《電工與電子技術(shù)》電動(dòng)機(jī)及其控制

5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性

5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.7單相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)及其控制電動(dòng)機(jī)及其控制5.8直流電動(dòng)機(jī)5.9控制電機(jī)本章小結(jié)課后作業(yè)電動(dòng)機(jī)及其控制

1．了解電動(dòng)機(jī)的作用、電動(dòng)機(jī)的分類、三相異步電動(dòng)機(jī)、同步和異點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的主要應(yīng)用。

2．掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性及使用方法。3．能夠掌握單相異點(diǎn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)和控制電動(dòng)機(jī)的工作原理、機(jī)械特性和使用方法。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、效率較高、體積小、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用來驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)械、鼓風(fēng)機(jī)、水泵及紡織機(jī)械等，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用得最多的電動(dòng)機(jī)。一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成，此外還有端蓋、軸承、軸承蓋、接線盒、吊環(huán)、風(fēng)扇和風(fēng)罩等其他附件。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)非常?。s0.4mm～4mm范圍內(nèi)）的空氣氣隙，定子和轉(zhuǎn)子之間沒有電氣上的聯(lián)系，能量的傳遞全靠電磁感應(yīng)作用，所以這樣的電動(dòng)機(jī)也稱感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1、定子：三相異步電動(dòng)機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。機(jī)座：機(jī)座一般由鑄鐵或鑄鋼制成，用來固定電動(dòng)機(jī)。機(jī)座兩端有端蓋，其中央部分裝有軸承，供支承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸和防護(hù)外物的侵入。定子鐵心：定子鐵心是由多片厚度為0.5mm的環(huán)狀硅鋼片疊壓而成，固定在機(jī)座內(nèi)，鐵心內(nèi)表面沖有均勻分布且與軸平行的凹槽。三相定子繞組的六個(gè)接線頭引出來并對(duì)應(yīng)連接至電動(dòng)機(jī)外殼的接線盒內(nèi)的接線柱上，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際需要可以將其連接成如圖（a）所示的星形，或者如圖（b）所示的三角形。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2、轉(zhuǎn)子：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心:轉(zhuǎn)子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的另一部分，也是由相互絕緣且厚度為0.5mm的硅鋼片疊成圓筒狀。轉(zhuǎn)子鐵心外圓周上沖壓有均勻分布的線槽，槽內(nèi)嵌放著轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。轉(zhuǎn)子繞組：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)。圖（a）所示為籠型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心槽中放置銅條（或鑄鋁），兩端用端環(huán)短接。如果把鐵心去掉，則剩下的繞組的形狀像一個(gè)松鼠籠子，籠型繞組因此得名。額定功率在100kW以下的籠型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組及作冷卻用的葉片常用鋁鑄成一體，如圖（b）所示。由于籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，因此這種電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理繞線型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組同定子繞組一樣也是三相的，它連接成星形。每相繞組的始端連接在三個(gè)銅制的滑環(huán)（即集電環(huán)）上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，如下圖（a）所示。環(huán)與環(huán)、環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間都是互相絕緣的。在滑環(huán)上用彈簧壓著碳質(zhì)電刷，用于啟動(dòng)和調(diào)速的外部可變電阻通過電刷同滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組相連接，如下圖（b）所示。繞線型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比籠型的復(fù)雜，價(jià)格較高，一般用于要求具有較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及有一定調(diào)速范圍的場合，如大型立式車床和起重設(shè)備等。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接通三相交流電源后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動(dòng)起來。（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組嵌放在定子鐵心槽內(nèi)，按一定規(guī)律連接成三相對(duì)稱結(jié)構(gòu)。三相繞組、、在空間互成，把它們連接成星形，如圖所示。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)三相定子繞組接上三相對(duì)稱交流電源時(shí)，則三相定子繞組中便產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，可以表示為：

5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（3）旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（4）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩

由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理可知，電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子電流和旋轉(zhuǎn)磁場共同作用所產(chǎn)生的。根據(jù)理論分析，電磁轉(zhuǎn)矩

的計(jì)算公式表示為

5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性圖5-9三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性二、機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)圖5-13直接啟動(dòng)電路5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2.減壓啟動(dòng)當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)容量較大而電源變壓器容量較小，電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)時(shí)所引起的線路電壓降較大，則必須要采用減壓啟動(dòng)。所謂減壓啟動(dòng)，就是啟動(dòng)時(shí)想辦法降低加在定子繞組上的電壓值，從而減小啟動(dòng)電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再加上額定電壓。由于異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，所以采用此啟動(dòng)方法時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)同時(shí)減小。因此該方法只適用于對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場合，即空載或輕載的場合。5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

圖5-16自耦變壓器減壓啟動(dòng)電路

圖5-17自耦變壓器減壓啟動(dòng)電路的一相電路5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)二、繞線型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻啟動(dòng)如圖5-18所示，繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子三相繞組通過滑環(huán)、電刷與外部啟動(dòng)電阻聯(lián)接。啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組電路中接入全部的啟動(dòng)電阻，在啟動(dòng)過程中再逐步切除啟動(dòng)電阻，啟動(dòng)完畢后外接電阻全部短接，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。圖5-18繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)電路圖轉(zhuǎn)子電路接入電阻以后，減小了啟動(dòng)電流，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電路電阻的增加，可使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大?？梢姡鋯?dòng)性能優(yōu)于籠型電動(dòng)機(jī)，故常用于啟動(dòng)頻繁及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較大的生產(chǎn)機(jī)械上（如起重機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)、鍛壓機(jī)等）。其缺點(diǎn)是啟動(dòng)設(shè)備笨重，啟動(dòng)過程電能浪費(fèi)多，電阻段數(shù)較少時(shí)啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，電阻段數(shù)較多時(shí)控制電路復(fù)雜。5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2.轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器啟動(dòng)為了改進(jìn)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)過程中，電阻級(jí)數(shù)有限，電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的缺點(diǎn)，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)可以改用轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器啟動(dòng)，如圖5-19所示。頻敏變阻器實(shí)際上就是一個(gè)三相鐵心線圈，鐵心由幾塊30～50mm的方鋼疊成，如圖5-19（a）所示。頻敏變阻器的工作特點(diǎn)是電阻隨頻率的變化而有明顯的改變，頻率高時(shí)，鐵心中渦流強(qiáng)，頻敏變阻器的等效阻抗值也較大；頻率低時(shí)，渦流小，等效阻抗值也小些。圖5-19繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器啟動(dòng)電路圖5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。例如，各種切削機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)隨著工件與刀具的材料、工件直徑、加工工藝的要求及走刀量的大小等的不同，要求有不同的轉(zhuǎn)速，以獲得最高的生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量。如果采用電氣調(diào)速，就可以大大簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。由三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的公式可以得到轉(zhuǎn)速公式：（5-16）5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速為了得到更多不同的轉(zhuǎn)速，還可以在定子上安裝兩套極對(duì)數(shù)不同的繞組，其中的一套或兩套可以改變極對(duì)數(shù)，這樣就可以得到三種或四種不同的轉(zhuǎn)速，這種電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，電動(dòng)機(jī)的定子繞組數(shù)目越多，其尺寸越大，顯得愈笨重，結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，制作也就越困難。變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是操作設(shè)備簡單；缺點(diǎn)是只能有級(jí)調(diào)速，調(diào)速的級(jí)數(shù)不可能多，因此只適用于不要求平滑調(diào)速的場合。5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)圖5-26三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)圖5-27發(fā)電反饋制動(dòng)5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和選擇5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-28單相異步電動(dòng)機(jī)的接線示意圖5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-29分解脈動(dòng)磁勢5.7單相異步電動(dòng)機(jī)5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-30電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)接線原理圖5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-31兩相電流波形及其所產(chǎn)生的合成磁場5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-32罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖5.7單相異步電動(dòng)機(jī)圖5-33罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)的移動(dòng)磁場5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)圖5-37換向器結(jié)構(gòu)圖5.8直流電動(dòng)機(jī)名稱電動(dòng)機(jī)繞組接線圖特點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組（主磁極繞組）和電樞繞組分別由不同的直流電源單獨(dú)供電。5.8直流電動(dòng)機(jī)名稱電動(dòng)機(jī)繞組接線圖特點(diǎn)自勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)1.勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，由同一個(gè)直流電源供電。電動(dòng)機(jī)輸入的總電流

。2.勵(lì)磁繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線截面較小，電阻較大，勵(lì)磁電流只占電樞電流的一小部分。串勵(lì)1.勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后接到直流電源上。勵(lì)磁繞組的電流與電樞繞組的電流相等。2.勵(lì)磁繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線截面較大，電阻較小，勵(lì)磁繞組上的電壓降很小。復(fù)勵(lì)1.復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，分別與電樞繞組并聯(lián)和串聯(lián)。2.當(dāng)兩個(gè)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時(shí)，稱為積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)兩個(gè)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相反時(shí)，稱為差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.8直流電動(dòng)機(jī)5.9控制電機(jī)5.9控制電機(jī)5.9控制電機(jī)5.9控制電機(jī)5.9控制電機(jī)5.9控制電機(jī)5.9