自动化外语教学课件

1、自动化专业英语教程自动化专业英语教程 教学课件 July 28, 2007 Email : http: / P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 A 交流机交流机 1. 课文内容简介：主要介绍专业课电机与拖动中感应电 机、同步电机、变阻抗电机的结构、特点和适用场合、速 度-转矩特性等内容。 2. 温习电机与拖动中讲述交流电机的相关内容。 3. 生词与短语 sinusoidal adj. 正弦的 constant-speed adj. 恒速的 variable-speed adj. 变速的 induction machine 感应电机

2、synchronous machine 同步电机 VRM 变磁阻电机 switched reluctance machine 开关磁阻电机 rugged adj. 结实的，耐用的 fractional adj. 分数的 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 concentrated coil 集中绕组 distributed adj. 分散的，分布的 slot n. 槽 wound-rotor n. 绕线转子 cage n. 笼子，笼形 core n. 铁心 laminated adj. 分层的，叠片的 ferromagnetic a

3、dj. 铁磁性的，铁磁体的 air gap 气隙 salient adj. 凸起的，突出的 synchronous speed 同步转速 leading adj. 超前的 hydro-electric adj. 水力发电的 nonsalient adj. 非凸起的，隐藏的 amortisseur n. 阻尼器 damper winding 阻尼绕组 encoder n. 编码器 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 4.难句翻译 1 Neglecting the effect of slots and space harmonics

4、due to non-ideal winding distribution, it can be shown that a sinusoidal three-phase balanced power supply in the three-phase stator winding creates a synchronously rotating magnetic field. 如果忽略槽和由于非理想分布的绕组产生的空间谐波的影 响，可以证明，在三相定子绕组中能以三相对称电源建立 一个同步旋转的旋转磁场。 2 The rotor winding will be subjected to a sw

5、eeping magnetic field, and have inducing current in the short- circuited rotor. 转子绕组切割磁场，就会在短路的转子中产生感应电流。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 3 This is in contrast to a machine with a cylindrical rotor structure having a uniform air gap (such as an induction motor), defined as a nonsali

6、ent pole machine. 与其(凸极式同步机)对应的另一种电机是有均匀气隙的圆 柱体形转子结构的电机(与异步机相似)，定义为隐极式同 步电机。 4 For example, the stator-pole pair A-A is energized when the rotor pole-pair a-a approaches it to produce the torque by magnetic pull, but is de-energized when pole alignment occurs. 例如，当转子极对a-a接近定子极对A-A时，定子极对A- A被通电，通过磁拉力

7、产生转矩，当两个极对重合时，定 子极对A-A断电。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 5.参考译文 A 交流机交流机 简介简介 将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电机是传 动系统中的主要组成部分。从电学、机械学和热学的角度 看，电机具有复杂的结构。虽然一百多年前就开始使用电 机，关于电机的研究与开发工作一直在继续。但是，与电 力电子器件和电力电子变换器相比，电机的发展十分缓慢。 从传统观念上，由恒频正弦电源供电的交流机一直用于恒 速场合，而直流机则用于变速场合。但在最近二、三十年， 我们已经看到在变频、变速交流机传动技术上取

8、得的研究与 开发成果，并且它们正逐步取代直流传动。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 在大多数情况下，新设备都使用交流传动。 一般可将交流机分类如下： 感应电机：鼠笼或绕线式转子（双馈），旋转或直线运 动； 同步电机：旋转或直线运动，启动、绕线式激磁（转 子）或永磁磁铁，径向或轴向气隙（圆盘状），凸磁极或内 （隐）磁极，正弦波磁场或梯形波磁场； 变阻抗电机：开关磁阻电机，步进电机。 感应电机感应电机 在所有的交流电机中，感应电机，尤其是鼠笼型感应电 机，在工业上得到了最广泛的应用。这些电机价格便宜、结 实、可靠，并且从不到一个马力

9、到数兆瓦容量的电机都可买 到。小容量电机一般是单相电机，但多相（三相）电机经常 用于变速传动。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 bs Stator as axis cs bs Rotor as Stator cs cr br ar cr br ar r Rotor ar axis as 图 1-6A-1 理想化的三相、两极感应电机 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 图1-6A-1给出了一台理想的三相、两极感应电机，图中 定子和转子的每一个相绕组用一个集中线圈来表示。

10、三相绕 组在空间上按正弦分布并嵌入在槽里。对绕线式转子电机而 言，转子绕组与定子绕组类似，但鼠笼式电机的转子具有鼠 笼状结构，并且有两个短路环。基本上，感应电机可以看作 是一个具有可旋转并且短路的二次绕组的一台三相变压器。 定子和转子的核用层压铁磁钢片制成，电机内的气隙实际上 是均匀的（非凸极结构）。 感应电机的一个最基本的原理是在气隙中建立旋转和按 正弦分布的磁场。如果忽略槽和由于非理想分布的绕组产生 的空间谐波的影响，可以证明，在三相定子绕组中能以三相 对称电源建立一个同步旋转的旋转磁场。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 旋

11、转速度由公式(1-6A-1)给出 Ne称作同步转速，单位是转/分， 是定子频率， 单位是赫兹。P是电机的极对数。 转子绕组切割磁场，就会在短路的转子中产生感应电 流。气隙磁通和转子磁动势的相互作用产生转矩使转子旋 转。但转子的转速低于同步转速。因此称它为感应电机或异 步电机。为了满足各种工业应用中对启动和运行的要求，可 从制造厂家得到几种标准设计的鼠笼电机。 e e 1 2 0 f N P (1-6A-1) ee / 2f P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 最常见的转矩-速度特 性，与国家电气制造协会的 标准一致的，并很容易获得

12、和定型的设计，如图1-6A-2 所示。这些电机中最有意义 的设计变量是转子笼型电路 的有效阻抗。 A类电机 这类电机适用于 启动负载低（诸如风扇、泵 类负载）以便能快速达到全 速，因而避免了启动过程电 机过热的问题。对大容量电 机而言，需要降压启动以限 制启动电流。 D C B A T /Nm 200 300 100 0 ns n /rm in 1 图 1-6A-2 各类感应电机 的机械特性曲线 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 B类电机 这类电机是很好的通用电机，有着广泛的工业 应用。它们特别适合对启动转矩要求不是特别严格的恒速

13、驱 动。比如驱动风扇、泵类负载、鼓风机和电动发电机组。 C类电机 C类电机适合驱动压缩机、输送机等等。 D类电机 此类电机适合驱动要求迅速加速的间歇性负载 和冲床、剪床这样的高冲击性负载。在驱动冲击性负载的情 况下，在系统中加一个调速轮。当电机转速随负载冲击有点 下降时，在负载冲击期间调速轮释放它的一部分动能。 同步电机同步电机 同步电机，正像名字所表示的，一定是像公式(1-6A-1) 那样以同步速度旋转。对感应电机恒速驱动应用而言，它是 一位非常重要的竞争者。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 cs bs as csbs Rot

14、or qe axis S N 图 1-6A-3 理想化的三相、两 极同步电机 Rotor Stator as Stator as axis Rotor de axis e P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 图1-6A-3给出了一台理想的三相、两极绕线式激磁的同 步电机。同步电机的定子绕组与感应电机的定子绕组一样， 但同步电机的转子上有一个绕组，这个绕组通过直流电流， 在气隙中产生磁通，该磁通协助定子感应的旋转磁场来拉动 转子与它一同旋转。直流激磁电流由静态整流器通过滑环和 电刷提供给转子，或由无刷励磁电源提供。因为转子总是以 同步

15、转速旋转，同步旋转的de-qe 轴与转子的相对位置是不 变的，如图所示，de 轴对应N极。在转子中没有定子感应的 感应电势，因此转子的磁动势仅由激磁绕组提供。这使得电 机在定子侧可以任意的功率因数运行，即引前、滞后或同 相。从另一角度说，在感应电机中，定子给转子提供励磁使 得电机功率因数总是滞后。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 转矩产生的原理有点类似于感应电机。如图所示的同步 电机是凸极式同步机，因为转子周围的气隙是不均匀的，不 均匀的气隙在d 轴和q 轴上造成了不对称的磁阻。与其(凸极 式同步机)对应的另一种电机是有均匀气隙

16、的圆柱体形转子结 构的电机(与异步机相似)，定义为隐极式同步电机。例如， 水电站使用的低速发电机是凸极同步机，而火力发电厂使用 的高速发电机是隐极式同步机。除激磁绕组之外，转子通常 有一个阻尼器，或叫阻尼绕组，它就像感应电机中短路的鼠 笼棒。同步机更昂贵但效率也高一些。绕线式激磁绕组同步 机通常用于大功率（数兆瓦）驱动。 变阻抗电机变阻抗电机 变阻抗或双阻抗电机，正像名字所表示的那样，有两个 凸极，这意味着电机的定子和转子都是凸极结构。如前所 述，变阻抗电机有两种：开关磁阻电机和步进电机。 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 步进电

17、机基本上是一种数字电机，即它根据数字脉冲运 动固定的步数或角度。小型步进电机广泛用于计算机外围设 备。然而，由于步进电机不适合调速应用场合，不再作进一 步讨论。 有关文献对开关磁阻电机驱动十分关注，最近做了许多 工作来使其商品化以参与和感应电机的竞争。图1-6A-4给出 了有四对定子极对数、三对转子极对数的四相开关磁阻电机 的截面图。电机转子没有任何绕组或永磁磁铁。定子极上有 集中绕组（不是正弦分布绕组），每一对定子极绕组，如图 所示，由变换器的一相供电。例如，当转子极对a-a接近定 子极对A-A时，定子极对A-A被通电，通过磁拉力产生转 矩，当两个极对重合时，定子极对A-A断电。 P1U6A

18、 AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 图 1-6A-4 开关磁阻电机的结构 A BD C B A D C S1S2 S3 S4 Forward r 18 18 42 P1U6A AC Machines 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 借助于转子位置编码器，电机的四对绕组依次、与转子 同步得电，得到单向转矩。可给出转矩的幅值 式中m =感应速率，i = 瞬时电流。感应速率恒定则电流i 为 常数。高速运行时，转子感应的反电动势也高。 这种电机的优点是结构简单、坚固；也可能它比其它电 机要便宜一些。但是，这种电机有转矩脉

19、动和严重的噪声问 题。 2 e 1 2 Tmi P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 B 感应电机传动装置感应电机传动装置 1.课文内容简介：主要介绍专业课电力拖动自动控制系统 中交-直-交电压型变频器调压调速的原理、特点和适用场 合、正弦脉宽型逆变器的优点等内容。 2.温习电力拖动自动控制系统中讲述交流调速的基本类 型和交流变压调速系统的相关内容。 3. 生词与短语 slip n. 转差（率） mechanism n. 机理（制），作用，原理 square-wave n. 方波 pulse-w

20、idth modulation 脉宽调制 force-commutation n. 强制换向 with respect to 相对于 fictitious adj. 假想的 line to line voltage 线电压 lagging n. 滞后 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 clamp v. 箝位，定位 airgap = air gap 气隙 leakage n. 漏 horsepower n. 功率 field-weakening n. 弱磁 supersede v. 取代 is

21、osceles adj. 等腰的 carrier n. 载波，载体 even adj. 偶数的 notch n. 换相点，换级点 rms = root-mean-square 有效值，方均根 look-up table 查询表 confine v. 限制（在范围内） distortion n. 失真 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 4. 重点语法现象复习 过去分词短语作状语，用以表示时间、原因、让步、 方式或陪衬情况。必须注意过去分词表示的被动行为对象是 句中主语。 at 用于表示速度、温

22、度、价格、成本和比率。 should 用于表示建议、要求、决定、命令等意义的主 从复合句内，这时从句谓语一般是“should动词原形”。 5. 难句翻译 1 However, as the frequency is increased, the machine airgap flux falls causing low developed torque capability. 然而随着频率增加，电机的气隙磁通下降，导致产生的转 矩降低。 句中causing引出的短语做结果状语。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动

23、装置感应电机传动装置 2 In a well-designed PWM drive, the commutation frequency should be increased as permitted by the devices so as to obtain a good balance between the increase of inverter loss and decrease of machine loss. 在设计完善的PWM传动系统中，应在器件允许的条件下 增加换相频率，以便在逆变器损耗的增加和电机损耗的降 低之间找到一个合适的平衡点。 so as to接动词不定式，可译

24、作“为的是”、“以便”； soas to 接动词不定式，意思是“如此以致”。 6. 参考译文 B 感应电机传动装置感应电机传动装置 感应电机的转速由电机的同步速和转差决定。同步速与 电源频率有关，转差由供给电机的电压或电流调节控制。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 为控制感应电机的转速，存在几个机理，它们是： (1) 变电压恒频率或定子电压控制 ，(2) 变电压变频率控制， (3) 变电流变频率控制，和 (4) 转差功率调节。这些方法之一， 变电压变频率控制可被描述如下。 方波逆变器传动装

25、置方波逆变器传动装置 馈电电压逆变器（也称电压源逆变器，VSI）通常分为 两类：方波逆变器和脉宽调制逆变器。此类逆变器从二十世 纪六十年代初，当先进的强制换相技术开始发展时就被提 出。 图1-6B-1显示了方波逆变器传动装置的传统电力电路， 三相桥整流器把交流电变换为可变电压的直流电，作为强制 变换桥逆变器的输入。逆变器产生变电压变频率电源，控制 电机速度。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 Id L ia C + Ud 0 M 120 整流器 滤波器 逆变器 6 阶梯电压波 图1-6B-1

26、 变电压变频率感应电机传动装置 (未显示逆变器的强迫换流电路) P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 由于大的滤波电容器给逆变器提供了一个刚性的电压 源，且逆变器的输出电压不受负载种类的影响，因此，此类 逆变器叫做馈电电压逆变器。通常，相对于假想的直流电源 的中心点，逆变器每一桥臂上的每个晶闸管导通180，在 电机的一相产生方波电压。线电压可被显示为如图所示的六 个阶梯形电压波。因为感应电机构成了滞后的功率因数负 载，所以逆变器的晶体管需要强制换相。反馈二极管可利用 滤波电容器促进负载无功能量的

27、循环，并维持输出电压定位 在直流链接电压上，二极管也参与换相和制动过程。 变压变频速度控制方法的理论可由图1-6B-2和1-6B-3来 帮助解释。用于此类传动装置的电机具有低转差特性，并提 高效率。电机转速可通过简单改变同步速，例如，改变逆变 器频率来改变。然而，随着频率的增加，电机的气隙磁通下 降，导致产生的转矩降低。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 恒功率（额定） 恒转矩 （额定） 定子阻抗补偿 1.0 0 1.0 2.5 转矩曲 线 定子电流（额定） 电压曲 线 频率(标幺值) 图

28、1-6B-2 感应电机的电压-频率关系 电压 (标幺值) P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 恒转矩区 B 0 1.0 1.0 负载转矩 (恒定) 最大转矩包络线 负载转矩 (随速度变化) 恒功率区 Torque-speed curves with reduced g 稳态点 A 速度 (标幺值) 图1-6B-3 变电压变频率电源的感应电机的转矩-转速曲线 转矩 (标幺值) P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置

29、感应电机传动装置 如果电压随频率变化，从而使电压/频率之比保持恒定， 则就像直流并激电机一样可使气隙磁通保持不变。图1-6B-2 显示了期望的电机电压-频率关系。在基频(1.0 标幺值) 以 下，气隙磁通由于伏特/赫兹恒定而保持不变，这将导致恒定 的转矩。处于低频时，定子阻抗超过漏感，占主导地位，因 此，附加电压被施加，以补偿此作用。处于基频时，通过前 推整流器触发角至所允许的最小值，电机全电压被建立，高 于基频后，当频率增加时，由于气隙磁通的损失，转矩下 降，电机以如图所示的恒功率方式运行。这与直流电机弱磁 调速类似。电机恒转矩和恒功率区的转矩-转速曲线如图1- 6B-3 所示，其中每一条转

30、矩-转速曲线都对应于电机接线端 特定的电压和频率组合。分别对应于恒定负载和变化负载的 两个稳态运行点A 和 B如图所示。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 电机以最大可得转矩从零加速，以恒磁通转差控制方式 或以恒转差磁通控制方式达到稳定点。稳态运转的磁通和转 差调节均可提高电机效率。 馈电电压方波传动装置通常用于中、小功率的工业场 合，其调速比一般不超过10:1。最近，此类传动装置在很大 程度上已被下一部分将要介绍的PWM传动装置所代替。馈 电电压逆变器非常适合多电机驱动，在这种情况下，许多

31、感 应电机的速度可得到精确控制。 脉宽调制型（脉宽调制型（PWM） 逆变器传动装置逆变器传动装置 在前一部分描述的变压变频逆变器传动装置中，若使用 二极管整流器，则直流链接（link）电压不可控，基频输出 电压可利用脉宽调制技术在逆变器中进行控制。利用这种方 法，晶闸管在半周期中开合多次，产生低谐波的变压输出。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六单元课文第一部分第六单元课文B B 感应电机传动装置感应电机传动装置 在几种脉宽调制（ PWM） 技术中，正弦脉动宽调制 （PWM）是最常见的，其原理如图1-6B-4所示。 C arrier w ave S in e w ave U p per th yristor O N L o w er th yristor O N + 5 V 5 V 0 0 u t u t 图1-6B-4 脉宽调制的原理 P1U6B Induction Motor Dri