电机与电气控制技术 课件全套 赵红顺 项目1-9 直流电机-典型机床电气控制线路的分析与故障检修

项目一直流电机任务一直流电机的拆装任务二直流电动机的电力拖动及故障维修任务三直流电动机的故障维修直流电机

电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。直流电机的用途广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等直流电机的特点直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。由于存在换向器，其制造复杂，价格较高电机与拖动－直流电机任务一直流电机的拆装1-端盖2-电刷和刷架3-励磁绕组4-磁极铁心5-机壳6-电枢7-后端盖小型直流电机的结构分解图主要由定子、转子两部分组成直流电机定子转子机座换向极主磁极电刷装置电枢铁心轴承换向器风扇转轴电枢绕组一、直流电机的基本结构（录像）1、定子的主要部件包括：

主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件。主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N，S极交替出现。主磁极主磁极

机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路的部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端盖。机座1、定子的主要部件包括：

主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件。换向极

换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面。

1、定子的主要部件包括：

主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件换向极安装位置电刷

电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。1、定子的主要部件包括：

主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件

端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。端盖1、定子的主要部件包括：

主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件2、直流电机的电枢电枢总成2、转子的主要部件包括：

转子，又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。电枢铁心

电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如左图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。直流电机的电枢铁芯冲片2、转子的主要部件包括：

转子，又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。电枢绕组电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是产生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘（左图），并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。单叠绕组的的特点：同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。

a=P单波绕组的特点同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；a=12、转子的主要部件包括：

转子，又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。换向器

在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成，每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。换向器拼装

气隙是电机磁路的重要部分。他的路径虽然很短，但由于气隙磁阻远大于铁心磁阻，（一般小型电机的气隙为0.7～5mm，大型电机为5～10mm左右），对电机性能又很大影响。在拆装直流电机时应予以重视。气隙二、直流电机的工作原理（录像）直流电动机的物理模型将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体有电流流过。电机内部有磁场存在。载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f的作用f=Blia（左手定则）所有导体产生的电磁力作用于转子，拖动机械负载旋转。

二、直流电机的工作原理IU–+SbNacd直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U–+U–+电刷换向片U–+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变。直流电机原理要求结构组成直流电动机建立磁场→产生电磁力的条件之一载流导体→产生电磁力的条件之二线圈运动→对外输出机械功换向器和电刷→换流，产生持续电磁力直流电动机运行时的几点结论（★）1、外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流；2、线圈中的感应电势与电流方向相反；3、产生的电磁转矩T与转子转向相同，是驱动性质的。

对于同一台电机，在不同的外部条件下，既可作发电机运行，也可作电动机运行的原理，称为电机的可逆原理。电机的可逆原理，是电机理论中的普遍原理。它不仅适用于直流电机，而且也适用于交流电机。直流电机的可逆原理三、直流电机的铭牌数据

铭牌数据（额定值）：是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。直流电机铭牌直流电动机型号Z2－72产品编号7001结构类型____励磁方式他励功率22kW励磁电压220V电压220V工作方式连续电流116.3A绝缘等级B级转速1500r/min重量__kg标准编号JB1104-68出厂日期__年__月直流电机的铭牌

型号表明该电机所属的系列及主要特点。掌握了型号，就可以从有关的手册及资料中查出该电机的许多技术数据。1、电机型号：额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。额定功率PN：输出功率额定电压UN：额定状态下出线端电压；额定电流IN：额定状态下出线端电流；额定转速n：额定状态下的电机转速直流发电机：PN＝UN·IN直流电动机：PN＝UN·IN·

★注意：对于电动机，PN表示轴上输出的机械功率； 而UNIN表示输入的电功率。对于发电机，PN表示输出的电功率，PN=UNIN；而输入的机械功率为TΩ。.如果电机的电流小于额定电流，称为欠载或轻载；如果电机的电流大于额定电流，称为过载或超载；如果电机的电流等于额定电流，称为满载。

直流电机励磁绕组的接线方式称为励磁方式。实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接。

除了永磁直流电机外，直流电机的励磁方式有他励和自励（串励、并励和复励）。

励磁方式他励：励磁绕组的电流由单独的电源供给。并励：励磁绕组与电枢绕组并联。串励：励磁绕组与电枢绕组串联。复励：励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组并联，是主要部分，另一部分与电枢绕组串联。主磁极上有两套励磁绕组，一套与电枢绕组并联称并励绕组，另一套与电枢绕组串联称串励绕组。若两套励磁绕组产生的磁势是相加，则称积复励；若两套励磁绕组产生的磁势是相减，则称差复励。实际应用中常用积复励。积复励与差复励示意图任务二直流电动机的电力拖动及故障维修1。他励直流电动机的起动；2。他励直流电动机的反转；3。他励直流电动机的调速；4。直流电机的故障及维修一、他励直流电动机的起动直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程，称为起动过程。对电动机起动的基本要求：（1）起动转矩要大；（2）起动电流要小；（3）起动设备要简单、经济、可靠。1、他励直流电机直接起动：将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。优点：操作简单，无需另加设备。缺点：冲击电流大，引起换向困难，产生火花；电源会发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。2、减压起动优点：起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源，投资费用大。

开始时，降低端电压，使Ia＝(1.5~2.0)IN,Ust=(1.5～2.0）INRa。随着转速的上升，电动势Ea也逐渐增大，Ia相应减小，起动转矩也减小。为使电枢电流限制在一定范围内，以保证足够大的起动转矩，起动过程中必须不断提高电枢电压，直至额定电压，电动机进入稳定运行，起动结束。

3、电枢回路串电阻的分级起动

电枢回路串电阻起动时，电源电压为额定值且保持不变，将起动电阻串入电枢回路，以达到限制起动电流的目的，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。起动电流起动转矩动手操作二、他励直流电动机的反转

要使直流电机反转，就要改变它的电磁转矩的方向，而电磁转矩的方向由磁通方向和电枢电流的方向决定，所以，只要将磁通和电枢电流的方向任意改变其一就可以实现电机的反转。

1、改变励磁电流的方向

2、改变电枢电压极性动手操作三、他励直流电动机的调速

人为地改变电动机的速度，以满足生产工艺的要求，称为调速。调速有机械方法、电气方法或机械电气相结合的方法。

人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一负载下得到不同转速，称为电气调速

电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求调节的范围宽广、过程平滑、调节的方法简单、经济。直流电动机调速直流电动机的转速公式：因此直流电动机的调速方法：（1）改变励磁电流从而改变磁通；（2）改变施加在电枢两端的电压U；（3）改变串入电枢回路的调节电阻；电枢回路串电阻调速保持U＝UN且＝N不变，电枢回路中串入调速电阻Rc，使同一个负载得到不同转速的方法，称为电枢串电阻调速。1、串入电枢回路的电阻越大，转速越低。电机运行于固有机械特性上的转速称为基速。电枢回路串电阻调速的方法，只能从基速往下调。（1）设备简单，操作方便。电枢回路串电阻调速的特点：（2）低速时，机械特性很软，当负载变化时，转速波动很大。静态稳定性差，调速范围不大。（3）由于电阻的不连续调节，因此速度调节不平滑，属有级调速。（4）电枢电流在调节电阻上消耗的能量大，调速时效率低。效率与转速成正比。动手操作改变端电压调速保持电动机的＝N不变且无外接电枢电阻，仅降低施加于电动机电枢两端电压U达到调速的目的，称为降压调速。2、电压越低，转速越低，调速方向从基速往下调。调节过程：改变端电压调速的特点：（1）降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线，无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。（2）由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化引起的转速波动不大。静态稳定性好，调速范围大。（3）可平滑调节端电压，使转速平滑调节，实现无级调速。（4）调节过程能量损耗小。动手操作3、改变磁通的调速改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调速，所以又称弱磁调速。弱磁调速：保持U＝UN，Rpa＝0，仅减小电动机的励磁电流If使主磁通减小，达到调速目的。从两个稳定点A1、A2对应转速说明减小励磁可以使转速升高。弱磁调速的过程If减小瞬间速度不变

减小机组加速nEaIaT＝TLT新的平衡，新的Ia和n弱磁调速特点：优点：设备简单，调节方便，能耗小。缺点：单方向调节，转速调得过高，励磁过弱，电枢电流变大，换向变坏，出现不稳定。动手操作拓展：他励直流电动机的制动直流电动机的两种运转状态：（1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方向T与旋转方向n相同，此时电网向电动机输入电能，并转变为机械能，带动负载。（2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向T与旋转方向n相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低速，要求制动运行。在负载转矩为位能性负载转矩的机械设备中（例如起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时）使设备保持一定的运行速度。在机械设备需要减速或停止时，电动机能实现减速和停止。直流电动机的制动状态：T与n方向相反。直流电动机的制动断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动自由停车机械制动电气制动1、能耗制动的方法和原理电动运转状态T与n方向相同制动运转状态T与n方向相反电枢电流Ia反向了，T反向，电动机因惯性继续原方向转动保持励磁电流If的大小及方向不变，将开关接至Rbk，电枢从电网脱离经制动电阻Rbk闭合。参数特点：＝N，U＝0，电枢回路总电阻R＝Ra＋Rbk∵U=Ea+IaR∴Ia=-Ea/R实际上是相当于一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能，全部消耗于电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。能耗制动时的机械特性能耗制动的参数（UN=0）代入固有机械特性的一般表达式，得到能耗制动时的机械特性：制动过程：固有机械特性能耗制动的特点：（1）操作简单，停车准确（2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；（3）低速时制动转矩小，停转慢；（4）动能大部分都消耗在制动转矩上。2、反接制动反接制动倒拉反接制动（用于位能性负载）电枢反接制动（用于反抗性负载）1)电枢反接制动保持If不变，将电枢反接在电源上，同时电枢回路串入制动电阻Rbk。参数特点：＝N，U＝－UN。R=Ra+Rbk.电压平衡式：机械特性：机械特性：电枢反接制动的特点：（1）可以很快使机组停机。（2）需要加入足够的电阻，限制电枢电流；（3）转速至零时，需切断电源。能量关系：

从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在电枢回路的电阻上。回馈制动当转速高于某一数值时，电枢电动势大于端电压，电机进入发电状态，电磁转矩起制动作用，限制转速上升，位能转换为电能，回馈到电网。

（3）回馈制动（2）反向电动状态（1）电压反向的反接制动机车下坡或下放重物：降低电枢电压调速时的发电回馈制动回馈制动

回馈制动过程中，有功功率UIa回馈电网从电能消耗看，回馈制动是最经济的一种制动方式。

转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。任务三直流电机的故障及维修（1）定子绕组的故障及修理①励磁绕组过热②励磁绕组匝间短路③定子绕组接地（2）电枢绕组的故障及修理①电枢绕组短路图1-31电枢绕组短路的检查②电枢绕组断路

a)电源跨接在数片换向片两端b)电源直接接在相邻两个换向片上图1-32电枢绕组断路的检查③电枢绕组接地图1-33电枢绕组接地的检查2.不足之处:1)换向问题.2)直流电源问题.

问题:如何来解决这一问题呢?1.直流电机工作特点：1)调速性能优良.2)效率高.3)静差小,稳定性好.项目二交流电动机异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。

异步电动机的缺点：功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１。项目二交流电动机三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。在日常生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调等一般由单相异步电动机拖动。金属切削机床玉米脱粒机电扇用异步电动机交流旋转电机可分为异步电机和同步电机两大类。项目二交流电动机三相异步电动机的广泛用途三相异步电动机特指感应电动机（视频）任务1三相异步电机的拆装知识目标：1.掌握异步电机的主要结构；2.掌握异步电机的工作原理（重点）3.掌握旋转磁场（难点）能力目标：1.能进行电机的外部接线；2.能计算电机的同步转速项目二交流电动机一、三相异步电动机的结构

一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构主要部件的拆分图一、三相异步电动机的结构外形图异步电动机由定子、转子两大部分组成，在定子和转子之间还有气隙。定子铁心定子绕组机座定子1、定子一、三相异步电动机的结构播放三相异步电动机的结构视频103(一)定子部分1.定子铁心是电机磁路的一部分；用0.5mm硅钢片叠成，以减少铁心损耗；叠片内圆冲有槽，以嵌放定子(电枢)绕组；定子铁心压装在机座内。定子冲片105是电机的电路部分;定子绕组为按一定规律连接而成的三相对称绕组，嵌放在定子铁心槽内。2.定子绕组(一)定子部分2.定子绕组•作用：感应电动势、流过电流实现机电能量转换。•构成：绝缘铜（或铝）线绕成。•联结方式：根据实际使用需要接成根据实际使用需要接成“Y”形或“D”形。(一)定子部分定子铁心和定子绕组

三相笼式异步电动机的部件图一、三相异步电动机的结构异步电动机的外部接线

Y接法：

接法：ABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：铁心和机座机座•作用：用来支撑整个电机。•构成：中、小型异步电机采用铸铁机座，大型异步电机一般采用钢板焊接机座。转子铁心转子绕组转轴转子2、转子它的作用是带动其它机械设备旋转。一、三相异步电动机的结构112（二）转子部分1.转子铁心是电机磁路的一部分；用0.5mm硅钢片叠成，以减少铁心损耗；叠片外圆冲有槽，以嵌放转子绕组。转子铁心固定在转轴上。转子114（二）转子部分是电机电路的一部分；2.转子绕组有两种结构型式鼠笼型转子——鼠笼型异步电动机绕线型转子——绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机（1）笼型转子

（1）笼型转子

转子每个槽中有一根导条，在铁心两端用短路环短接，形成一个多相对称短路绕组（一个槽为一相）。如去掉转子铁心，整个绕组犹如一个“松鼠笼子”，由此得名。大型电动机多用铜导条和铜端环组成；中、小型电动机采用铸铝导条，连同端环、冷却用的风叶一次浇铸成型

。（2）绕线转子是三相对称绕组，一般采用星形联结。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。（2）绕线转子按转子绕组的结构鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机结构简单、价格低廉、工作可靠结构复杂、价格较贵、维护工作量;通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能（二）转子部分鼠笼型异步电动机与绕线型异步电动机的比较（三）气隙定子和转子之间气隙大小，对电动机性能影响很大。变压器主磁路全部是铁心，磁阻很小，产生主磁通所需励磁电流很小（2~10%）。异步电机主磁路由定、转子铁心和两段气隙构成，气隙虽然很小但磁阻却很大，因此产生一定的主磁通所需要的励磁电流较大，一般为额定电流的20~50%。励磁电流是无功电流，励磁电流较大是异步电动机功率因数较低的主要原因。为提高功率因数，必须减小励磁电流，最有效的方法就是减小气隙长度。异步电动机的气隙大小一般为0.2～1.5mm左右。动手做一做电机装配（仿真）二、三相异步电动机铭牌数据铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等型号：

额定值:正常运行时的主要数据指标。

绕组联结方式：△接法或者Y接法。

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B1.型号

Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号

2p=6→n1=1000r/min磁极数二、三相异步电动机铭牌数据3.额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。2.联结方式通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。4.额定电流IN

IN=7.2A

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B→定子三相绕组的额定线电流5.额定电压UN

UN=380V→定子三相绕组应施加的线电压6.额定功率PN

PN=3kW→转子轴上输出的机械功率电机的效率一般在=72－93％动手练一练

一台三相异步电动机，，，求异步电动机的额定电流。工程实践中通常采用估算的方法，得到电机的工作电流：功率的两倍

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B8.绝缘等级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、C级，A级最低(105ºC)，C级最高(≥180ºC)。7.额定功率因数cos

N额定负载时一般为0.7-0.9，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。实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。基本工作原理：1、电生磁：三相对称绕组通以三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。U2U1W2V1W1V2n三、三相异步电动机的工作原理NS电磁转矩的产生▲

用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向▲

用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向电磁力→电磁转矩TT与n1同方向。

工作原理示意图异步电机的工作原理总结：定子绕组通入三相交流电流旋转磁场切割转子绕组转子绕组产生感应电势转子中产生感应电流转子电流与磁场作用产生电磁转矩运转问题:旋转磁场又是如何产生的呢?电动机转速n和旋转磁场同步转速n1的关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转距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）无转子电流提问：如果转差率切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差Δn=n1-n。

转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。

起动瞬间，n=0,s=1

理想空载运行时：n=n1,s=0

作为电动机运行时，s的范围在0--1之间转差率一般很小，如s=0.03

制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与n反向，s>1

发电运行时，n高于同步转速n1,s<0S值与电机运行状态的关系1.旋转磁场定义对称：三相对称负载空间对称分布四、圆形旋转磁场的产生旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场V2V1W2U2U1W1定子绕组（三相）机座定子转子2.旋转磁场产生(•)电流出(

)电流入由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。对称三相电流的函数式表示为：旋转磁场原理四、圆形旋转磁场的产生旋转磁场原理四、圆形旋转磁场的产生旋转磁场原理四、圆形旋转磁场的产生旋转磁场原理四、圆形旋转磁场的产生▲极对数（p）的概念：3、旋转磁场的转速旋转磁场转速

n1

—同步转速如何改变旋转磁场的转速？

以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。

即p=1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W1W2i3i1i2

以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。

按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。

即

p=2

U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3三相绕组

四极旋转磁场电流变化一周

→

旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周

→

旋转磁场转50圈→

旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1

时：电流变化一周

→

旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周

→

旋转磁场转25圈→

旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：三相异步电动机的同步转速601pfn=min）r/

(

p12

3456n1/(r/min)300015001000750600500

f=50Hz

时，不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：旋转方向：取决于三相电流的相序。4、旋转磁场的转向U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2i1i2ImOti3U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3任意对调两根电源进线，磁场反转。i1i2ImOti3旋转方向：取决于三相电流的相序改变电机的旋转方向：换接其中两相方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源旋转磁场的概要：1、三相基波合成磁场在空间是正弦分布，轴线在空间是旋转的，因此称旋转磁场。幅值等于3Fm/2；2、旋转磁场的转向由电流的相序决定，要改变磁场的转向，只要将三相电源线任意两项对调。3、旋转磁场的转速用n1表示，n1又称为同步转速，其大小等于小结与讨论旋转磁场形成的条件？异步？同步速度？速度？异步电机的运行原理？转差？转差率？空间角度？空间电角度？时间电角度?极对数？按转子绕组的结构鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机结构简单、价格低廉、工作可靠结构复杂、价格较贵、维护工作量;通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能按转子绕组的结构来分，异步电机可以分为哪两类？任务2三相异步电动机机械特性的求取任务目标（1）能熟练掌握三相异步电动机电磁转矩的三种表达式；（2）能熟练掌握固有机械特性、人为机械特性；（3）能通过铭牌数据求取电磁转矩的实用表达式。反映了异步电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。电磁转矩的物理表达式三相异步电动机的电磁转矩的物理表达式用来定性分析三相异步电动机的运行问题。三相异步电动机的电磁转矩的物理表达式与直流电动机电磁转矩表达式比较。一、电磁转矩的物理表达式二、电磁转矩的参数表达式机械特性的参数表达式说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（s）有关。三、电磁转矩的实用表达式实用表达式应用于工程计算中。机械特性的参数表达式三相异步电动机的机械特性当定子的对称三相绕组按规定的接线方式；定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率的三相电压；转子回路不串任何阻抗，直接短路。这种情况下得到的n＝f（T），称为固有机械特性。一、固有机械特性（a）（b）图2-18三相异步电动机的机械特性（a）T-S曲线；（b）n-T曲线固有机械特性的特殊点固有机械特性的特殊点：起动点A：该点S＝1；临界点B：该点S＝Sm；额定点C：该点S＝SN；同步点D：该点S＝0，又称理想空载点；sn0nNsNnmsm10TNTstTmTemABCD同步点:同步点对应D点。此时电机的转速是同步转速，电磁转矩为0，因此是电机的理想工作状态。额定转矩工作点:对应图上C点，电动机在额定电压下，带上额定负载，以额定转速运行，输出额定功率时的电磁转矩称为额定转矩。在忽略空载转矩的情况下，就等于额定输出转矩，用TN表示。

起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流；从等效电路求出起动电流：起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩起动电流、起动转矩起动点:在图上对应D点。异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；总漏抗越大，起动转矩越小；绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩；起动转矩的几个重要结论

当时，起动转矩最大。起动转矩倍数λst：起动转矩与额定转矩之比：λst=Tst/TN最大转矩点:在图上对应C点，转矩的最大值称最大转矩，它是稳定区与不稳定区的分界点,因此又称为临界点。电动机正常运行时，最大负载转矩不可超过最大转矩，否则电动机将带不动，转速越来越低，发生所谓的“闷车”现象，此时电动机电流会升高到电动机额定电流的4～7倍，使电动机过热，甚至烧坏。异步电动机的T-s曲线上有一个最高点；最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。过载能力：最大转矩与额定转矩之比：最大转矩，过载能力最大转矩与电网电压的平方成正比；最大转矩近似与漏电抗成反比；最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；最大转矩的值与转子电阻值没有关系；异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。关于最大转矩的几个重要结论当我们通过铭牌数据PN、nN、λm求取电动机电磁转矩的实用表达式时可以采用这样的方法：1.求TN2.求Tm3.求sN4.求sm将求取的最大转矩和临界转差代入实用表达式：注意：T和S是方程的变量人为机械特性人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为机械特性。二、人为机械特性

降低定子端电压的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变定转子回路电抗的人为特性；改变极数后的人为特性；改变输入频率的人为特性；1.降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm

下降后,和均下降,但不变,和减少。

如果电机在定额负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。降压时的人为机械特性2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后,、不变，增大。在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。转子回路串对称电阻时的人为机械特性项目三

变压器任务1单相变压器的性能测试任务2变压器同名端的判定任务3三相变压器联结组标号判定任务1

变压器的基本工作原理和结构知识目标：1.掌握变压器的主要结构（重点）2.掌握变压器的工作原理（重点、难点）3.了解变压器的应用和分类能力目标：1.能计算变压器的相关参数；2.能画出变压器的工作原理图。

项目三变压器

项目三变压器变压器是一种常见的、静止的电气设备，根据电磁感应原理，将一种交流电压和电流等级转变成同频率的另一种电压和电流等级。概述油浸式变压器干式变压器整流变压器电力机车用变压器电焊机用变压器变压器是一种传输电能或电信号的器件,在电力系统和电子线路中应用广泛。电力工业中常采用高压输电低压配电？任务1变压器的基本工作原理和结构一、变压器的应用和分类（一）变压器的应用变压器是一种传输电能或电信号的器件,在电力系统和电子线路中应用广泛。喇叭发出的声音太小了，你有什么办法吗？任务1变压器的基本工作原理和结构一、变压器的应用和分类（一）变压器的应用电子线路用变压器扩音机设备与喇叭之间接一个变阻抗的变压器扩音机设备与喇叭之间接一个变阻抗的变压器,为什么能够提高喇叭发出的声音呢？拓展：变压器的分类方式很多，最常见的是按照用途来分，可以分为：电力变压器、特种变压器，特种变压器又可以分为仪用变压器、整流变压器、电焊变压器、电子线路用变压器等等。（二）变压器的分类任务1变压器的基本工作原理和结构电力变压器：电力系统传输电能的升压变压器、降压变压器、配电变压器等。

任务1变压器的基本工作原理和结构电炉变压器(专用)给电炉(如炼钢炉)供电

任务1变压器的基本工作原理和结构整流变压器(专用)

给直流电力机车供电任务1变压器的基本工作原理和结构电子变压器：用在电子线路中

任务1变压器的基本工作原理和结构仪用变压器：用在测量设备中

任务1变压器的基本工作原理和结构除了按以上的用途分类以外，变压器还可以按绕组数目/相数/铁心结构/调压方式/冷却方式等来分类。按绕组数目分：单绕组、双绕组、三绕组和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。任务1变压器的基本工作原理和结构变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。铁心的基本结构型式有心式和壳式两种，通常用0.35mm、0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成。1、铁心二、变压器的基本结构（视频）任务1变压器的基本工作原理和结构任务1变压器的基本工作原理和结构心式：绕组包围铁心，结构简单，工艺简单应用广泛壳式：铁心包围绕组，用在小容量变压器和电炉变压器交叠方式：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。任务1变压器的基本工作原理和结构2、绕组绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线、圆铜线或铝线在绕线模上绕制而成。有同心式和交叠式两种。单相和三相心式变压器任务1变压器的基本工作原理和结构任务1变压器的基本工作原理和结构油箱、储油柜、分接开关、绝缘套管等3、其它附件任务1变压器的基本工作原理和结构1-铭牌；2-信号式温度计；3-吸湿器；4-油标；5-储油柜；

6-安全气道7-气体继电器；8-高压套管；9-低压套管；10-分接开关；11-油箱；12-放油阀门；13-器身；14-接地板；15-小车3.变压器的附件器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。油箱有许多散热油管，以增大散热面积。为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。任务1变压器的基本工作原理和结构三、变压器的铭牌和额定值1、变压器的型号

型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为

如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。任务1变压器的基本工作原理和结构额定容量SN：额定工作状态下变压器的输出能力（视在功率），用伏安（VA）等表示。额定电压U1N/U2N:U1N是根据变压器绝缘强度和容许发热条件规定的一次绕组正常工作电压值；U2N是一次绕组加上额定电压，分接开关位于额定分接头时，二次绕组的开路即空载时副绕组的端电压。

额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。

额定频率：按我国规定，工业用电50Hz。单相：三相：2、变压器的额定值任务1变压器的基本工作原理和结构

有一台SN=5000k·VA，U1N/U2N=10kV/6.3kV，Y，d联结的三相变压器，试求：(1)变压器的额定电压和额定电流；(2)变压器的额定相电压和额定相电流。例：简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。原绕组（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为N1副绕组（二次绕组或次级绕组）：接到用电设备上的线圈，其匝数为N2交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。任务1变压器的基本工作原理和结构四、变压器的工作原理（视频）变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。任务1变压器的基本工作原理和结构感应电动势主磁通按正弦规律，

m：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后900。原边电动势幅值：有效值：相量表示：副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值：有效值：相量表示：变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.由于.

对于三相变压器，变比指相电势之比。（1）变压器变电压的原理磁通势平衡方程式：（2）变压器变电流的原理负载运行时,忽略空载电流有:表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能变电压，同时也能变电流。（3）变压器变阻抗的原理

任务1-2变压器的参数测定一、测变比实验a按下启动按钮，将变压器低压线圈的外施电压调至50％额定电压左右。b.测量低压线圈电压Uax及高压线圈电压UAX并记录于表3-1。表3-1变压器变比的测定Uax（V）UAX（V）

任务1-2变压器的参数测定二、空载实验1、目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、铁损和励磁阻抗。2、接线图3、要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；VWAV3、要求及分析5）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；6）若要得到高压侧参数，须折算(乘以k2）；7）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；4）求出参数电压互感器和电流互感器

电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互感器的目的是：1．与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；2．使测量回路与被测回路隔离，以保障工作人员和测试设备的安全；3．为各类继电保护和控制系统提供控制信号。任务1-3仪用互感器1、电流互感器原边由1匝和几匝截面较大的导线构成。利用原、副边匝数不同，变成副边的小电流，送仪表电流线圈测量或控制。电流互感器电流互感器是一个近似短路运行的单相变压器。

I0很小电流互感器分级:0.2,0.5,1.0,3.0,10副边的额定电流规定为5A或1A。电流互感器在使用时应注意：1．在运行过程中绝对不允许副方开路。若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全；2．副方应可靠接地；3．副方回路阻抗不应超过规定值，以免增大误差。2、电压互感器

原边由多匝导线构成，接到被测的高电压上。利用原、副边匝数不同，把原边高电压变成副边的低电压，送仪表电流线圈测量或控制。电压互感器电压互感器线圈阻抗大，近似开路，近似一个开路运行的单相变压器。

电压互感器分级，0.2,0.5,1.0,3.0在使用电压互感器时应注意：1．副方不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组；2．副方应可靠接地；3．副方接入的阻抗不得小于规定值，以减小误差。任务2变压器同名端的判定（1）能熟悉判定变压器高、低压侧绕组；（2）能熟悉进行变压器同名端判定的线路连接，正确使用仪表；（3）能够根据实验数据正确判定变压器的同名端。一、变压器的极性直流电源的极性交流电源的极性直流电源两端的极性恒定不变。正弦交流电源两端只存在瞬时极性。而电位的高与低是相对的，极性也是相对的，可变的，暂时的，随时间而变化的。任务2变压器同名端的判定变压器绕组的极性——指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记。

同名端的标记可用星号“*”或点“·”来表示，在互感器绕组上常用“＋”和“—”来表示（并不表示真正的正负意义）。

当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。1.同极性端(同名端)变压器绕组的极性••AXax•AXax

或当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。•正向串联

反向串联2.线圈的接法2.线圈的接法变压器绕组的极性联接

2－3变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组：2.线圈的接法••1324••

联接

1－3，2－41324当电源电压为220V时：+–+–电源电压为110V时：变压器绕组的极性问题：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流很大烧毁变压器感应电势••1324

’+–二、变压器的极性判定1.观察法通过绕组实际绕向判定变压器同名端2.直流法

先用万用表电阻档将变压器的同一相绕组找出来.显然如果你找到的两头之间如果是同一个线圈的两头,那它一定是通路的或者说电阻是比较小的2.直流法

将其中任一个线圈的两头串接一个电池和开关，且任意假定一头是始端；万用表的两只表笔分别接另一个线圈的两端。接通开关的时候，记住“右黑正”即如果万用表表头指针向右偏转，黑表笔接的线圈的一端与原电池正极接的一端同名变压器绕组的极性

设S闭合时

增加。感应电动势的方向，阻止

的增加。如果S突然闭合。电流表正偏，则A-a为同极性端。结论：Xx电流表+_Aa+–S电流表反偏，则

A-x为同极性端。••AXax+_S+–变压器绕组的极性3.交流法把两个线圈的任意两端

(X-x)连接,然后在

AX上加一低电压uAX。测量：

若说明A与x

或X与a

是同极性端.若

说明A与a或X与x

为同极性端。

结论：VV+–aAXx

电力系统普遍采用三相供电制，电力系统用的最多的是三相变压器。当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法连接，带上三相对称负载，原边加上对称的三相电压时，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的电压、电流，其它两相按对称关系求出。特殊问题：

（1）三相绕组的联接，即电路问题；（2）三相变压器的磁路系统；任务3三相变压器的联结组判定1、三相组式变压器三个相分别是三个单相变压器，仅仅在电路上互相联接，三相磁路互相完全独立。各相主磁通有各自的铁心磁路，互不影响。三相变压器的磁路系统三相组式变压器三相的电路有联接，三相磁路也有联接。心式三铁心柱铁心结构，从三个单相变压器演变而来。每一铁心柱的主磁通为三相主磁通的总和。

磁路长短不一，励磁电流占很小比例，影响不大。2、三相心式变压器每一铁心柱的主磁通为三相主磁通的总和。

磁路长短不一，励磁电流占很小比例，影响不大。三相变压器的电路系统1、变压器的端头标号绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组axa、b、cx、y、zn中压绕组AmXmAm、Bm、CmXm、Ym、ZmNm绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm2、三相变压器连接法ABCXYZ星形连接末端连在一起，首端引出，为星形连接“Y”，中点引出N；一相绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到一闭合回路，为三角形连接“”，有顺、逆之分。三角形顺联三角形逆联2、单相变压器的联结组a)II0联结组b)II6联结组（2）单相变压器的联结组a)II0联结组b)II6联结组1)标出高、低压侧绕组相电动势正方向；2)作出高压侧相电动势的相量图，并将相量图的A点置于钟面的“12”处，A、B、C三个顶点按顺时针方向排列；3)作出低压侧相电动势的相量图，a、b、c三个顶点按顺时针方向排列；4)观察低压侧的相量图a点所处钟面的序数，即为该三相变压器联结组的标号数。任务3三相变压器联结组标号的确定三相变压器的联结组标号采用“钟时序数表示法”。（4）三相变压器的标准联结组及其相量分析Yy0联结组Yd11联结组三相变压器绕组的联接组联机组的几点认识：（1）对调低压侧的首末端标志，变压器的联接组标号加六个钟时序数。（4）高、低压侧绕组联结相同时，其联接组号都是偶数；不同时，其联接组号都是奇数（3）低压侧绕组的三角形联结由逆联改为顺联，联结组标号加2个钟时序数，反之减2个钟时序数。（5）最常用的联接组是YY0和Yd11。（2）低压侧绕组的首末端标记顺着相序方向移一相，则联结组标记加

4个钟时序数。三、三相变压器的并联运行

变压器并联运行：原、副绕组分别并联到原边和副边的公共母线上。

变压器并联运行三、三相变压器的并联运行

变压器并联运行的优点：（1）能提高供电的可靠性；（2）提高系统的运行效率；（3）减少初投资；

并联运行的理想情况：（1）空载时各变压器之间无环流，避免环流损耗。（2）负载时各变压器合理分担负载，负载与变压器容量大小成比例分配。（3）负载时，并联运行的变压器二次电流同相位。（1）各变压器的原、副边额定电压分别相等，即变比k相等。（2）各变压器的联接组号相同；（严格遵守）（3）各变压器短路电压或短路阻抗的相对值相等。

变压器并联运行满足的条件：学习目标:

项目四常用控制电机掌握伺服电动机、测速发电机、步进电机、机等控制电机的结构、性能和工作原理。了解控制电机在生产领域中的实际应用。结构、性能、用途或原理等与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机或特种精密电机，一般其外径不大于130mm。

项目四常用控制电机定义：控制用特种电机驱动用特种电机分类：驱动各种机构、仪表以及家用电器等。在自动控制系统中传递、变换和执行控制信号的小功率电机

任务1：伺服电动机案例1：数控机床伺服系统是以机床移动部件的机械位移为直接控制目标的自动控制系统，也称位置随动系统，它接收来自插补器的步进脉冲，经过变换放大后转化为机床工作台的位移。高性能的数控机床伺服系统还由检测元件反馈实际的输出位置状态，并由位置调节器构成位置闭环控制。伺服电动机外形图调速范围宽。机械特性和调节特性为线性。无“自转”现象。快速响应。在自动控制系统中，对伺服电动机的性能要求：交流伺服电动机直流伺服电动机分类：输出功率较大输出功率较小一、直流伺服电动机（一）结构结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本区别。电磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机按照励磁方式分类：不需要励磁绕组和励磁电源一般采用他励结构无槽电枢直流伺服电动机空心杯形转子直流伺服电动机按照转子结构分类：力能指标较低散热好、力能指标高、快速性好（二）控制方式电枢控制恒压励磁控制电压电枢控制中回路电感小，响应快，在自动控制系统中多采用电枢控制。UfUc（二）控制方式磁场控制恒压控制电压UCUf机械特性表达式:磁路一般不饱和，不考虑电枢反应，认为主磁通Φ大小不变。特性分析Tm2>Tm1>Tem机械特性调节特性始动电压线性度好，调整范围大，起动转矩大，效率高UC1>UC2>UC3电枢电流较大；电刷和换向器维护工作量大；接触电阻不稳定；电刷与换向器之间的火花有可能对控制系统产生干扰。缺点：始动电压越高，死区越大。负载越大，死区越大，伺服电机不灵敏，所以不可带太大负载。二、交流伺服电动机（一）结构非磁性空心杯形转子笼型转子结构形式:体积较大，气隙小，所需的励磁电流小，功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平稳。转动惯量小且具有较大的电阻。响应快、运行平稳的优点，但结构复杂，气隙大，空载电流大，功率因数较低。二、交流伺服电动机（一）结构机壳外定子绕组外定子内定子转轴空心杯转子励磁绕组控制绕组空间相差90º电角度空心杯转子交流伺服电动机结构示意图（二）工作原理两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场，使转子转动。“自转”当转子转动起来以后，断开起动绕组，电动机仍然能够转动。“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻转子电阻较小（临界转差率Sm<1）时的机械特性转子电阻较大（临界转差率Sm≥1）时的机械特性电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。电磁转矩的方向与转速的方向相反，电动机迅速停转。（三）控制方法改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够改变电动机转速的大小和方向。1.幅值控制改变控制电压的幅值来控制电机的转速，而相位始终保持不变。UC=0，则转速为0，电动机停转.2.相位控制改变控制电压的相位,从而改变控制电流与励磁电流之间的相位角来控制电动机的转速。与之间的相位角为00时，则转速为0，电动机停转。3.幅相控制移相电容同时改变控制电压的幅值及与之间的相位角来控制电机的转速UC改变时，If也跟着改变任务2步进电动机案例3：步进电动机驱动数控机床分类：电脉冲信号转换成相应角位移的电动机，每当一个电脉冲加到步进电动机的控制绕组上时，它的轴就转动一定的角度，角位移量与电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，又称为脉冲电动机。永磁式磁阻式（反应式）按励磁方式分类：混磁式单相两相三相多相一、模型结构示意图定子转子转子齿二、工作原理三相磁阻式步进电动机单三拍控制时的工作原理磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用U相控制绕组通电，V、W两相控制绕组不通电转子齿1和3与定子U相磁级轴线对齐，转子停止转动二、工作原理三相磁阻式步进电动机单三拍控制时的工作原理磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用V相控制绕组通电，U、W两相控制绕组不通电转子齿2和4与定子V相磁级轴线对齐，转子停止转动二、工作原理三相磁阻式步进电动机单三拍控制时的工作原理磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用W相控制绕组通电，U、V两相控制绕组不通电转子齿1和3与定子W相磁级轴线对齐，转子停止转动结论：按U－V－W－U的顺序轮流给各相控制绕组通电转子在磁阻转矩的作用下按U－V－W相序方向一步一步的转动转速:取决于绕组变换通电状态的频率，即输入脉冲的频率。旋转方向:取决于控制绕组轮流通电的顺序。几个概念：“一拍”控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态。步距角θb

每一拍转子转过的角度。三相步进电动机的控制方式三相单三拍、三相双三拍、三相单、双六拍控制方式。转子转过一个齿距需要的拍数为N转子齿数三相单三拍控制方式每次只有一相控制绕组通电，切换三次为一个循环。运行不稳定，很少采用。切换瞬间，转子失去自锁能力，容易失步（即转子转动步数与拍数不相等），在平衡位置也容易产生振荡三相双三拍控制方式每次有两相绕组同时通电，如UV－VW－WU－UV，每一循环也需要切换三次，步距角与三相单三拍控制方式相同，也为30º三相单双六拍控制方式通电顺序如：U－UV－V－VW－W－WU－U，步距角只有三相单三拍和双三拍的一半，为15º在切换过程中始终保证有一相持续通电，力图使转子保持原有位置，工作比较平稳转速：脉冲电源的频率为满足生产中小位移量的要求，须减小步距角，实际中转子和定子磁极都加工成多齿结构：如图Zr=40改变步距角的方法①齿距角为9º，采用三相单三拍通电时各量的计算：采用三相六拍通电时：Zr=40的步进电动机的计算：改变步距角的方法②增加相数也可以增加拍数从而减小步距相数增多，所需驱动电路就越复杂常用的步进电动机除了三相以外，还有四相、五相和六相。278项目五三相异步电动机单向起动控制任务一单向手动控制电路任务二点动正转控制电路任务三具有自锁的单向起动控制电路

279认识