第七章  电动机
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第七章 电动机. 第一节 三相异步电动机的基本结构 第二节 三相异步电动机的工作原理 第三节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 第四节 三相异步电动机的使用 第五节 三相异步电动机的铭牌和技术数据 第六节 单相异步电动机 第七节 三相同步电动机 第八节 直流电动机 第九节 控制电机. 三相异步电动机 的结构及制造工 艺录像片. 习 题. 目录. 第一节 三相异步电动机的 基本结构. 定 子 转 子. 返回. 直流电动机. 电动机. 交流电动机. 同步电动机. 交流电动机.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

第七章 电动机

第一节 三相异步电动机的基本结构

第二节 三相异步电动机的工作原理

第三节 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性

第四节 三相异步电动机的使用

第五节 三相异步电动机的铭牌和技术数据

第六节 单相异步电动机

第七节 三相同步电动机

第八节 直流电动机

第九节 控制电机

三相异步电动机

的结构及制造工

艺录像片

习 题

目录



直流电动机

电动机

交流电动机

同步电动机

交流电动机

异步电动机

异步电动机

三相异步电动机

按交流电的相数

单相相异步电动机

绕线转子异步电动机

按结构

笼型异步电动机

返回


异步电动机由定子和转子两部分组成。

一、 定 子

  • 定子是异步电动机固定不动的部分。

  • 由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。

  • 定子铁心安装在机座内,由硅钢片叠成。定子三相绕组嵌在定子铁心的槽内,三相绕组的始端和末端分别接到电动机出线盒的接线柱上,这样可以根据需要将三相绕组Y形联结或△形联结,使电动机使用于两种不同的工作电压。

返回


定子接线端的联结

C A B

Z X Y

A2

B2

C2

△联结

Y联结

A1

B1

C1

返回


二、转 子

  • 转子是异步电动机旋转的部分。

  • 由转子铁心、转子绕组组成。

  • 转子绕组可分为笼型和绕线转子两种。

  • 转子铁心仍由硅钢片叠成 。

  • 笼型转子结构简单,它是在转子铁心的槽内穿入金属导体,两端装上铜环将所有的金属导体短接,自成闭合路径。

  • 绕线转子与定子绕组相同,但三相绕组都是Y联结。三个出线端通过电动机轴上的铜环与电刷引到电动机的外部。

返回


定子绕组

(三相)

定子

A

Z

Y

B

C

转子

笼型转子

X

机 座

返回


第二节 三相异步电动机的工作原理

旋转磁场

转动原理

转差率

返回


iC

iA

iB

A

A

Z

Y

Z

Y

X

X

C

B

C

B

一、旋转磁场

1. 旋转磁场的产生

定子三相绕组对称,且空间上互差120°,接成Y形。

返回


iC

iA

iB

i

ωt

  • iA = Imsinωt

  • iB = Imsin (ωt-120°)

  • iC =Imsin(ωt- 240°)

  • 对称三相电流

    • 波形如图

    O

    规定电流正方向由始端向末端,实际流入时用表示,实际流出时用⊙表示。

    返回


    A

    n1

    Y

    Z

    N

    S

    iC

    iA

    iB

    i

    iA > 0

    iA = 0

    iA > 0

    iA < 0

    ωt =60 °

    iB < 0

    C

    ωt =180 °

    ωt =120 °

    ωt =240 °

    iB> 0

    iB = 0

    iB > 0

    B

    iA = 0

    A

    iC = 0

    iC < 0

    iC < 0

    iC= 0

    X

    ωt =0 °

    ωt

    iB < 0

    Y

    Z

    iC > 0

    S

    N

    C

    B

    A

    A

    A

    X

    Y

    Z

    Y

    Z

    N

    S

    Y

    Z

    N

    S

    C

    B

    C

    B

    C

    B

    X

    X

    X

    180°

    O

    60°

    120°

    240°

    N

    S

    对称三相绕组,送入对称三 相电流,一定产生旋转磁场。

    返回


    n1

    n1

    2. 旋转磁场的转向

    旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。

    电流的相序:A-B-C

    电流的相序:A-C - B

    改变电流相序,即任意对调任意两根电源线,可改变旋转磁场的方向,使电动机反转。

    返回


    3、旋转磁场的转速

    定子每相一个线圈,旋转磁场为二极。旋转磁场的磁极对数

    p = 1

    电流变化一周,磁场也旋转一周。

    磁场的转速 n1=60 f 1 (r/min)

    定子每相二个线圈,旋转磁场为四极。旋转磁场的磁极对数

    p = 2

    电流变化一周,磁场也旋转0.5周。

    磁场的转速 n1=60 f 1 /2 (r/min)

    返回


    改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    旋转磁场的转速n1 与电动机的磁极对数p成反比,与交流电的频率 f1成正比。

    返回


    n改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。1

    F

    n

    F

    N

    S

    二、转动原理

    n1=0, 磁场静止,转子不能感应电流,导体静止。

    n1≠0,磁场顺时针旋转。

    转子产生感应电流,在磁场的作用下产生电磁转矩,使转子转动起来,方向与磁场方向一致。

    • 异步电动机要转动起来,要有旋转的磁场,同时转子电路必须闭合。

    n1

    n

    对称三相电源

    转子旋转

    定子对称三相绕组

    旋转磁场

    • 改变磁场旋转方向可使电动机反转。

    返回


    三、转差率改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    异步电动机的转动原理是建立在电磁感应的基础上的,所以电动机的转速n与旋转磁场的转速n1(又叫做同步转速)不能相等。 即 n≠n1

    其相差的程度用转差率 S来表示 。

    转差率 S是异步电动机重要的参数之一。

    S≈0.02~0.06

    异步电动机刚起动的瞬间,n = 0 , S = 1

    返回


    例、某三相异步电动机额定转速改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。nN= 980r/min,接在 f1= 50Hz 的电源上运行。试求在额定状态下,定子旋转磁场速度n1、磁极对数p、额定转差率S。

    解: ∵一般额定转差率为0.02~0.06 ∴nN≈n1

    返回


    第三节 三相异步电动机的电磁 改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。 转矩与机械特性

    转矩平衡

    电磁转矩

    自然机械特性

    人工机械特性

    返回


    一、转矩平衡关系改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    三相异步电动机在拖动生产机械工作时,旋转磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为电磁转矩T,它是一个驱动转矩。 作用在电动机轴上的各种机械转矩称为负载转矩TL,它是一个阻碍转矩。

    当电动机稳定运行时,驱动转矩等于阻碍转矩。即: T = TL(转矩平衡方程)

    若T < TL 电动机减速

    若T > TL 电动机加速

    返回


    二、电磁转矩改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    三相异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场与转子电流相互作用产生的。因此电磁转矩与旋转磁场的每级主磁通Φ、转子电流I2有关。即:

    T∝ ΦI2

    转子电流I2由转子电动势E2产生。İ2、Ė2之间的相位差角为φ2,cosφ2是转子功率因数。

    所以,电磁转矩T与Φ 和转子电流I2的有功分量I2cosφ2成正比。即:

    T = KT ΦmI2cosφ2

    KT是决定于电动机的常数。

    返回


    u改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。1

    e2

    e1

    i1

    i2

    f1

    f2

    u1≈ -e1

    1. 定子电路

    三相电动机的电磁关系与变压器相类似,定子相当与变压器一次侧,转子相当于二次侧。 以一相为例:

    定子每相绕组磁通 Φ = Φmsinωt

    e1 = -N1dΦ/dt

    忽略uZ、eσ1,则

    U1≈E1=4.44f1N1 Φm

    f1=pn1/60

    返回


    2. 改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。转子电路

    E2=4.44f2N2 Φm

    e2 = -N2dΦ /dt

    E2、f2为转子电动势和转子电流的频率,因为旋转磁场与定子间的相对转速为n1,定子与转子间的相对转速为n。则有:

    f2= p(n1-n)/60

    = Sf1

    E2=4.44 Sf1N2 Φm

    电动机起动瞬间n = 0,S =1

    f2= f20= pn1/60= f1

    E20= 4.44 f1N2 Φm

    E2=SE20

    返回


    转子电路呈感性 改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。Z2 = R2+X2

    式中漏磁感抗 X2=2π f2LS2= 2πS f1LS2

    S=1, X20= 2π f1LS2

    X2=SX20

    转子电流

    转子功率因数

    返回


    I改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。2 cosφ2

    1

    S

    1

    转子电路的各物理量都与转差率有关,即与转子的转速有关。

    I2、cosφ2与S 的关系如曲线所示

    起动时,S =1,n =0

    I2

    起动时,I2 很大,

    cosφ2 很低

    cosφ2

    O

    n ↓ →S↑→I2↑

    返回


    3. 改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。转矩公式

    T = KTΦI2cosφ2

    返回


    T改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    Tmax

    Sm

    1

    S

    三、 自然机械特性

    1. 转矩特性

    当KT、U1、R2、X20、一定的条件下,把T=f (S)曲线称为转矩特性曲线。如图:

    S较小, 0 <S < Sm ,S↑ T↑

    S较大, Sm < S < 1 ,S↑ T↓

    利用导数可求得 Sm=R2/X20

    Tmax=KTU12/2X20

    将Tmax 对应的Sm 称为临界转差率.

    O

    返回


    T改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    U1> U1′

    Tmax

    Tmax′

    U1

    U1′

    Sm

    1

    S

    0 <S < Sm电动机运行稳定, Sm < S < 1电动机运行不稳定。

    异步电动机的电磁转矩与定子相电压U12成正比。当电源电压有所变动时,对电磁转矩影响很大。

    T∝ U2Sm与U1无关

    U1↓→T↓→n ↓ →S↑

    →I2↑→I1↑

    电压不足,会造成电流增 大,电动机发热。

    O

    返回


    T改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    R2′

    R2″

    Tmax

    1

    S

    Sm′

    Sm″

    临界转差率Sm与R2成正比。

    最大转矩Tmax与R2无关。

    R2′ < R2″

    O

    2. 机械特性

    在电源电压U1不变时,电动机的转速n 和电磁转矩T间的关系称为电动机的机械特性。

    返回


    n改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    A

    n1

    nN

    B

    nm

    T

    C

    Tmax

    TN

    Tst

    n = f (T)

    机械特性曲线可由转矩特性曲线得来:

    n > nm(AB段): 为稳定工作区(S较小),具有硬特性,即电动机具有自动适应负载能力。

    TL↓→T >TL→n ↑ →S↓

    →T ↓ → T =TL

    0<n < nm(BC段): 为不稳定工作区。

    返回


    异步电动机改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。T-n曲线上对应着三个特定转矩:

    额定转矩TN :在额定电压下,当电动机的输出功率等于额定功率PN时的转矩称为额定转矩。对应的转速称为额定转速nN。

    N·m

    kW

    r/min

    最大转矩Tmax :电动机转矩的最大值。

    当负载转矩TL>Tmax时,电动机将发生闷车停转。定子电流急剧升高,电动机过热导致烧毁 。

    称最大转矩与额定转矩的比值λ为过载系数。

    返回


    一般,过载系数改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。λm为1.8~2.2。 λm也表示短时允许过载能力。

    起动转矩Tst :电动机刚起动 n = 0,S = 1时的转矩。

    由S=1 可得

    Tst∝ U12Tst与R2有关

    当U1减小时,Tst减小,当R2适当增大时, Tst会增大

    返回


    I改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。2

    1

    S

    1

    起动能力λS =

    一般Tst=(1~2.2)TN 。

    只有当TL < Tst 时电动机才能起动。否则会发生“堵转”,此时电流I1 I2都很大。

    I2与S 的关系如曲线所示

    I2

    起动时,S =1,n =0

    起动时,I2 很大,

    n ↓ →S↑→I2↑

    O

    返回


    n改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    n

    U1′ < U1″

    U1′

    U1″

    R2′ < R2″

    T

    T

    Tst′

    Tst″

    R2′

    R2″

    Tst″

    Tst′

    四、人工机械特性

    Tst∝ U2

    U ↓ , Tst ↓

    U ↓ , Tmax ↓

    R2 ↓ , Tst↓

    R2 ↓ , Tmax 不变

    返回


    改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。1、一台三相异步电动机,电源电压U1=220V, f1= 50 Hz,额定转速nN=1425r/min,转子电路的电阻R2=0.03Ω,感抗X20=0.09Ω,磁极对数p=2,E1/E20 =11。 求:(1)电动机起动瞬间的E20,f20,I20, cosφ20; (2)转子达到额定转速nN时的E2,f2,I2, cosφ2。

    解:

    起动瞬间

    U1≈E1= 220V

    E20=E1/11=20V

    转子转速为nN n1 =60f1 / p =1500r/min

    f20= f1=50HZ

    SN=(n1-nN)/nN=0.05

    E2=SE20=1V f2=Sf20=2.5Hz X2=SX20=0.0045Ω

    返回


    λ改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。S =

    例2、一台异步电动机,额定转矩TN=65.9N·m,额定转速nN=1450r/min,起动能力为1.4,过载系数为2.0,求Tmax、Tst 、PN 。

    解:

    Tst=1.4×65.9=92.9N·m

    返回


    第四节 三相异步电动机的使用改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    • 起 动

    • 调 速

    • 反 转

    • 制 动

    返回


    一、起 动改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    三相异步电动机接通电源后从静止状态过渡到稳定运转状态的过程叫起动。

    1. 起动性能要求

    • 有足够大的起动转矩,否则电动机不能起动

    • Tst > TL

    • 满足起动转矩的前提下,起动电流Ist 越小越好

    一般Ist=(5~7)IN,由于起动时间短,电机不会因发热而烧毁,但过大的电流会造成电网电压降落增大,影响其它设备正常工作。

    返回


    2. 改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。起动方法

    • 全压起动(直接起动)

    • 全压起动简单、经济、但Ist较大。适用于 PN ≤10kW 的中小型电动机,或者电动机功率小于变压器容量的20%,同时电网电压下降不超过5%。

    • 降压起动

    • 降压起动即起动时降低加在定子绕组上的电压,当电动机转速接近额定值时,再将定子绕组上的电压恢复到额定值。

    • 由于加到定子绕组上的电压U1下降,所以起动电流下降,同时起动转矩也下降。因此降压起动适用于轻载或空载起动。

    返回


    S改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    △形运行

    B1

    C1

    A1

    S

    C2

    B2

    A2

    Y形起动

    常用的降压起动方法:

    Y-△换接起动

    这种方法只适用于正常运转时△形联结的电动机。

    当S2 接起动端时,定子三相绕组Y形联结。

    起动电流(线电流)

    IstY=UP /z

    当S2 接运行端时,定子三相绕组△形联结。

    起动电流(线电流)

    Ist△=

    返回


    改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。联结起动定子绕组相电压是Y联结起动的 倍。利用Y-△换接起动时,起动转矩下降为原来的1/3。

    IstY/Ist△ =1/3

    △起动电流是Y起动电流的三倍。利用 Y-△换接起动时,电源供给电流可下降为原来的1/3。

    又因为

    所以

    TstY/Tst△ =1/3

    返回


    例、一台三相异步电动机,额定功率为改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。30kW,额定转速为1470r/min,△联结,在额定负载下运行线电流为57.5A,Tst/TN=1.2, Ist/IN=7, 试求:(1)用Y-△换接起动时的起动转矩和起动电流;(2)当负载转矩为额定转矩的60%和25%时,用Y-△换接起动是否可以?

    解:

    TN= 9550×30÷1470N·m = 194.9N·m

    TL=0.6TN=0.6×194.9N·m=116.94N·m

    TL > TstY不可以

    TL=0.25TN=0.25×194.9N·m=48.725N·m

    TL < TstY可以

    起动电流

    Ist = 7 IN = 7×57.5A =402.5A

    Y-△换接起动时

    IstY= Ist△/3 = 402.5÷3 A= 134.17A

    TstY= Tst△/3 = 1.2×194.9÷3 N·m=77.96N·m

    返回


    改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。自耦变压器降压起动

    这种方法适用于容量较大或不能采用Y-△起动的三相笼型异步电动机。

    S2 接起动端时,定子三相绕组接至自耦变压器的二次侧,电压低于电源电压。

    S2 接运行端时,定子三相绕组接至电源电压。

    全压运行

    降压起动

    返回


    A改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    B

    C

    ·

    U1

    U2

    M

    3~

    Ist′

    IstT

    自耦变压器

    U1 / U2 = K > 1

    直接起动电流 Ist= U1/z

    降压起动电流

    Ist′= U2 / z = Ist / K

    降压起动从电网吸收的电流

    IstT= Ist′ /K=Ist /K2

    TstT=Tst /K2

    自耦变压器降压起动的起动电流与起动转矩都是直接起动的1 / K2倍。

    返回


    改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。定子电路串电阻降压起动

    起动时定子串联电阻,当电动机的转速接近额定转速时,再将串入电阻去除。此种方法的缺点是起动时电阻上消耗较大的功率。

    这种方法适用正常运行的Y或△联结的三相异步电动机。

    • 绕线转子异步电动机的起动

    绕线转子异步电动机的起动常用转子串电阻或串频敏变阻器两种方法。

    转子串电阻起动是在转子电路中串入电阻Rst,起动后,随着转速上升逐渐减小Rst,最终将Rst全部短路。

    返回


    n改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    T

    R2

    R2+Rst

    Tst″

    Tst′

    起动瞬间 n=0,S=1

    R2↑→I2↓→Ist↓

    R2↑→ Tst ↑

    绕线转子异步电动机的转子串电阻起动,不仅限制起动电流,同时增大起动转矩。因此,绕线转子异步电动机比笼型异步电动机的起动性能好。

    O

    返回


    二、调 速改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。

    异步电动机的转速为

    改变磁极对数p、电源频率 f1和转差率S都可调速。

    返回


    1改变定子绕组的接线方式,可以改变异步电动机的极数。.变极对数调速

    极对数的改变,可以通过改变定子统组的接法来实现。

    变极对数调速是有级调速,可制成专用多速电机,这种方式只适用于笼型异步电动机。

    2.变频调速

    这种调速方法不仅适用于笼型异步电动机,同样适用于绕线转子异步电动机。

    采用专用的调速变频电源,可实现对电动机的无级调速。

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    3.变转差率调速

    在负载转矩一定的情况下,在绕线转子异步电动机的转子电路中串入不同的附加电阻以改变转差率S,实现调速。

    这种调速方法使机械特性变软,稳定性差,电阻耗能大,但可连续平滑调速, 用于起重、冶金设备。

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    正转此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    反转

    三、反 转

    三相异步电动机的转向决定于旋转磁场的转向,而旋转磁场的转向又与通入三相定子绕组的电流相序有关, 因此,改变相序即可改变转向。

    只要将三相定子绕组接电源的三根线中任意两根对调即可。

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    四、制 动此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    用强制的方法迫使电动机迅速停车就叫制动。

    1. 能耗制动

    当电动机脱离三相电源后,将S2 接通直流电源,则在电动机内会产生一个恒定的不旋转的磁场。

    转子由于机械惯性继续旋转,因而转子导体切割磁力线,产生感应电动势和电流。

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    载有电流的导体在恒定磁场的作用下此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。,受到制动力FT,产生制动转矩Tz,使转子迅速停车。

    由于这种方法是用消耗转子的动能(转换成电能)来进行制动的,所以称为能耗制动。

    这种方法准确、平稳、能耗小,但需直流电源.一般直流电流可调节为额定电流的0.5~1倍。

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    2. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。反接制动

    反接制动就是通过任意对调三相定子绕组的两相电源来实现的。

    任意对调两相电源后,旋转磁场反向旋转(速度n1),电磁转矩也反向而起制动作用。

    这种制动方法简单、快速,但制动时S≈2,电流大,制动不准确,耗能大,冲击较强烈,易损坏机械零件。当n≈0时,应立即断开电源,否则电动机将反转,应加制动电阻。

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    第五节 三相异步电动机的铭牌和技术数据此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 铭牌和额定值

    • 运行特性

    • 例题

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    一、铭牌和额定值此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    每台电动机都有一个铭牌,安装在机座上,记载它的额定值,以便按规定的数值使用

    ××电机厂

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    1. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。型 号

    型号是电动机类型、规格的代号。由汉语拼音大写字母或英文字母加阿拉伯数字组成。按顺序包括名称代号、规格代号。

    Y112M-6

    磁极数

    机座长度代号(S、M、L)

    中心高

    三相异步电动机

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    2. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。额定电压UN

    额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压。

    它与绕组接法有对应关系:

    Y系列异步电动机的额定电压都是380V,3kW以下的接成Y形,而4kW以上的均接成△形。一般规定电源电压波动不应超过额定值的±5%。

    3. 额定电流IN

    是指电动机在额定运行情况下定子绕组的线电流。

    4. 额定功率PN与额定效率ηN

    电动机在额定运行情况下,轴上输出的机械功率称为额定功率。

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    额定效率是指额定功率与输入电功率之比此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    5. 额定转速nN

    指电动机额定运行时的转速。它略低于同步转速n1。

    6. 额定功率因数λN

    指在额定情况下,电动机定子电路的功率因数, φN 是定子绕组相电压与相电流之间的相位差。其值约为0.7~0.9。

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    7. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。绝缘等级

    它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的。

    8. 工作制

    通常分为连续运行、短时运行和断续运行三种,分别用代号S1、S2、S3表示。

    9. 防护等级

    它是指电机外壳防护型式的分级。

    异步电动机铭牌上通常还列出了Ist /IN、 Tst /TN、 Tmax /TN。绕线转子异步电动机铭牌上还标明转子额定电流和转子绕组的开路电压。

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    I此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。1 ηcosφ1

    I1

    cosφ1

    η

    P2

    二、 运行特性

    电动机当电压U1、频率f1为定值时,将 I1= f (P2) 、 cosφ1= f (P2) 、η= f (P2)称为运行特性(工作特性)。

    3. 效率特性 η = f (P2)

    η= P2/P1

    P2=0 (空载)

    η =0

    P2 ↑→ η↑(但出现最大值后,又略有下降 )

    2. 功率因数特性 cosφ1= f (P2)

    P2=0 (空载)

    cosφ1 很小

    P2 ↑→ cosφ1 ↑(但到一定数值后,又略有下降 )

    • 定子电流特性I1= f (P2)

    • P2=0 (空载)

    • I1= I10 (空载电流)

    • P2 ↑→ I1 ↑

    O

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。1、三相异步电动机额定值为PN=40kW,接法Y/△,UN=380V/220V, nN=1460r/min, ηN=0.895, cosφN=0.89, Ist /IN=5.5, Tst /TN=1.1,Tmax /TN=2。试求P1N , IN , TN , SN , Tst , Tmax , Ist , f2N。

    解:

    Ist△= 5.5 IN△= 5.5×132A = 726A

    IstY= 5.5 INY= 5.5×76A =418A

    Tst=1.1TN=262×1.1N·m=288N·m

    Tmax=2TN=2×262N·m=524N·m

    f2N=Sf1=0.027×50Hz=1.35Hz

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。2、Y132S-4型三相异步电动机额定值如下,试求SN、IN、TN、Tst、Tmax、Ist 。

    解:

    磁极对数 p= 2, n1=1500r/min

    Ist= 7 IN=81.48A

    Tst=2.2TN=324.9N·m

    Tmax=2.2TN=324.9N·m

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。3、三相异步电动机额定值为PN=10kW, △联结, UN=380V, nN=1460r/min, ηN=0.88, λN=0.88, Ist /IN=7, Tst /TN = 1.3, λT = 2,f =50Hz。 试求(1) 磁极对数p、IN、TN、SN、Tst、Tmax、Ist;

    (2)若负载转矩TL=55N·m,当U=0.9UN时,能 否起动?电动机若要采用Y-△换接起动,则IstY,TstY各为多少?能否起动?

    解:

    采用Y-△换接起动 IstY=Ist/3=45.7A

    TstY = Tst/3 = 28.3N·m < TL=55N·m

    不能起动

    ∵ nN=1460r/min 略小于n1

    Ist= 7 IN=137.2A Tst=1.3TN=85N·m

    Tmax=2TN=130.8N·m

    Tst∝(U)2 Tst ′=(0.9)2Tst=68.85N·m

    Tst ′> TL , 可以起动

    ∴磁极对数 p= 2, n1=1500r/min

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。4、Y160M-2型三相异步电动机PN=15kW, △联结, UN=380V, nN=2930r/min, ηN=0.882, λN=0.88, Ist /IN=7, λS= 2, λM= 2.2,起动电流不允许超过150A。若负载转矩TL=60N·m,试问能否带此负载(1)长期运行;(2)短时运行;(3)直接起动?

    解:

    TN< TL=60N·m 不能长期运行

    Tmax> TL 能短时运行

    Tst> TL

    但Ist>150A 不能直接起动

    Tst=2TN=97.8N·m Tmax=2.2TN=107.58N·m

    Ist= 7 IN=205.45A

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。5、选择填空。

    ①. 异步电动机起动电流大是因为______ A. 起动时轴上静摩擦阻力转矩大; B. 起动时磁通还未产生, E1=0 ; C. n=0 , S=1>> SN , I2很大。

    C

    ②. 电网电压下降10%,电动机在恒定负载转矩下工作, 稳定后的状态为______

    A. 转矩不变,转速下降,电流减小;

    B. 转矩不变,转速下降,电流增大;

    C. 转矩减小,转速不变,电流减小;

    D. 转矩减小,转速不变,电流增大;

    B

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    ③. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。异步电动机铭牌值为:UN=380V/220V,接法Y/△, IN=6.3A/10.9A,当额定运行时每相绕组电压UP和电流IP为______

    B

    A. 380V , 6.3A B. 220V , 6.3A C. 380V , 10.9A D. 220V , 10.9A

    ④. 对于起动并不频繁的三相笼型异步电动机,适当降低其起动电流是为了______ A. 防止电动机烧坏 B. 防止熔体熔断 C. 防止电网电压过度降低

    C

    ⑤. 绕线转子三相异步电动机在负载不变的情况下,增加转子电路电阻会使其转速________ A. 增高 B. 降低 C. 稳定不变

    B

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    ⑥. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。三相异步电动机的旋转方向由_____决定。A. 电源电压大小 B. 电源频率高低 C. 定子电流的相序

    C

    ⑦. 三相笼型异步电动机额定功率PN=30kW,额定电压UN=380V,△接法, Tst /TN = 1.2,当TL=0.3TN时,应采用________________起动。

    Y-△换接起动

    TstY/Tst=1/3

    TstY=0.4 Tst > TL= 0.3TN

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    第六节 单相异步电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 电容分相式异步电动机

    • 罩极式异步电动机

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    1 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    A

    X

    B

    Y

    u~

    S

    2

    C

    一、电容分相式异步电动机

    两个相位差90°的电流分别通过在空间上相差90°的两个绕组,能产生旋转磁场。从而对转子产生电磁转矩。

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    A此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    90°

    45°

    n1

    N

    S

    B

    Y

    A

    X

    N

    S

    B

    Y

    A

    X

    N

    S

    B

    Y

    X

    i

    O

    当开关S在“1”位置时,电容器与BY绕组串联,电动机顺时针方向转动。

    当开关S接到“2”位置时,电容器与AX绕组串联,电动机逆时针方向转动。

    ωt=0°

    ωt=45°

    ωt=90°

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    短路环此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    转子

    定子

    磁极

    二、罩极式异步电动机

    定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场,使转子转起来。

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    第七节 三相同步电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 基本结构

    • 转动原理

    • 功率因数可调性

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    定子绕组此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    (三相)

    定子

    一、基本结构

    三相同步电动机的定子与三相异步电动机的定子绕组相同,可以联结成Y形和△形。

    三相同步电动机的转子装有磁极和激励绕组,分为凸极式和隐极式。

    A

    Z

    Y

    N

    S

    B

    C

    凸极转子

    X

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    二、转动原理此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    n1

    对称三相电源

    定子对称三相绕组

    旋转磁场

    n

    转子旋转

    吸引转子的磁极

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    三、功率因数可调性此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    改变转子激励电流,可以调节电动机的功率因数。

    正常激励电流- 功率因数为1时的激励电流

    激励电流 < 正常激励电流--电动机呈感性

    激励电流 > 正常激励电流--电动机呈容性

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    第八节 直流电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 基本结构

    • 工作原理

    • 机械特性

    • 直流电动机的使用

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    一、基本结构此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    直流电机由定

    子(磁极)、转子

    (电枢)和机座等

    部分构成。

    铁心

    励磁绕组

    N

    机座

    S

    S

    N

    转子

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    永磁式:由永久磁铁做成。此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    励磁式:磁极上绕线圈,然后在线圈中

    通过直流电,形成电磁铁。

    电枢铁心:由硅钢片叠装而成。

    电枢绕组:单个绕组元件组成。

    1. 定子

    定子的分类:

    2. 转子(电枢)

    由铁心、绕组(线圈)、换向器组成。

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    F此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    n

    F

    e

    e

    I

    二、工作原理

    电枢通入电流后,产生电磁转矩,使电枢在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动,又会在线圈中产生感应电动势(用e表示)。

    电刷

    b

    N

    a

    c

    d

    S

    换向器

    根据右手定则知,e和原通入的电流方向相反,电动机电枢绕组受力(左手定则)按逆时针方向旋转。

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    K此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。E:与电机结构有关的常数

     :磁通

    n:电动机转速

    三、机械特性

    根据励磁线圈和转子绕组的联接关系,励磁式的直流电机又可细分为:

    他励电动机:励磁线圈与转子电枢的电源分开。

    并励电动机:励磁线圈与转子电枢并联接到同一电源上。

    串励电动机:励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。

    复励电动机:励磁线圈与转子电枢的联接有串有并,接

    在同一电源上。

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    其中此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    Ia

    If

    E

    Uf

    U

    M

    1. 他励电动机

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    n此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    n0

    nN

     n

    T

    TN

    n0: 理想空载转速,即T=0时的转速。(实际工作时,由于有空载损耗,电机的T不会为0。)

    根据 n-T 公式得到特性曲线

    当 T 时n ,但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小,所以在负载变化时, 转速 n 的变化不大,属硬机械特性。

    O

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    I此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。f

    U

    M

    2. 并励电动机

    Ia

    E

    并励电动机和他励电动机的机械特性一样。

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    U

    E

    n

    M

    T

    3.串励电动机

    据此公式得到 T-n 曲线

    随转矩T的增大,n 下降得很快,这种特性属软机械特性。

    O

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。串励电动机在轻载或空载运行时,转速很高,容易使电动机损坏,所以串励电动机不能在轻载或空载运行。

    直流电动机特性类型的选择:

    • 恒转矩的生产机械(TL一定,和转速无关)要选硬特性的电动机,如: 金属加工、起重机械等。

    • 恒功率负载(P 一定时,T 和 n 成反比),要选软特性电机拖动。如:电气机车提升设备等。

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    四、直流电动机的使用此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    1. 起动

    直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。

    • 起动电流大

    起动时,n =0

    Ist太大会使换向器产生火花,烧坏换向器。

    • 起动转矩大

    起动时,起动转矩为(10~20)TN, 造成机械冲击,使传动机构遭受损坏。

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    (1) 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。电枢串电阻Rst起动法

    在满磁下将Rst置最大处,逐渐减小Rst使n升高。

    (2) 降压起动法

    最大起动电压Ust为

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    2. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。调速

    与异步电动机相比,直流电动机结构复杂,价格高,维护不方便,但它的最大优点是调速性能好。

    直流电动机调速的优点:

    (1)调速均匀平滑,可以无级调速。

    (2)调速范围大,调速比可达200 (他励式)以上(调速比等于最大转速和最小转速比)。

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    电压增大此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    n

    n0

    n0'

    n0"

    O

    T

    • 改变电压调速

    由转速公式知:

    调电压U,n0变化,但斜率不变,所以调速特性是一组平行曲线。

    改变电压调速的特点:

    • 工作时电压不允许超过UN,而n U, 所以调速只能向下调。

    • 均匀调节电枢电压,可得到平滑无级调速。

    • 机械特性较硬,并且电压降低后硬度不变,稳定性好,适合于恒转矩调速。

    • 调速幅度较大。

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    n此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    (减小)

    Rf

    O

    T

    TL

    • 改变磁通调速

    可见:在U 一定的情况下,改变可改变转速n 。

    一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即

    RfIf    n

    改变时的机械特性如图。

    *磁通只能减小,n只能上调。

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    变磁通调速特点:此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 调速平滑,可得到无级调速;但只能向上调,受机械本身强度所限,n不能太高。

    • 调速设备简单,经济,电流小,便于控制。

    • 机械特性较硬,稳定性较好。

    • 若调速后Ia保持不变,电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。

    • 这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机床)。

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    n此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    n0

    电阻增大

    T

    • 电枢回路串电阻调速

    电枢中串入电阻,使 n ,n0不变,即电机的特性曲线变陡(斜率变大),在相同力矩下,n。特性曲线如图。

    O

    电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻,电阻增大则转速下降,因此 n 只能下调。

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    改变直流电机转向的方法:此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    (1)改变励磁电流的方向。

    (2)或改变电枢电流的方向。

    变电枢电阻调速特点:

    • 设备简单,操作方便。

    • 机械特性软,稳定性差。

    • 能量损耗大,只用于小型直流电机。

    2. 反 转

    电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。

    注意:改变转动方向时,励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。

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    3. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。制动

    与异步电动机相似,直流电机制动的所采用的常用方法:

    反接制动、能耗制动

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    第九节 控制电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    • 伺服电动机

    • 测速发电机

    • 步进电动机

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    交流伺服电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    直流伺服电动机

    一、伺服电动机

    伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度,驱动控制对象。

    伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控

    制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。

    伺服电动机可分为两类:

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    1. 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。交流伺服电动机

    交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组:励磁绕组和控制绕组。

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    励磁绕组此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    +

    +

    +

    SM

    ~

    +

    控制绕组

    励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。

    适当选择电容的大小,可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。

    工作时两个绕组中产生的电流İf 和İC的相位差近于90º,因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便转动起来。

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    n此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    U2

    0.8 U2

    0.6U2

    0.4 U2

    o

    T

    加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励

    磁电压不变),由于旋转磁场的旋转方向发生变

    化,使电动机转子反转。

    交流伺服电动机的机械特性

    在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的

    下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,

    电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。

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    I此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    If

    +

    +

    UC

    Uf

    U

    SM

    2. 直流伺服电动机

    直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。

    直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机相同。

    直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样。

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    n此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    UC

    0.8UC

    0.6UC

    0.4UC

    T

    O

    机械特性曲线

    由机械特性可知:

    (1) 一定负载转矩下,当磁通不变时,U2 n。

    (2) U2=0时,电机立即停转。

    电动机反转:改变电枢电压的极性,电动机反转。

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    二、测速电动机此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    测速发电机是一种转速测量传感器。在许

    多自动控制系统中,它被用来测量旋转装置的

    转速,其输出的电压大小与转速成正比。

    测速发电机分为交流和直流两种类型。

    直流测速发电机分永磁式和他励式两种。

    两种电机的电枢相同。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场,因而没有励磁线圈;他励式的结构与直流伺服电机相同,工作时励磁绕组加直流电压Uf励磁。

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    I此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。a

    +

    +

    RL

    Uf

    E

    U

    Ra

    TG

    当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时,电枢产生电动势E,其大小为:

    则:

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    U此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    RL1>RL2

    RL=

    RL1

    RL2

    n

    O

    可见,当励磁电压Uf保持恒定时( 亦恒

    定),若Ra、RL不变,则输出电压U的大小与

    电枢转速 n 成正比。

    *由于直流电机中存在着电枢反应现象,使得输出电压U与转速n 有一定的线性误差。 RL越小、n 越大,误差越大。因此,在使用中应对RL的大小有要求。

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    A此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    B

    C

    三、步进电机

    步进电动机是利用电磁铁的作用原理,每输入一个电脉冲,电动机就转动一定的角度或前进一段距离,所以步进电动机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线位移的执行元件。

    定子

    1.基本结构

    转子

    定子内圆周均匀分布着六个磁极,磁极上有励磁绕组,每两个相对的绕组组成一相。

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    1此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    4

    2

    3

    A

    C'

    B'

    C

    B

    A

    A'

    C'

    B'

    4

    A

    1

    3

    2

    B'

    C'

    C

    B

    1

    4

    2

    A'

    3

    B

    C

    A'

    2.工作原理

    步进电动机工作时,定子各相绕组要轮流输入脉冲压电通电,从一次通电到另一次通电称为一拍,每一拍转子转过的角度称为步距角,步距角的大小与通电方式有关。

    • 三相单三拍

    A相绕组通电,B、C相

    不通电。由于在磁场作用下,转子的1、3齿与A、A′极对齐。

    当C相通电时,转子再转过30角,1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。

    B相通电时,转子会转过30角,2、4齿和B、B´磁极轴线对齐。

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    此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。AB C A  ……的顺序给三相绕组轮流通电,转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角),每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。

    改变定子三相绕组通电顺序AC  B A  ……转子反向一步一步旋转。

    θ为步距角,Z为转子齿数, N为拍数,f为信号频率。

    则:

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    A此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    B'

    C'

    1

    4

    2

    3

    B

    C

    A'

    A

    C'

    B'

    4

    1

    3

    2

    C

    B

    A'

    • 三相双三拍

    按AB BC  CA的顺序给三相绕组轮流通电。

    A、B相同时通电,A、A'磁极拉住1、3齿,B、B' 磁极拉住2、4齿,转子转过30。

    A、B相同时通电,

    A、A' 磁极拉住1、3齿,B、B' 磁极拉住2、4齿,转子转过30。

    改变三相绕组通电顺序ACCB BA ,步进电机反向旋转。

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    • 三相六拍此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。

    按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮流通电,是三相单三拍和三相双三拍的交替混合方式。

    要完成一个循环,要经过六次换接绕组的通电状态,所以称为三相六拍,其步距角

    θ=15°。

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    返回此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组成)。


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