅里葉級數基波基波振幅第i次諧波的最大幅值是基波最大幅值的l/i倍。3.2.1單相繞組的脈振磁場方波分解為傅里葉級數203.2.1單相繞組的脈振磁場脈振物理量：空間和時間的函數，空間的位置（最大值或波形對稱軸的位置）固定，振幅的大小和正負隨時間周期變化。交流電的磁勢是脈振磁勢。脈振磁勢的典型表達式在任何時刻，在空間都按余弦規(guī)律分布。磁勢分布曲線幅值的位置，位置始終不變。磁勢幅值的大小（）和符號隨時間周期變化。基波和諧波都是脈振磁勢。3.2.1單相繞組的脈振磁場脈振物理量：空間和時間的函213.2.1單相繞組的脈振磁場二、單相分布繞組的磁場分布繞組：由q個繞組串聯(lián)而成,分布在q個連續(xù)槽中。單相分布繞組的磁勢為各集中繞組磁勢之和。單相分布繞組的磁場是階梯波，脈振磁場。有q個線圈分布在q個槽中，每個槽中有匝，傅里葉級數3.2.1單相繞組的脈振磁場二、單相分布繞組的磁場223.2.1單相繞組的脈振磁場基波式中W為每相繞組匝數；為極對數；為基波磁勢的最大值。如果繞組電流為，繞組軸線的位置（即磁勢分布曲線幅值的位置）是，則磁勢的基波分量為

3.2.1單相繞組的脈振磁場基波233.2.1單相繞組的脈振磁場結論：（1）單相繞組通入交流電流產生的磁勢是一個脈沖磁勢。它既是時間的函數，又是空間位置的函數。（2）脈振磁勢的基波在空間為余旋分布，基波幅值位置為該相繞組的軸線處，空間各點磁勢大小隨時間作正旋規(guī)律變化，頻率為電流頻率；（3）基波磁勢的最大值由電機本身結構和定子電流大小決定。3.2.1單相繞組的脈振磁場結論：243.2.1單相繞組的脈振磁場三、脈振磁勢分解與旋轉磁勢當時間一定時，是一個空間正弦波，其幅值為/2，；當空間位置一定時，是一個時間的正弦波，幅值是/2，表示某一固定點處隨時間按正弦規(guī)律脈振的磁勢。磁勢波形幅值的點，即的點，這時有，則波形幅值的位置隨時間而變化，其中x代表電角。旋轉磁勢。3.2.1單相繞組的脈振磁場三、脈振磁勢分解與旋轉磁勢253.2.1單相繞組的脈振磁場旋轉的角速度（電角）為轉速為正，稱為正向旋轉的磁場。因為一個圓周為2πprad（電角），所以該磁勢波旋轉的速度可表示為

式中和f分別為電流的角頻率和頻率。同理可分析出是一個反向旋轉的磁勢波，其幅值與旋轉速度值和相同。結論：脈振磁勢可以分解為兩個速度相同但方向相反的旋轉磁勢，每一旋轉磁勢振幅的大小不變，為原來脈振磁勢最大值的一半。

3.2.1單相繞組的脈振磁場旋轉的角速度（電角）為263.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場用數學方法證明圓形旋轉磁場。設兩相繞組的匝數分別為和，電流分別為和，基波磁勢為和，設c繞組軸線的位置是0°，f繞組軸線的位置是90°。若則旋轉磁場，轉速3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場用數學方法證明圓形旋轉磁場273.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場圓形旋轉磁場：磁勢向量的端點在空間描繪出一個圓。兩相繞組產生圓形旋轉磁場的條件兩相正弦脈振磁勢在空間相差90°電角，幅值在時間上相差90°，最大值相等即電流、相位差是90o且3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場圓形旋轉磁場：磁勢向量的端283.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場同樣，對稱的m相繞組（m＞2)流過對稱的m相電流，合成磁勢為一圓形旋轉磁勢，其幅值為每相脈振磁勢最大值的m/2倍。轉速為60f/pr/min。異步電動機在圓形磁場作用下的運行狀態(tài)又稱對稱狀態(tài)。可以證明，多相對稱繞組加上多相對稱電壓時，產生圓形旋轉磁場。3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場同樣，對稱的m相繞組（m＞293.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場非圓形旋轉磁場：脈振磁場和橢圓旋轉磁場一、兩相繞組的非圓形旋轉磁場1.兩相繞組電流相位相同，產生脈振磁場。2.兩相繞組電流相位差是90o，也形成旋轉磁場，但磁密向量B或磁勢向量F的端點軌跡是橢圓，稱為橢圓旋轉磁場。3.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場非圓形旋轉磁場：脈振磁303.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場橢圓度：α越小，橢圓度越大。3.兩相繞組電流相位差大于0o小于90o，產生橢圓旋轉磁場。橢圓旋轉磁場具有下述特點。轉向與圓形旋轉磁場相同。幅值磁密幅值不斷變化。若α<1，幅值變化范圍從至。當α＝0時變成脈振磁場，當α＝1時變成圓形旋轉磁場。轉速電流變化一個周期，磁場在空間旋轉了360o電角，平均轉速是60f/pr/min。但橢圓旋轉磁場的瞬時轉速是變化的。3.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場橢圓度：313.3異步電動機的主要特性

3.3.1基本方程一、轉速和轉差率轉速磁場（同步）轉速轉差率3.3異步電動機的主要特性

3.3.1基本方程一、轉速323.3.1基本方程二、磁勢平衡方程式氣隙磁勢是定子磁勢和轉子磁勢的和。三、氣隙磁勢、磁密與磁通正向圓形旋轉的氣隙磁勢和磁密穿過一個固定的線圈的總磁通為

3.3.1基本方程二、磁勢平衡方程式333.3.1基本方程四、定、轉子導體中的感應電勢及其頻率在氣隙磁場中任一位置x的導體中產生的感應電勢為定子繞組感應電勢的頻率與電源相同。轉子導體的位移（rad電角）和感應電勢

轉子繞組感應電勢頻率為電源頻率的s倍。3.3.1基本方程四、定、轉子導體中的感應電勢及其頻率343.3.1基本方程當轉子和旋轉磁場的相對轉速為，相當于轉子不動而旋轉磁場以的速度向同方向旋轉，故轉子電流頻率為。轉子電流產生的旋轉磁勢相對于轉子的速度為r/min。轉子自身以轉速n向同方向旋轉，故轉子電流的旋轉磁勢的轉速為轉子電流和定子電流的旋轉磁勢的轉速相同。3.3.1基本方程當轉子和旋轉磁場的相對轉速為353.3.1基本方程五、電壓平衡方程式從物理角度看，定子和轉子等效電路如圖。轉差率為s時感應電勢和漏感抗為和，s=1時（轉子不動)根據基爾霍夫電壓定律可得3.3.1基本方程五、電壓平衡方程式363.3.1基本方程六、頻率折算電機旋轉時定子、轉子的反電動勢不是同頻率的，難以直接求解。頻率折算即將定子、轉子有相對轉動的情況折算為二者相對靜止的狀態(tài)，使得兩個反電動勢同頻率，問題轉化為靜態(tài)的“變壓器”問題。繞組折算的準則：折算后，轉子電流大小與相位不變，則由電流平衡方程知，折算后對定子電流無影響。3.3.1基本方程六、頻率折算電機旋轉時定子、轉子的反電動373.3.1基本方程六、頻率折算結論：一臺以轉差率s旋轉的異步電機的轉子電路，可以用一臺靜止電機的轉子電路表示，只需在原電路中串接一個虛擬電阻。虛擬電阻上消耗的電功率，等于實際電機轉動時輸出的機械功率。3.3.1基本方程六、頻率折算結論：一臺以轉差率s旋轉的異383.3.2等效電路圖參數對應定子一相繞組。電阻吸收的電能為定子銅耗。吸收的電能代表鐵心損耗。吸收的電能稱為轉子銅耗。電阻吸收的電功率表示一相定子繞組產生的機械功率。為得到等效電路，還需進行繞組折算，即將繞組物理量折算到定子上，得到等效電路。3.3.2等效電路圖為得到等效電路，還需進行繞組折算，即393.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩計算電磁轉矩有兩種方法。1）疊加。2）等效電路求機械功率，再求轉矩。轉矩的物理表達式電磁轉矩的參數表達式3.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩計算電磁轉矩有兩種方法。403.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩由電磁轉矩的參數表達式可以看出：（1）當轉差率不變時，電磁轉矩與電機外加電壓的平方成正比；（2）電壓、頻率不變時，電磁轉矩僅與轉差率有關；（3）轉矩-轉差率函數關系曲線表征異步電動機的機械特性。3.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩由電磁轉矩的參數表達式可413.4兩相電動機

3.4.1兩相電動機的分類兩相電機：定子具有兩相繞組。驅動和伺服兩大類。兩相驅動電動機：大部分家用電器和小型電器中使用的異步電動機。氣隙磁場接近圓形旋轉磁場，轉子電阻小。3.4兩相電動機

3.4.1兩相電動機的分類兩相電423.4.1兩相電動機的分類兩相伺服電動機：定子兩相繞組，分別稱為激磁繞組和控制繞組，在空間相差90°電角。特點：1.穩(wěn)定運行的轉速范圍大，而驅動電動機穩(wěn)定運行的速度范圍很小。2.一相繞組電壓（流）為零時，伺服電機將產生制動轉矩而迅速停轉，而驅動用電機在運轉后，一相電壓（流）為零也可能繼續(xù)運轉（自轉）。3.快速響應，機電時間常數小。兩相伺服電機采用細長轉子，慣量小，轉子電阻大，使堵轉轉矩高，起動速度快。不能用驅動電動機代替兩相伺服電動機。3.4.1兩相電動機的分類兩相伺服電動機：定子兩相繞組，433.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性以電壓為參變量，電磁轉矩T與轉差率s（或轉速n）之間的關系曲線，又稱T-s曲線。轉子電阻增大時，最大轉矩不變，臨界轉差率增大（與電阻正比）。驅動電機要求效率高，所以轉子電阻小，穩(wěn)定運行的轉速范圍小。兩相伺服電動機，要求第1象限穩(wěn)定運行，機械特性下垂的，即要求轉子電阻足夠大，保證。轉子電阻大，機械特性下垂。3.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性以電壓為參變量443.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性異步電機只能工作與穩(wěn)定區(qū)；伺服電機要求第一象限內全部為穩(wěn)定區(qū)，因而調速范圍寬；3.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性異步電機只能工453.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性兩相伺服電動機主要工作在橢圓形旋轉磁場一、正反轉磁場法橢圓形磁場可以分解為兩個圓形旋轉磁場，它們轉向相反，并且正向（與橢圓磁場轉向相同）磁場大于反向磁場。3.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性兩相伺服電動機主要工作463.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性二、橢圓磁場的機械特性與調節(jié)特性疊加法求轉矩。n＝0，s＝1以橢圓度α為參變量的機械特性橢圓磁場理想空載轉速低于磁場轉速。當負載不變時，α越小，轉速越小。根據機械特性曲線可繪出調節(jié)特性。3.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性二、橢圓磁場的機械特性473.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性三、脈振磁場的機械特性定子繞組產生脈振磁場：兩相電機一相通電或三相電機一相斷電，又稱單相運行。疊加法求轉矩。曲線過原點，沒有起動轉矩。驅動用電機：轉子電阻小。原來轉動的兩相或三相電機，在一相斷電后仍可轉動。有自轉。伺服電動機：轉子電阻大，機械特性在2，4象限。電磁轉矩總是與轉向相反，控制繞組電流（壓）為零電機將很快停轉。無自轉。3.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性三、脈振磁場的機械特性483.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性1．幅值控制

激磁繞組加額定電壓，和控制電壓的相位差始終是90°,改變控制電壓的幅值來控制電機的轉速，使控制電壓反相來改變轉向。信號系數信號系數與橢圓度近似相同。—實際控制電壓—額定控制電壓3.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性1．幅值控制—493.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性2．相位控制控制電壓的幅值不變，僅改變控制電壓相位。相位控制時機械特性的線性度比其他控制方式好，但由于線路復雜和電機發(fā)熱較嚴重，因此用得較少。3．雙相控制

激磁電壓和控制電壓的幅值同樣變化，電壓的幅值相等，而相位差是90°。雙相控制時電機始終是圓形旋轉磁場，效率高，輸出功率大，電機發(fā)熱情況明顯改善。用兩套交流功率放大器。電磁轉矩與電壓平方成正比，這就使輸出量和輸入量之間呈非線性關系。用得較少。3.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性2．相位控制503.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性4．幅相控制（電容控制）同時改變控制電壓的幅值及其和激磁電壓的相位差。電容移相。激磁繞組串聯(lián)電容C后接在單相電源上。電容使激磁繞組兩端電壓與電源相位之差為90°左右。控制繞組兩端通過交流放大器和電源相連，控制電壓的幅值受控。表面上只是改變控制電壓的大小，實際上控制電壓和激磁繞組電壓的相位差也變化。（繞組阻抗與轉速有關）3.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性4．幅相控制（電513.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性廠商提供的移相電容能使起動時激磁電壓與控制電壓的相位差是90o，以獲得最大的起動轉矩。隨著電機轉速的增加，激磁電壓和電源電壓的相位差也增加，約增加10多度。與幅值控制相比，同一臺電機，幅相控制時由于相位差不是90o，轉矩下降，機械特性和調節(jié)特性的非線性更嚴重。線路簡單，應用廣。3.4.4兩相伺服電動機的控制方法與特性廠商提供的移相電523.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性一、傳遞函數電動機的過渡過程包括兩個方面：電磁過渡過程，機電過渡過程。認為兩相伺服電動機的傳遞函數與直流電動機具有相同的形式。角速度Ω為輸出量，控制電壓U為輸入量：3.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性一、傳遞函數533.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性推導力學定律，靜特性，小偏差線性化3.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性推導力學定律，靜特543.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性二、特性的非線性對動態(tài)性能的影響體現(xiàn)在傳遞函數的機電時間常數和增益系數K上。不同的工作點具有不同的值。以對稱運行時的平均值作標準，在幅值控制時可能變化到2倍，幅相（電容）控制時可能變化到4倍。因此控制設計時應留有較大裕量。性能要求高時應采用速度反饋補償，以便減小電機非線性對控制系統(tǒng)性能的影響。若是常數，電機就是理想的線性系統(tǒng)。線性：機械特性和調節(jié)特性是平行直線3.4.5兩相伺服電動機的動態(tài)特性二、特性的非線性對動態(tài)553.4.6兩相伺服電動機與直流電動機性能比較1．靜態(tài)特性和動態(tài)特性直流電機的機械特性和調節(jié)特性均為平行直線。兩相伺服電動機的特性為非線性曲線。直流電機機械特性硬，兩相電機特性軟。傳遞函數形式相同，但兩相電機的機電時間常數和增益系數變化大。3.4.6兩相伺服電動機與直流電動機性能比較1．靜態(tài)特性563.4.6兩相伺服電動機與直流電動機性能比較2．體積、重量和效率、功率、力矩兩相伺服電動機的轉子電阻大，損耗大，效率低，功率小，0.5W到100W。轉矩很小。輸出功率相同時，體積大、質量重。3．自轉參數選擇不當，或制造不良，或使用不當，兩相伺服電動機會產生自轉現(xiàn)象。4．電刷和換向器直流電機有電刷和換向器，因此具有相應缺點。兩相伺服電動機無電刷。3.4.6兩相伺服電動機與直流電動機性能比較2．體積、重57自動控制元件

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宋宇58問題說明1、驅動直流電機的功率放大器內阻對機械特性曲線有何影響？（等同于再電樞回路中串聯(lián)電阻）2、控制電壓恒定時，啟動轉矩=阻轉轉矩啟動電流=阻轉電流問題說明1、驅動直流電機的功率放大器內阻對機械特性曲線有何影59變壓器總結變壓器的用途、基本結構、原理、電路表示；線圈的主磁通和漏磁通；變壓器空載時的電壓平衡關系；變壓器負載時的磁勢平衡、電流平衡、電壓平衡；變壓器的變比關系；變壓器的額定值；變壓器總結變壓器的用途、基本結構、原理、電路表示；60第三章異步電動機及其控制3.1異步電動機的結構特點和工作原理3.1.1異步電動機的分類及應用交流電源——交流電動機異步電動機（感應電動機）三相電機：生產中作為動力使用。兩相電機：兩相伺服電動機。單相電機：使用單相電源的家用電器和小設備。同步電動機第三章異步電動機及其控制3.1異步電動機的結構特點和工作613.1.1異步電動機的分類及應用優(yōu)點1．沒有換向器和電刷，可以消除由它引起的一系列缺點。2．轉矩、轉速和功率不受電機換向條件的限制。3．結構簡單，堅固耐用。4.電源方便。缺點：控制性能差，控制裝置復雜，成本高，位置控置難。3.1.1異步電動機的分類及應用優(yōu)點623.1.2異步電動機的結構特點定子（固定部分）定子硅鋼片沖壓而成，硅鋼片為軟磁材料，磁導率高，磁滯損耗小。定子上繞有銅質繞組。轉子（旋轉部分）由鐵芯和繞組、轉軸構成；有鼠籠式和繞線式兩種。鐵芯由硅鋼片沖制而成。3.1.2異步電動機的結構特點定子（固定部分）633.1.2異步電動機的結構特點定子鐵心、定子繞組三相，兩相，單相。轉子：鼠籠式，繞線式。籠式，構造簡單，工作可靠。繞線式：結構復雜，造價高。3.1.2異步電動機的結構特點定子鐵心、定子繞組643.1.3異步電動機的工作原理旋轉磁場加閉合的轉子繞組旋轉磁場感應電流電磁轉矩，與磁場同向。轉子速度小于磁場轉速，異步。轉子速度等于磁場轉速，電流和轉矩為零。轉子速度大于磁場轉速，轉矩與磁場反向。轉子相對于定子之后的速度，由負載決定。實際的異步電機，旋轉磁場由多相電流產生。3.1.3異步電動機的工作原理旋轉磁場加閉合的轉子繞組653.1.4旋轉磁場一、幾個概念兩相對稱電流：幅值相等，相位相差90°。3.1.4旋轉磁場一、幾個概念663.1.4旋轉磁場一相繞組：串聯(lián)在一起的一組線圈。電機極數：一相繞組通直流電時形成磁場的極數。電角＝極對數p×機械角度兩相電機:兩相繞組軸線的夾角為90°/p,90°電角。兩相對稱繞組：匝數相等，均勻分布。3.1.4旋轉磁場一相繞組：串聯(lián)在一起的一組線圈。673.1.4旋轉磁場二、兩相對稱繞組的磁場兩相兩極電動機，電流變化一個周期，磁場在空中旋轉一周。一相電流反相，磁場反轉。3.1.4旋轉磁場二、兩相對稱繞組的磁場兩相兩極電動機，電683.1.4旋轉磁場兩相四極電動機

電流變化一個周期，

磁場轉過半圈。一相電流反相，磁場反轉。3.1.4旋轉磁場兩相四極電動機693.1.4旋轉磁場旋轉磁場的轉速電流變化一個周期時，兩相兩極繞組磁場在空間旋轉機械角——電角。兩相四極繞組磁場在空間旋轉機械角——電角。結論：電流變化一個周期，兩相繞組磁場在空間旋轉電角。設兩相繞組極對數為，電源頻率是Hz。

旋轉磁場的轉速（同步轉速）3.1.4旋轉磁場旋轉磁場的轉速703.1.4旋轉磁場三、3相電動機的旋轉磁場三相電動機：定子繞組是三組相同的繞組，均勻分布，相差電角—三相對稱繞組。AX,BY,CZ。3.1.4旋轉磁場三、3相電動機的旋轉磁場713.1.4旋轉磁場三相對稱電流三相電流流過三相繞組產生旋轉磁場。電流變化1/4周期，兩極磁場轉1/4周。r/min任意二相的端子與電源的連接互換，旋轉方向改變。3.1.4旋轉磁場三相對稱電流723.2交流繞組磁場分析

3.2.1單相繞組的脈振磁場磁勢與磁通繞組中通電后就會產生磁勢，磁勢在磁路中會產生磁通（磁通=磁勢/磁阻）。由于鐵磁物質存在磁飽和現(xiàn)象，且磁導率是變化的，因而磁阻是變化的。

結論：磁勢可以疊加，符合疊加原理；但磁通不滿足疊加原理（只有在磁場不飽和時近似滿足）。交流異步電機的磁通由主磁通和定子、轉子的漏磁通兩部分構成。3.2交流繞組磁場分析

3.2.1單相繞組的脈振磁733.2.1單相繞組的脈振磁場概念：（1）極矩：電機定子內圓上相鄰異性磁極沿內圓表面的距離；（2）節(jié)距：定子上一個繞組線圈兩邊的距離，即一個線圈所占槽數；（3）節(jié)距=極矩為整矩線圈；節(jié)距<極矩為短矩線圈；集中繞組：繞組的兩邊分別放在一個槽中。3.2.1單相繞組的脈振磁場概念：集中繞組：繞組的兩邊分743.2.1單相繞組的脈振磁場線圈的匝數，線圈的電流為。磁路磁勢氣隙磁阻遠大于鐵心磁阻，磁勢全部落入氣隙。磁通兩次穿過氣隙，每一次穿越氣隙的磁勢：定義轉子進入定子的磁勢為正，反之為負；當線圈中通直流電，直流的磁勢是位置固定的方波。3.2.1單相繞組的脈振磁場線圈的匝數，線753.2.1單相繞組的脈振磁場當線圈通過交流電，氣隙磁勢交流磁勢是方波，位置固定，振幅的大小和正負隨時間做周期變化，頻率與電流相同。波形空間位置固定，振幅隨時間變化的磁勢稱為脈動磁勢，該磁勢建立的磁場為脈動磁場。脈動磁勢的頻率為電流頻率。3.2.1單相繞組的脈振磁場當線圈通過交流電，763.2.1單相繞組的脈振磁場方波分解為傅里葉級數基波基波振幅第i次諧波的最大幅值是基波最大幅值的l/i倍。3.2.1單相繞組的脈振磁場方波分解為傅里葉級數773.2.1單相繞組的脈振磁場脈振物理量：空間和時間的函數，空間的位置（最大值或波形對稱軸的位置）固定，振幅的大小和正負隨時間周期變化。交流電的磁勢是脈振磁勢。脈振磁勢的典型表達式在任何時刻，在空間都按余弦規(guī)律分布。磁勢分布曲線幅值的位置，位置始終不變。磁勢幅值的大小（）和符號隨時間周期變化?；ê椭C波都是脈振磁勢。3.2.1單相繞組的脈振磁場脈振物理量：空間和時間的函783.2.1單相繞組的脈振磁場二、單相分布繞組的磁場分布繞組：由q個繞組串聯(lián)而成,分布在q個連續(xù)槽中。單相分布繞組的磁勢為各集中繞組磁勢之和。單相分布繞組的磁場是階梯波，脈振磁場。有q個線圈分布在q個槽中，每個槽中有匝，傅里葉級數3.2.1單相繞組的脈振磁場二、單相分布繞組的磁場793.2.1單相繞組的脈振磁場基波式中W為每相繞組匝數；為極對數；為基波磁勢的最大值。如果繞組電流為，繞組軸線的位置（即磁勢分布曲線幅值的位置）是，則磁勢的基波分量為

3.2.1單相繞組的脈振磁場基波803.2.1單相繞組的脈振磁場結論：（1）單相繞組通入交流電流產生的磁勢是一個脈沖磁勢。它既是時間的函數，又是空間位置的函數。（2）脈振磁勢的基波在空間為余旋分布，基波幅值位置為該相繞組的軸線處，空間各點磁勢大小隨時間作正旋規(guī)律變化，頻率為電流頻率；（3）基波磁勢的最大值由電機本身結構和定子電流大小決定。3.2.1單相繞組的脈振磁場結論：813.2.1單相繞組的脈振磁場三、脈振磁勢分解與旋轉磁勢當時間一定時，是一個空間正弦波，其幅值為/2，；當空間位置一定時，是一個時間的正弦波，幅值是/2，表示某一固定點處隨時間按正弦規(guī)律脈振的磁勢。磁勢波形幅值的點，即的點，這時有，則波形幅值的位置隨時間而變化，其中x代表電角。旋轉磁勢。3.2.1單相繞組的脈振磁場三、脈振磁勢分解與旋轉磁勢823.2.1單相繞組的脈振磁場旋轉的角速度（電角）為轉速為正，稱為正向旋轉的磁場。因為一個圓周為2πprad（電角），所以該磁勢波旋轉的速度可表示為

式中和f分別為電流的角頻率和頻率。同理可分析出是一個反向旋轉的磁勢波，其幅值與旋轉速度值和相同。結論：脈振磁勢可以分解為兩個速度相同但方向相反的旋轉磁勢，每一旋轉磁勢振幅的大小不變，為原來脈振磁勢最大值的一半。

3.2.1單相繞組的脈振磁場旋轉的角速度（電角）為833.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場用數學方法證明圓形旋轉磁場。設兩相繞組的匝數分別為和，電流分別為和，基波磁勢為和，設c繞組軸線的位置是0°，f繞組軸線的位置是90°。若則旋轉磁場，轉速3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場用數學方法證明圓形旋轉磁場843.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場圓形旋轉磁場：磁勢向量的端點在空間描繪出一個圓。兩相繞組產生圓形旋轉磁場的條件兩相正弦脈振磁勢在空間相差90°電角，幅值在時間上相差90°，最大值相等即電流、相位差是90o且3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場圓形旋轉磁場：磁勢向量的端853.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場同樣，對稱的m相繞組（m＞2)流過對稱的m相電流，合成磁勢為一圓形旋轉磁勢，其幅值為每相脈振磁勢最大值的m/2倍。轉速為60f/pr/min。異步電動機在圓形磁場作用下的運行狀態(tài)又稱對稱狀態(tài)?？梢宰C明，多相對稱繞組加上多相對稱電壓時，產生圓形旋轉磁場。3.2.2兩相繞組的圓形旋轉磁場同樣，對稱的m相繞組（m＞863.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場非圓形旋轉磁場：脈振磁場和橢圓旋轉磁場一、兩相繞組的非圓形旋轉磁場1.兩相繞組電流相位相同，產生脈振磁場。2.兩相繞組電流相位差是90o，也形成旋轉磁場，但磁密向量B或磁勢向量F的端點軌跡是橢圓，稱為橢圓旋轉磁場。3.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場非圓形旋轉磁場：脈振磁873.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場橢圓度：α越小，橢圓度越大。3.兩相繞組電流相位差大于0o小于90o，產生橢圓旋轉磁場。橢圓旋轉磁場具有下述特點。轉向與圓形旋轉磁場相同。幅值磁密幅值不斷變化。若α<1，幅值變化范圍從至。當α＝0時變成脈振磁場，當α＝1時變成圓形旋轉磁場。轉速電流變化一個周期，磁場在空間旋轉了360o電角，平均轉速是60f/pr/min。但橢圓旋轉磁場的瞬時轉速是變化的。3.2.3兩相繞組的非圓形旋轉磁場橢圓度：883.3異步電動機的主要特性

3.3.1基本方程一、轉速和轉差率轉速磁場（同步）轉速轉差率3.3異步電動機的主要特性

3.3.1基本方程一、轉速893.3.1基本方程二、磁勢平衡方程式氣隙磁勢是定子磁勢和轉子磁勢的和。三、氣隙磁勢、磁密與磁通正向圓形旋轉的氣隙磁勢和磁密穿過一個固定的線圈的總磁通為

3.3.1基本方程二、磁勢平衡方程式903.3.1基本方程四、定、轉子導體中的感應電勢及其頻率在氣隙磁場中任一位置x的導體中產生的感應電勢為定子繞組感應電勢的頻率與電源相同。轉子導體的位移（rad電角）和感應電勢

轉子繞組感應電勢頻率為電源頻率的s倍。3.3.1基本方程四、定、轉子導體中的感應電勢及其頻率913.3.1基本方程當轉子和旋轉磁場的相對轉速為，相當于轉子不動而旋轉磁場以的速度向同方向旋轉，故轉子電流頻率為。轉子電流產生的旋轉磁勢相對于轉子的速度為r/min。轉子自身以轉速n向同方向旋轉，故轉子電流的旋轉磁勢的轉速為轉子電流和定子電流的旋轉磁勢的轉速相同。3.3.1基本方程當轉子和旋轉磁場的相對轉速為923.3.1基本方程五、電壓平衡方程式從物理角度看，定子和轉子等效電路如圖。轉差率為s時感應電勢和漏感抗為和，s=1時（轉子不動)根據基爾霍夫電壓定律可得3.3.1基本方程五、電壓平衡方程式933.3.1基本方程六、頻率折算電機旋轉時定子、轉子的反電動勢不是同頻率的，難以直接求解。頻率折算即將定子、轉子有相對轉動的情況折算為二者相對靜止的狀態(tài)，使得兩個反電動勢同頻率，問題轉化為靜態(tài)的“變壓器”問題。繞組折算的準則：折算后，轉子電流大小與相位不變，則由電流平衡方程知，折算后對定子電流無影響。3.3.1基本方程六、頻率折算電機旋轉時定子、轉子的反電動943.3.1基本方程六、頻率折算結論：一臺以轉差率s旋轉的異步電機的轉子電路，可以用一臺靜止電機的轉子電路表示，只需在原電路中串接一個虛擬電阻。虛擬電阻上消耗的電功率，等于實際電機轉動時輸出的機械功率。3.3.1基本方程六、頻率折算結論：一臺以轉差率s旋轉的異953.3.2等效電路圖參數對應定子一相繞組。電阻吸收的電能為定子銅耗。吸收的電能代表鐵心損耗。吸收的電能稱為轉子銅耗。電阻吸收的電功率表示一相定子繞組產生的機械功率。為得到等效電路，還需進行繞組折算，即將繞組物理量折算到定子上，得到等效電路。3.3.2等效電路圖為得到等效電路，還需進行繞組折算，即963.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩計算電磁轉矩有兩種方法。1）疊加。2）等效電路求機械功率，再求轉矩。轉矩的物理表達式電磁轉矩的參數表達式3.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩計算電磁轉矩有兩種方法。973.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩由電磁轉矩的參數表達式可以看出：（1）當轉差率不變時，電磁轉矩與電機外加電壓的平方成正比；（2）電壓、頻率不變時，電磁轉矩僅與轉差率有關；（3）轉矩-轉差率函數關系曲線表征異步電動機的機械特性。3.3.3圓形旋轉磁場的電磁轉矩由電磁轉矩的參數表達式可983.4兩相電動機

3.4.1兩相電動機的分類兩相電機：定子具有兩相繞組。驅動和伺服兩大類。兩相驅動電動機：大部分家用電器和小型電器中使用的異步電動機。氣隙磁場接近圓形旋轉磁場，轉子電阻小。3.4兩相電動機

3.4.1兩相電動機的分類兩相電993.4.1兩相電動機的分類兩相伺服電動機：定子兩相繞組，分別稱為激磁繞組和控制繞組，在空間相差90°電角。特點：1.穩(wěn)定運行的轉速范圍大，而驅動電動機穩(wěn)定運行的速度范圍很小。2.一相繞組電壓（流）為零時，伺服電機將產生制動轉矩而迅速停轉，而驅動用電機在運轉后，一相電壓（流）為零也可能繼續(xù)運轉（自轉）。3.快速響應，機電時間常數小。兩相伺服電機采用細長轉子，慣量小，轉子電阻大，使堵轉轉矩高，起動速度快。不能用驅動電動機代替兩相伺服電動機。3.4.1兩相電動機的分類兩相伺服電動機：定子兩相繞組，1003.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性以電壓為參變量，電磁轉矩T與轉差率s（或轉速n）之間的關系曲線，又稱T-s曲線。轉子電阻增大時，最大轉矩不變，臨界轉差率增大（與電阻正比）。驅動電機要求效率高，所以轉子電阻小，穩(wěn)定運行的轉速范圍小。兩相伺服電動機，要求第1象限穩(wěn)定運行，機械特性下垂的，即要求轉子電阻足夠大，保證。轉子電阻大，機械特性下垂。3.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性以電壓為參變量1013.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性異步電機只能工作與穩(wěn)定區(qū)；伺服電機要求第一象限內全部為穩(wěn)定區(qū)，因而調速范圍寬；3.4.2圓形旋轉磁場時兩相電機的機械特性異步電機只能工1023.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性兩相伺服電動機主要工作在橢圓形旋轉磁場一、正反轉磁場法橢圓形磁場可以分解為兩個圓形旋轉磁場，它們轉向相反，并且正向（與橢圓磁場轉向相同）磁場大于反向磁場。3.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性兩相伺服電動機主要工作1033.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性二、橢圓磁場的機械特性與調節(jié)特性疊加法求轉矩。n＝0，s＝1以橢圓度α為參變量的機械特性橢圓磁場理想空載轉速低于磁場轉速。當負載不變時，α越小，轉速越小。根據機械特性曲線可繪出調節(jié)特性。3.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性二、橢圓磁場的機械特性1043.4.3非圓形旋轉磁場的機械特性三、脈振磁場的機械特性定子繞組產生脈振磁場：兩相電機一相通電或三相電機一相斷電，又稱單相運行。疊加法求轉矩。