电动机原理与控制-文档资料

1、高级电工培训1电机与拖动电机与拖动高级电工培训2目录目录第一章第一章 直流电机基本结构及原理直流电机基本结构及原理第二章第二章 发电机原理发电机原理第三章第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理第六章第六章 交流伺服电机的结构及控制原理交流伺服电机的结构及控制原理高级电工培训3第一章第一章 直流电机基本结构及原理直流电机基本结构及原理第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训4一、磁场对电流的作用一、磁场对电流的作用通常把通电导体在磁场中受到的力称为电

2、磁力电磁力，也称安培力。左手定则左手定则第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训5第一章 直流电机基本结构及原理二、直流电机认识二、直流电机认识高级电工培训6三、电机运动原理三、电机运动原理FFFF1234第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训7四、直流电机模型四、直流电机模型第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训8五、直流电机结构五、直流电机结构第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训9六、直流电机的励磁方式六、直流电机的励磁方式他励他励串励串励并励并励复励复励永磁材料励磁永磁材料励磁第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训10七、直流电机优缺点七、直流电机优缺点p由于这些特点

3、，一般应用于大型机床，日常生活小电器中，如收录机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、电动玩具、手机振动等。u直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。u直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。u易于控制，可靠性较高u由于存在换向器，其制造复杂，价格较高第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训11八、他励直流电动机的基本方程式八、他励直流电动机的基本方程式U电枢电压（V）Ia电枢电流（A）Ra电枢回路中总电阻（） To空载转矩； TL负载静阻转矩，电动机稳定运行时第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训12直流电动机输入的电功率是不可能全部转换成机械功率的，直流电动机输入的电功率是不可能

4、全部转换成机械功率的，因为在转换的过程中存在着各种损耗。按其性质可分为机因为在转换的过程中存在着各种损耗。按其性质可分为机械损耗械损耗Pm，铁心损耗，铁心损耗PFe，铜损，铜损PCu和附加损耗和附加损耗PS四种。四种。电动机总损耗电动机总损耗PPm + PFe + PCu + PS电网向电动机输入的电功率电网向电动机输入的电功率P1U I U Ia 电动机输出的机械功率电动机输出的机械功率P2P1P 直流电动机的效率直流电动机的效率=( P2 / P1 )100八、他励直流电动机的基本方程式八、他励直流电动机的基本方程式第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训13直流电机的额定数据直流电机的

5、额定数据额定容量额定容量PN： 输出功率，单位输出功率，单位kW额定电压额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位：额定状态下出线端电压，单位V额定电流额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位：额定状态下出线端电流，单位A额定转速额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位额定状态下的电机转速，单位r/min额定励磁电压、额定励磁电流和励磁方式等。额定励磁电压、额定励磁电流和励磁方式等。第一章 直流电机基本结构及原理高级电工培训14第二章 发电机原理第二章 发电机原理高级电工培训15法拉弟 1821年提出“由磁产生电”的设想。 经过10年的探索，1831年8月29日发现了电磁感应现象，开辟了人类的

6、电气化时代。一、电磁感应现象一、电磁感应现象第二章 发电机原理高级电工培训16二、磁感应现象二、磁感应现象闭合电路的一部份导体在磁场闭合电路的一部份导体在磁场中做切割磁力线运动时产生电中做切割磁力线运动时产生电流的现象称为电磁感应现象。流的现象称为电磁感应现象。第二章 发电机原理高级电工培训17三、发电机认识三、发电机认识第二章 发电机原理高级电工培训18四、发电机原理第二章 发电机原理高级电工培训19结结 论论u从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机远行，只是约束的条件不同而电动机运行，也可以作为发

7、电机远行，只是约束的条件不同而已。已。u在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机；而成为电动机；u如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。机将机械能转换成电能而成为发电机。u同一台电机既能作电动机又能作发电

8、机运行的这种原理，在同一台电机既能作电动机又能作发电机运行的这种原理，在电机理论中称为可逆原理。电机理论中称为可逆原理。第二章 发电机原理高级电工培训20第三章第三章 三相异步电动机的三相异步电动机的基本结构与工作原理基本结构与工作原理一、三相异步电动机概述一、三相异步电动机概述二、三相异步电动机结构二、三相异步电动机结构三、基本作用原理三、基本作用原理四、机械特性四、机械特性五、三相异步电动机的铭牌数据五、三相异步电动机的铭牌数据第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训21一、三相异步电动机概述一、三相异步电动机概述 第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训22

9、1.电能转换为机械能的动力设备2. 结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点3.应用十分广泛第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理一、三相异步电动机概述一、三相异步电动机概述高级电工培训23二、三相异步电动机结构二、三相异步电动机结构第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训24绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机二、三相异步电动机结构二、三相异步电动机结构第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训25二、三相异步电动机结构二、三相异步电动机结构第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训26二、三相异步电动机结构二、三

10、相异步电动机结构铸铝式笼型转子铸铝式笼型转子笼型转子笼型转子第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训273.13.1基本原理基本原理磁场转动起来磁场转动起来三、基本作用原理三、基本作用原理第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训28U1V2W1V1W2异步电动机中，旋转磁场代替了旋转磁极异步电动机中，旋转磁场代替了旋转磁极UiViWimIt0n()电流出电流出( )电流入电流入U2U1V1W 1sinsin120sin240mmmiItiItiIt3.23.2旋转磁场的产生旋转磁场的产生第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训29180t120t三相对

11、称绕组通入三相对称电流就形成三相对称绕组通入三相对称电流就形成旋转磁场旋转磁场 0t 300t 60t0n60U2U1V1W2W1V20nU2U1V1W2W1V20nU2U1V1W2W1V2U2U1V1W2W1V2 240t0nU2U1V1W2W1V2UiViWitmI060120180240300)0360O（第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理0nU2U1V1W2W1V2高级电工培训303.33.3旋转磁场的转速大小（同步转速）旋转磁场的转速大小（同步转速）分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。 则同步转速（旋转磁场的速度）

12、为：则同步转速（旋转磁场的速度）为：AiBiCimItU1V2W1V1W20nU2第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训31极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1pAXYCBZNSAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBi2p3.33.3旋转磁场的转速大小（同步转速）旋转磁场的转速大小（同步转速）第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训32三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pfn min）r/ ( p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f = 50 Hz

13、 时，不同极对数时的同步转速如下时，不同极对数时的同步转速如下:p为任意值时：为任意值时：3.33.3旋转磁场的转速大小（同步转速）旋转磁场的转速大小（同步转速）第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训333.43.4电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn 无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流0n

14、n 提示提示：如果如果第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训34 3.53.5转差率转差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训35 方法：和电源相接的任意两相互换。方法：和电源相接的任意两相互换。正转正转A B CM3电电 源源3.63.6电机换向解决方法电机换向解决方法n反转反转ABCM3电电 源源n第三章 三相

15、异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训36旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训37n0TnNT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )/转()(9550602分千瓦NNNNNnPnPT（牛顿（牛顿米）米）NTnN（电动机在额

16、定负载时的转矩。）（电动机在额定负载时的转矩。）四、三相异步电动机的机械特性四、三相异步电动机的机械特性第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训38 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ：( 2 )maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训39过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2.28.1 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则电机

17、将停转。致使，否则电机将停转。致使注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL （2）电机严重过热电机严重过热0n121)(s II2021max21XKUT第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训40stT起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中则则21220222)(UXRRKTstLstTT stT体现了电动机带载起动的

18、能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能起动，电机能起动，否则将起动不了。否则将起动不了。第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训41五、五、 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 Y132M-4型电动机型电动机三相异步电动机三相异步电动机型号型号 Y132M-4 功率功率7.5KW 频率频率50Hz电压电压380V 电流电流15.4A 接法接法转速转速1440 r/min 绝缘等级绝缘等级 B 工作方式：连续工作方式：连续功率因数功率因数 0.85 效率效率(%) 87 年年 月月 编号编号 XX电机厂电机厂第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培

19、训421.型号：表明不同用途，不同环境。型号：表明不同用途，不同环境。三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高机座长度代号机座长度代号磁极数磁极数Y 132 M-4磁极数磁极数(极对数极对数p=2)同步转速同步转速1500转转/分分分）转/( 600pfn 第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训43转差率转差率0.04 150014401500s如：如：n =1440 转转/分分1NN1 nnsn电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。2.额定转速额定转速（n）第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训443.联接方式

20、：联接方式：Y/ 接法：接法： Y接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：定子绕组的接法：定子绕组的接法：电机容量电机容量3kW采用连接采用连接电机容量电机容量3kW采用采用Y连接连接第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训454.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5。 在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压

21、过高 或过低都会使电或过低都会使电动机的电流大于额定值动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。从而使电动机过热。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训4611IUNfU11144.4电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响1U1I11IUsnnns02E202sEE 2I1I1Un小1U大1UTnI第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训475.额定电流：额定电流：定

22、子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A48.6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为，相电流为6.48A；星；星形接法时线、相电流均为形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的关系为：）。两者的关系为：2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训48 额定负

23、载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9， 空载时功率因数很低约为空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容注意：实用中应选择合适容量的电机，量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7.功率因数功率因数(cos 1)：P2PNcos 18.绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训49 例例: Y180M2

24、型三相异步电动机，型三相异步电动机，PN=22kW，UN= 380 V，IN= 42.2 A， 接法，接法，cos N= 0.89，fN= 50 Hz，nN= 2940 r/min。求额定运行时的：。求额定运行时的：(1)转差率；转差率；(2)定子绕组的相电流；定子绕组的相电流；(3)输入有功功输入有功功率；率；(4)效率；（效率；（5）电磁转矩。）电磁转矩。练习：练习：第三章 三相异步电动机的基本结构与工作原理高级电工培训50第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训51一、一、 三相异步机的起动三相异步机的起动1

25、.1起动电流起动电流Ist ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7倍。倍。定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 n=0，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训521.21.2三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：直接启动Y-隆压启动自耦隆压启动变频器/软启动控制启动其它控

26、制方式启动常见的启动电路定子串电阻或电抗器启动第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训53Y-降压启动电路第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用启动：SB2=1KM1、KM3、KT=1运行（低速）KT时间到，KT延时断触点=0KM3=0KM2=1KM1=1Y运行（高速）停止： SB1=0所有断开停止高级电工培训54自耦降压启动电路第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训55经验：电机同名端判断（剩磁法）(a)指针不动首尾端正确(b)指针晃动首尾端不正确第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训56反馈制

27、动反接制动常见的制动方式能耗制动二、二、 三相异步机的制动三相异步机的制动第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训572.1反馈制动1).反馈制动反馈制动(1)产生条件产生条件: 电动机的运行速度高于同步电动机的运行速度高于同步转速转速.此时此时S0,电机进入发电电机进入发电状态状态,电能反馈给电网电能反馈给电网.(2)运行状态运行状态: 有两种情况有两种情况. 位能转矩负载的起重机在下位能转矩负载的起重机在下放重物时的反馈制动状态放重物时的反馈制动状态. 可使重物匀速下降如右图中可使重物匀速下降如右图中a点点.b点是改变转子外接电阻点是改变转子外接电阻后的稳定工作点

28、后的稳定工作点.第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训58电源反接是突然改变三相电源的相序,旋转磁场反向;转子在由正变负的电磁转矩和负载转矩作用下迅速减速.反接制动时电流大,要在定子电路串电阻.2.2反接制动第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训59 (1)产生条件产生条件:电动机定子绕组脱离交流电源后电动机定子绕组脱离交流电源后,立即通入低压直流电立即通入低压直流电,直流电建立一个直流电建立一个恒稳磁场恒稳磁场,产生制动转矩产生制动转矩,系统贮存的能量消耗在电阻上系统贮存的能量消耗在电阻上. (2)机械特性机械特性:制动时制动时,特性从

29、下图中的特性曲线特性从下图中的特性曲线1之之a点平移至特性曲点平移至特性曲线线2之之b点点,在制动转矩和负载转矩的共同作用下在制动转矩和负载转矩的共同作用下,沿曲线沿曲线2迅速减速迅速减速,到到n=0. (3)特点特点:当当n=0时时,T=0,电动机不可能反方向起动电动机不可能反方向起动,能使电动机准确停车能使电动机准确停车.2.3能耗制动第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训60)1(60)1(10SpfnSn异步电动机的调速方式异步电动机的调速方式：三、三相异步机的调速三、三相异步机的调速第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训613.

30、13.1变极调速变极调速 磁极对数磁极对数p的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003磁极对数磁极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速n n0 0)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分）分）转转/( 75090电动机的同步转速取决于磁场的极对数电动机的同步转速取决于磁场的极对数)/( 6010分转pfn 第四章第四章 三相异步电动机

31、的使用三相异步电动机的使用高级电工培训62U U相两个线圈，相两个线圈，顺向串联，顺向串联，定子绕组产生定子绕组产生4 4极磁场。极磁场。反向串联反向串联和和反向并联反向并联，定子绕组产生，定子绕组产生2 2极磁场。极磁场。以以4 4极变极变2 2极为例：极为例：3.13.1变极调速变极调速 第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训631.变极调速只用于笼型电动机。变极调速只用于笼型电动机。2.绕组数量有限，最多绕组数量有限，最多4级调速；级调速；3.电机结构复杂电机结构复杂缺点：缺点：3.13.1变极调速变极调速 第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使

32、用高级电工培训643.2变转差率调速变转差率调速 1.改变定子电压调速改变定子电压调速 交流调压调速交流调压调速)()/(/3221212211221lleLLsRRsRpUT异步电动机的机械特性方程式异步电动机的机械特性方程式:其中：p为电机极对数； U1为相电压有效值 R1为定子每相绕组的内阻 Ll1为每相漏感 R2为折算到定子侧的每相电阻 Ll2为折算到定子侧的漏感第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训652.2.绕线式异步电动机转子串电阻调速绕线式异步电动机转子串电阻调速(1)应用范围应用范围: 只适用于线绕式异步电动机只适用于线绕式异步电动机.(2)原理电

33、路和机械特性与串电阻降压起动相同原理电路和机械特性与串电阻降压起动相同. 线绕式异步电动机的起动电阻线绕式异步电动机的起动电阻,适当增大电阻的容量适当增大电阻的容量,可作调速电阻可作调速电阻用用.(3)特点特点: 结构简单结构简单,动作可靠动作可靠;是有级调速是有级调速.(4)应用应用: 用于重复短时工作制的生产机械用于重复短时工作制的生产机械,如起重机械如起重机械.第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训663.3.绕线式异步电动机在转子回路中串级调速绕线式异步电动机在转子回路中串级调速其优点是：其优点是：可以通过某种控制方式，使转子回路的能量回馈到电网，可以通过某

34、种控制方式，使转子回路的能量回馈到电网，从而提高效率；在适当的控制方式下，可以实现低同步从而提高效率；在适当的控制方式下，可以实现低同步或高同步的连续调速。或高同步的连续调速。缺点是：缺点是：只能适应于绕线式异步电动机，且控制系统相对复杂。只能适应于绕线式异步电动机，且控制系统相对复杂。 第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训674.4.电磁转差离合器调速电磁转差离合器调速（异步电动机本身并不调速）（异步电动机本身并不调速）电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成。转差离合器以及控制装

35、置组合而成。第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训683.33.3变频调速变频调速 )1 (60)1 (11SpfNSN第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训691 1变频调速的条件变频调速的条件 三相异步电动机定子绕组的反电动势三相异步电动机定子绕组的反电动势E E1 1的表达式为的表达式为: :Eq=4.441N1kN1m=U1+U式中: Eq气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值； N1定子每相绕组的匝数； kN1定子绕组的基波绕组系数，kN1 1； 1定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率； m主磁通； U1 定子相电压。可见：

36、Eq1m 将U忽略，则EqU11m定子电压定子电压漏阻抗压降漏阻抗压降3.33.3变频调速变频调速 第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训70 当当U1 E1=C时，由时，由E1U11m 知，知，1m电动机磁路过饱和，电动机磁路过饱和，导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。 当当U1 E1=C时，由时，由E1U11m 知，知，1 m，铁芯利用不充分，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩同样的转子电流下，电磁转矩T ，电动机的负载能力下降，电动机的容，电动机的负载能力下降，电动机的容量得不到充分利用。量得不到充分

37、利用。因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通m =C，即，即U11= CE11=m第四章第四章 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用高级电工培训712 2基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速mU11=CE11=因为变频的同时还要改变电压，所以称为因为变频的同时还要改变电压，所以称为V/FV/F控制，也称为控制，也称为VVVFVVVF（Variable Voltage Variable FrequencyVariable Voltage Variable Frequency）。）。第四章第四章 三相异步电动机的

38、使用三相异步电动机的使用高级电工培训72第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训73一、一、 简介简介 步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。主要优点：主要优点：步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，仅与脉冲频率有关。它每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累，从而使它适合于在数字控制的开环系统中作为驱动电动机，也可用作闭环系统的驱动组件。主要缺点：主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，带惯性负载的能力不强。第五章第五章 步进电机

39、及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训74种类：种类：励磁方式磁阻式(反应式)永磁式混合式运行方式旋转型直线型平面型系统构成：系统构成：步进电机脉冲分配器脉冲放大器脉冲信号输入二、分类及组成二、分类及组成第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训753.1反应式步进电动机的结构反应式步进电动机的结构单段式多段式 a)径向磁路 b)轴向磁路三、三、 反应式步进电动机的结构与工作原理反应式步进电动机的结构与工作原理第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训76径向磁路1线圈；2定子；3转子轴向磁路1线圈；2定子；3磁轭4转子；5引出线3.1反应

40、式步进电动机的结构反应式步进电动机的结构第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训77三相反应式步进电动机有三种运行方式：三相单三拍运行；三相双三拍运行；三相单、双六拍运行 “三相”指步进电机的相数； “单”指每次只给一相绕组通电；“双”则是每次同时给二相绕组通电； “三拍”指通电三次完成一个循环3.2工作原理工作原理第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训781234AABBCCA相导通1234AABBCCB相导通1.三相单三拍运行方式三相单三拍运行方式1234AABBCCC相导通AABBCC1234A相导通第五章第五章 步进电机及其工作原理

41、步进电机及其工作原理高级电工培训79 按A-B-C-A的顺序通电，电机转子在磁阻转矩作用下沿ABC方向转动，电机的转速直接取决于控制绕组的换接频率。 定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，此时电机转子所转过的空间角度称为步距角。36090trZ9033ts齿距角：步距角：1234AABBCCAABBCC12341.三相单三拍运行方式三相单三拍运行方式第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训80按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同时给两相绕组通电，且三次换接为一个循环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。AB相导通BC相导通2.三相双三拍运行方式三相

42、双三拍运行方式第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训81 按A-AB-B-BC-C-CA或相反顺序通电，即需要六拍才完成一个循环，因此步距角为：156906ts1234AABBCCA相导通1234AABBCCB相导通AB相导通3.三相单、双六拍运行方式三相单、双六拍运行方式第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训82 对于其它相数的步进电动机，同样可以有多种运行方式，例如四相步进电动机有：四相单四拍，四相双四拍，四相单双八拍等运行方式。 一般而言，无论几相电机以及采用何种运行方式，步距角与转子齿数Zr和拍数N之间有如下关系：NZrs360(

43、机械角度)此处，m为控制绕组相数，C为状态系数，单三、双三拍时，C=1；单双六拍时C=2。mCN 4.电机转速电机转速第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训83故电机转速为：NZr1NZfnr60rpm 如果连续不断地输入脉冲，则电机转子就连续旋转，其转速与脉冲频率有关。每输入一个脉冲，转子转过：4.电机转速电机转速第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训84驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都要满足步进电动机的要求；要满足步进电动机起动频率和连续运行频率的要求；能最大限度地抑制步进电动机的振荡；工作可靠，抗干扰能力强；成本低、效率高，安

44、装维护方便。四、四、 步进电动机的驱动电源步进电动机的驱动电源4.1对驱动电源的基本要求对驱动电源的基本要求第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训854.2驱动电源组成驱动电源组成变频信号源脉冲分配器功率放大器步进电动机负载指令变频信号源：是一个脉冲频率由几赫到几十千赫可连续变化的信号发生器，可以是计算机或振荡器。脉冲分配器：一种逻辑电路，由双稳态触发器和门电路组成，它可能将输入的电脉冲信号根据需要循环地分配到脉冲放大器进行功率放大，并使步进电动机按选定的运行方式工作。第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训86三相单三拍脉冲分配器1J2J

45、2K1K1Q1Q2Q2QCPCP1Q2Q2Q1Q2QABC0U预置ABCJKQ(t+1)说 明101置“1”010置“0”00Q(t)不变11(t)求补QJK触发器真值表第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训87三相单、双六拍单转向脉冲分配器三相单、双六拍单转向脉冲分配器QQSRQQSRQQSRRS1RS2RS3123456ABC第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训88单极性驱动（反应式步进电动机）q单一电压型功率放大电路优点：线路简单，功率组件少，成本低。缺点：Rf1上要消耗能量，工作效率低。只适用于小功率步进电动机。如果电容C选择不

46、当，在低频段会使振荡有所增加，使低频性能变差。功率驱动电路功率驱动电路第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训89q高、低电压切换型功率放大电路优点：优点：电源功耗比较小，效率比较高。矩频特性好，启动和运行频率得到了很大的提高。主要缺点：主要缺点：低频运行时输入能量过大，造成电机低频振荡加重；增大了电源的容量，对功率管性能参数的要求高。常用于大功率步进电动机的驱动 第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训90q电流斩波驱动放大电路第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训91q调频调压驱动方式(a)低频；(b)高频第五

47、章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训92q细分驱动放大电路细分电流波形电流的每个阶梯，电机转动一步，步距角减小了很多。先放大后合成先合成后放大第五章第五章 步进电机及其工作原理步进电机及其工作原理高级电工培训93高级电工培训941 1、交流伺服电动机交流伺服电动机2 2、直流伺服电动机直流伺服电动机松下交流伺服电机及驱动器松下交流伺服电机及驱动器高级电工培训95 在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的大小和相位就停止转动。改变控制电压的大小和相位( (或极性或极性)

48、 )就可改变伺服电动机就可改变伺服电动机的转速和转向。的转速和转向。1.21.2 伺服电机最大特点伺服电机最大特点(1)(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的范围内连续调节。范围内连续调节。(2)(2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。(3)(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。控制功率小，过载能力强，可靠性好。高级电工培训961.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用伺服电机在自控制系统中的典型应用高级电工培训97 德国西门子伺德国西门子伺服电机服电机安川伺服电机驱动

49、器安川伺服电机驱动器1、德国西门子、德国西门子2、日本安川公司、日本安川公司3、日本松下、日本松下4、日本三菱、日本三菱5、美国科尔摩根。、美国科尔摩根。6、深圳市汇川、深圳市汇川高级电工培训98交流伺服电机系统交流伺服电机系统驱动器驱动器交流伺服交流伺服电机器电机器高级电工培训992.12.1 伺服电机的结构伺服电机的结构交流电机交流电机编码器编码器交流电机电交流电机电源线源线编码器信号编码器信号输出线输出线高级电工培训1002.12.1 伺服电机的结构伺服电机的结构交流电机转子交流电机转子电机外壳电机外壳电缆插头电缆插头编码器线编码器线交流电机定子交流电机定子高级电工培训101高级电工培训

50、102转子转子编码器线编码器线定子定子高级电工培训103电气原理图电气原理图控制绕控制绕组组励磁绕励磁绕组组控制绕组与励磁绕控制绕组与励磁绕组相差组相差900高级电工培训104励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组励磁电压励磁电压控制电压控制电压高级电工培训105 (1)转子转子 铁芯槽内放铜条铁芯槽内放铜条,端部用端部用短路环形成一体短路环形成一体, 或铸铝形或铸铝形成转子绕组。成转子绕组。 2、 转子分笼型和杯型转子分笼型和杯型高级电工培训106 (2)杯杯转子转子薄壁园筒形，放于内外定子之间薄壁园筒形，放于内外定子之间。一般壁厚为。一般壁厚为0.3mm杯型转子杯型转子高级电工培训107 2.3

51、2.3转动原理转动原理高级电工培训108电气原理图电气原理图控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组高级电工培训109 cfmfmc90sinsinIitIitIi 高级电工培训110UC1UC2UF1UF2控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组当两相对称电流通入两相对称绕组时当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋转磁场在电机内就产生一个旋转磁场。当电流变化当电流变化一个周期时一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈旋转磁场在空间转了一圈。高级电工培训111控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组高级电工培训112控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组高级电工培训113 旋转磁场的转速决定于定子绕组旋转磁场的转

52、速决定于定子绕组极对数和电源的频率极对数和电源的频率。图所表示的是一台两极的电。图所表示的是一台两极的电机，即极对数机，即极对数P1。对两极电机而言，电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而。对两极电机而言，电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当当电源频率电源频率f400 Hs，即每秒变化，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当转个周期时，磁场每秒应当转400圈，故对两极电圈，故对两极电机，即机，即P1而言，旋转磁场转速为而言，旋转磁场转速为 n0= 24000 rmin旋转磁场转速为的一般表达式为旋转磁场转速为的一般表达式为min)/(60)/(0rpfsrpfn 高级电工培训114高级电工

53、培训115 对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零信号时的机械特性，对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压所谓零信号，就是控制电压UC0，这时磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、，这时磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁转向相反的两个圆形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁NS和和NS在空间以相反方向旋转。在空间以相反方向旋转。高级电工培训116TS正正S反反012021T正正T反反T合合高级电工培训117转子电阻小转子电阻小转子电阻大转子电阻大高级电

54、工培训118n.s当电阻已增大到使临界转差率当电阻已增大到使临界转差率1 1的程度时，合成转矩曲线与横轴相交仅有一点的程度时，合成转矩曲线与横轴相交仅有一点(S(S1 1处处) )，而且在电机运行范围内，合成转矩均为负值，即为制动转矩。因而当控制电压，而且在电机运行范围内，合成转矩均为负值，即为制动转矩。因而当控制电压U UC C取消变为单相运行时，电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使取消变为单相运行时，电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速电机迅速停转停转，这样就不会产生自转现象。，这样就不会产生自转现象。高级电工培训119 设电机的负载阻转矩为设电机的负载阻转矩为TL，控制电压，控制电压0.25UC时时,电机在特性点电机在特性点A运行，转速为运行，转速为na，这，这时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当控制电压升高到控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就时，电机产生的转矩就随之增加随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着由于电机的转子及其负载存在着惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬时地在特性点时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大运行，这时电机产生的转矩大于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到