電工電子第十章

第十章電機(jī)

10.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)10.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)10.5三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇、使用和維修10.6單相異步電動(dòng)機(jī)10.7直流電動(dòng)機(jī)10.8控制電機(jī)10.9本章小結(jié)按照電機(jī)功能分類可分為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩大類。發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。分交流發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)是用來將電能轉(zhuǎn)換或機(jī)械能的裝置。分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)又有三相和單相之分，同步和異步之分。第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

組成：固定部分——定子；轉(zhuǎn)動(dòng)部分——轉(zhuǎn)子。a）b）圖10-1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)a）外形b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)a）

b）

圖10-2繞線式轉(zhuǎn)子

a）外形b）外接變阻器的等效電路

異步電動(dòng)機(jī)只有定子繞組與交流電源聯(lián)接，轉(zhuǎn)子則是自行閉合的。雖然定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在電路上是相互分開的，但兩者卻在同一磁路上。二、旋轉(zhuǎn)磁場

圖10-3異步轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖

1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生把三相定子繞組接成星形接到對(duì)稱三相電源，定子繞組中便有對(duì)稱三相電流流過。iU=ImsinωtiV=Imsin（ωt-120°）iW=Imsin（ωt+120°）圖10-4三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組連接示意圖a）內(nèi)部繞組示意圖b）接線原理圖繞組中電流的實(shí)際方向，可由對(duì)應(yīng)瞬時(shí)電流的正負(fù)來確定。為此，我們規(guī)定：當(dāng)電流為正時(shí)，其實(shí)際方向從首端流入，從末端流出；當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，其實(shí)際方向從末端流入，從首端流出。凡電流進(jìn)入端標(biāo)以，流出端標(biāo)以⊙。2．旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向（10-1）

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1決定于電流的頻率f1和電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)P。又我國的電源頻率為f1=50HZ旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1也稱為“同步轉(zhuǎn)速”。三、轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖10-8異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理

旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，此電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同向轉(zhuǎn)動(dòng)，其原理與圖10-3所示的情況相同。四、運(yùn)行過程與轉(zhuǎn)差率（10-2）

電動(dòng)機(jī)在額定情況運(yùn)行時(shí)，一般轉(zhuǎn)差率S=0.02~0.06，用百分?jǐn)?shù)表示則為S=2%~6%。如前所述，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（既同步轉(zhuǎn)速）n1，轉(zhuǎn)子總是緊跟著旋轉(zhuǎn)磁場以n＜n1的轉(zhuǎn)速同方向旋轉(zhuǎn)。若旋轉(zhuǎn)磁場的方向反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。習(xí)題1-31-41-5第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要是指三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速相互之間的關(guān)系。一、電磁轉(zhuǎn)矩

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由于具有轉(zhuǎn)子電流I2的轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受力而產(chǎn)生的，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電流I2和反映磁場強(qiáng)度的每極磁通成正比。因此電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式（10-3）

KT稱為異步電機(jī)的“轉(zhuǎn)矩常數(shù)”，它與電機(jī)本身結(jié)構(gòu)有關(guān)。T=U12

T=KT

I2cos2

（10-4）

若定子電路的外加電壓U1及其頻率f1為定值，則R2和X20均為常數(shù)，因此，電磁轉(zhuǎn)矩僅隨轉(zhuǎn)差率S而改變。把不同的S值（0~1之間）代入式（10-4）中，便可繪出轉(zhuǎn)矩曲線，如圖10-9所示，轉(zhuǎn)矩曲線又稱T—S曲線。圖10-9轉(zhuǎn)矩特性曲線

異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩以及最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm，可用數(shù)學(xué)求最大值的方法（略）求得Sm=

（10-5）

把式（10-5）的最大轉(zhuǎn)差率代入式（10-4）Tmax

（10-6）

結(jié)論:異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩Tmax和轉(zhuǎn)子電阻R2的大小無關(guān)，但Sm與R2增大，Sm也增大，轉(zhuǎn)矩曲線向右偏移；反之則向左偏移。如圖10-10所示。最大轉(zhuǎn)矩圖10-10不同R2時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性曲線

在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，n=0、S=1，由式（10-4）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（10-7）

隨著轉(zhuǎn)子電路中電阻R2的增加，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst也逐漸增加。由式（10-6）和式（10-7）影響最大轉(zhuǎn)矩Tmax和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst的最突出因素是電源電壓U1，它們都與U1的平方成正比。二、轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)系

電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí):T=TC

T=TL+T0≈TL

T=TL=

T=9550（10-8）

[例10-1]一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組接到頻率

f1=50HZ的三相對(duì)稱電源上，已知它在額定轉(zhuǎn)速

nN=960r/min下運(yùn)行，求:（1）該電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)P為多少？（2）額定轉(zhuǎn)差率是多少？解：（1）求磁極對(duì)數(shù)（2）額定轉(zhuǎn)差率根據(jù)額定轉(zhuǎn)速（960r/min）來估算旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1=1000r/min[例10-2]有一Y225M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，由銘牌上知UN=380V，PN=45Kw，nN=1480r/min，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比Tst/TN=1.9，試求：（1）額定轉(zhuǎn)差率；（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（3）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510N·m，問在U1=UN和U’1=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？由額定轉(zhuǎn)速1480r/min可推算出同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min解：（1）（2）Tst=1.9TN=1.9×290.4N·m=551.8N·m

（3）Tst=551.8N·m＞510N·m可以起動(dòng)。

當(dāng)U1=UN時(shí):當(dāng)U1=0.9UN時(shí)：

Tst=(.09)2×551.8=447N·m＜510N·m

所以不能起動(dòng)。

三、三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

它反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的“機(jī)械特性”:圖10-11三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

AB區(qū)段：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n較高，S值較小。BC區(qū)段：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，S值較大。機(jī)械特性曲線除包含上述兩個(gè)區(qū)段外，還有三個(gè)特殊點(diǎn)，既Tst、Tmax、TN三點(diǎn)。過載能力，就是最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值m

（10-9）

過載能力一般取m=1.8~1.6為了反映電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能，把它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為“起動(dòng)能力”S

（10-10）

起動(dòng)能力一般為S=1.1~1.8電動(dòng)機(jī)從空載到滿載轉(zhuǎn)速下降很少，這樣的特性稱為“硬特性”結(jié)論：1）異步電動(dòng)機(jī)具有硬的機(jī)械特性，負(fù)載的變化在工作區(qū)引起的轉(zhuǎn)速變化很??；2）異步電動(dòng)機(jī)具有較大的過載能力；3）異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子電路中的電阻R2無關(guān)，而達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率Sm則與R2成正比；4）異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與加在定子繞組上電源電壓的平方成正比。因此，電源電壓的變動(dòng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響較大。[例10-3]已知一臺(tái)三相50HZ線繞式異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為PN=100kW，額定轉(zhuǎn)速nN=950r/min，過載能力m=2.4，求該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。解：m習(xí)題2-32-42-5第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

一、起動(dòng)性能

異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，包括起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、可靠性等，其中最主要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)既要把起動(dòng)電流限制在一定數(shù)值內(nèi)，同時(shí)又要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便縮短起動(dòng)過程，提高生產(chǎn)率。二、籠形電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

1．直接起動(dòng)圖10-12籠形電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電路

直接起動(dòng)是在定子繞組上直接加上額定電壓來起動(dòng)的，又叫全壓起動(dòng)。起動(dòng)簡單，起動(dòng)電流較大，將使線路電壓下降，影響負(fù)載正常工作。適用于電動(dòng)機(jī)容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％。2．降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)是在起動(dòng)時(shí)利用起動(dòng)設(shè)備，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓U1降低此時(shí)磁通隨U1成正比地減小，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢E2、轉(zhuǎn)子起動(dòng)電流I2st和定子電路的起動(dòng)電流I1st也隨之減小。常用的降壓起動(dòng)方法有下列幾種：降壓起動(dòng)時(shí)，減小了起動(dòng)電流，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了。1）定子電路串接電阻起動(dòng)需要串接較大的電阻才能得到一定的電壓降，消耗了大量電能。圖10-13籠形電動(dòng)機(jī)定子串電阻起動(dòng)電路圖10-14籠形電動(dòng)機(jī)Y–△起動(dòng)電路2）Y-△起動(dòng)起動(dòng)設(shè)備的費(fèi)用小，在起動(dòng)過程中沒有電能損失。3）用自耦變壓器起動(dòng)圖10-15自耦變壓器起動(dòng)電路容量較大的（尤其是大容量而且在正常工作時(shí)作Y連接的）籠形電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器起動(dòng)。三、線繞式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)線繞式電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子電路中接入電阻來進(jìn)行起動(dòng)的.圖10-16線繞式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)電路

圖10-17線繞式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性

[例10-4]一臺(tái)籠形三相異步電動(dòng)機(jī)，已知：PN=60kW，UN=380V，IN=136A，nN=1450r/min，起動(dòng)電流倍數(shù)KI=6.5，S=1.1，求直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流Ist和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。解：直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流Ist=KIIN=6.5×136A=884A起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst=STN=1.1×9550×N·m=434.69N·m

習(xí)題3-23-3第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)

一、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

S=（n1-n）/n1

轉(zhuǎn)差率:可以通過改變:1．改變電源頻率f1

2．改變轉(zhuǎn)差率3．改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)P

二、異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

把接到電動(dòng)機(jī)上的三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)一下，電動(dòng)機(jī)便會(huì)反向旋轉(zhuǎn)。三、異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

1.反接制動(dòng)反接制動(dòng)設(shè)備簡單，制動(dòng)迅速，但制動(dòng)時(shí)有沖擊，制動(dòng)過程中能量消耗較大。圖10-18三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)

a）反接制動(dòng)電路b）反接制動(dòng)原理

需要直流電源設(shè)備，制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，能量消耗小。2．能耗制動(dòng)圖10-19三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)

a）能耗制動(dòng)電路b）能耗制動(dòng)原理

兩種制動(dòng)方法相比，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。反接制動(dòng):優(yōu)點(diǎn)是:制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)迅速，無需直流電源。缺點(diǎn)是:制動(dòng)過程中沖擊強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)零件，頻繁地反接制動(dòng)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過熱而損壞。能耗制動(dòng):優(yōu)點(diǎn)是：制動(dòng)力較強(qiáng)且平穩(wěn)，無沖擊。缺點(diǎn)是：需要直流電源，在電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)直流制動(dòng)設(shè)備價(jià)格較貴，低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。四、三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌

圖10-20三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

1）型號(hào)2）額定頻率指加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的允許頻率，國產(chǎn)異步電動(dòng)機(jī)的額定頻率為50HZ。3）額定電壓：指定子三相繞組規(guī)定應(yīng)加的線電壓值。一般應(yīng)為380V。4）額定功率：電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下長期持續(xù)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)不過熱，軸上所能輸出的機(jī)械功率。N·m

（10-11）

額定轉(zhuǎn)矩5）額定電流：當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，定子電路取用的線電流。6）額定轉(zhuǎn)速：指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。7）絕緣等級(jí)：指電動(dòng)機(jī)定子繞組所用的絕緣材料的等級(jí)。表10-1絕緣材料耐熱性能等級(jí)

習(xí)題4-14-2第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇、使用和維修

一、異步電動(dòng)機(jī)的選擇

1．類型的選擇異步電動(dòng)機(jī)有籠形和線繞式兩種。籠形電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、維修容易、價(jià)格低廉，但起動(dòng)性能較差，一般空載或輕載起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械方可選用。線繞式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，起動(dòng)和維護(hù)較麻煩，只用于需要大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的場合，如起重設(shè)備等；此外還可以用于需要適當(dāng)調(diào)速的機(jī)械設(shè)備。2．轉(zhuǎn)速的選擇異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速（磁場轉(zhuǎn)速）是以磁極對(duì)數(shù)P來分檔的，在兩檔之間的轉(zhuǎn)速是沒有的。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇的原則是使其盡可能接近生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速，以簡化傳動(dòng)裝置。3．容量的選擇電動(dòng)機(jī)容量（功率）大小的選擇，是由生產(chǎn)機(jī)械決定的，也就是說，由負(fù)載所需的功率決定的。二、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與維修

1）電源條件電源電壓、頻率和相數(shù)應(yīng)與電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)相等。電源電壓為對(duì)稱系統(tǒng)、電壓額定值的偏差不超過±5%（頻率為額定值時(shí)）；頻率的偏差不得超過±1%（電壓為額定值時(shí)）。2）環(huán)境條件電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境溫度不得超過40℃，適用于室內(nèi)通風(fēng)干燥等。運(yùn)行條件：3）負(fù)載條件電動(dòng)機(jī)的性能應(yīng)與起動(dòng)、制動(dòng)、不同定額的負(fù)載以及變速或調(diào)速等負(fù)載條件相適應(yīng)，使用時(shí)應(yīng)保持負(fù)載不得超過電動(dòng)機(jī)額定功率。正常運(yùn)行中的維護(hù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的溫度不應(yīng)超過允許的限度。2）監(jiān)視電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流。3）監(jiān)視電源電壓、頻率的變化和電壓的不平衡度。4）注意電動(dòng)機(jī)的氣味、振動(dòng)和噪聲。5）經(jīng)常檢查軸承發(fā)熱、漏油情況，定期更換潤滑油，滾動(dòng)軸承滑脂不宜超過軸承室容積的70%。6）對(duì)繞線型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢查電刷與集電環(huán)間的接觸、電刷磨損以及火花情況，如火花嚴(yán)重必須及時(shí)清理集電環(huán)表面，并校正電刷彈簧壓力。7）注意保持電動(dòng)機(jī)內(nèi)部清潔，不允許有水滴、油污以及雜物等落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。電動(dòng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口必須保持暢通無阻。習(xí)題10.6單相異步電動(dòng)機(jī)

單相異步電動(dòng)機(jī)的容量一般在750W以下，與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，它的體積較大，運(yùn)行性能較差，但是它結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠、維修方便，通常廣泛應(yīng)用在小容量的場合，如電扇、洗衣機(jī)、油泵、砂輪機(jī)、空調(diào)等。電容分相單相異步電動(dòng)機(jī)、電阻分相單相異步電動(dòng)機(jī)單相罩極式電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)運(yùn)行原理的不同分為:一、電容分相單相異步電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)子多為籠形，定子繞組有所不同，它是由兩套繞組組成。由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座和端蓋幾大部分組成。一套是工作繞組U1U2（或稱主繞組），一套是起動(dòng)繞組Z1Z2（或稱輔助繞組），這兩套繞組在空間位置上相差90°。起動(dòng)繞組與一電容串聯(lián)后與工作繞組并聯(lián)接單相交流電源，如圖10-22所示。圖10-22電容分相單相異步電動(dòng)機(jī)a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電路原理圖

接通電源后，由于起動(dòng)繞組Z1Z2串有電容，將使起動(dòng)繞組中電流i2被移相，如果電容C選擇適當(dāng)可使i2在相位上超前工作繞組電流i1相位90°，這就叫“分相”。兩個(gè)電流可分別表示為:i1=I1msinωti2=I2msin（ωt+90°）

電容運(yùn)行單相異步電動(dòng)機(jī)和電容起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)起動(dòng)繞組是否參與正常運(yùn)行:對(duì)掉電源兩根接線是不可以改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的。注意:它們的波形如圖10-23a所示。圖10-23兩相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生a）分相電流波形b）兩相旋轉(zhuǎn)磁場

二、電阻分相單相異步電動(dòng)機(jī)將電容起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)中的電容換成電阻，就構(gòu)成了電阻起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)，如圖10-24所示。圖10-24電阻分相單相異步電動(dòng)機(jī)原理圖

電阻分相單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，宜于空載起動(dòng)。三、單相罩極電動(dòng)機(jī)

單相罩極電動(dòng)機(jī)是一種結(jié)構(gòu)非常簡單的電動(dòng)機(jī)，按照磁極形式的不同分為凸極式和隱極式兩種，其中凸極式應(yīng)用較多,旋轉(zhuǎn)方向不易改變。圖10-25凸極式單相罩極電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖10-26罩極電動(dòng)機(jī)磁極中的磁通

習(xí)題6-1第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)

與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。

直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖10-28直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

它是由固定和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分組成，固定部分稱為定子，轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為電樞。定子主要包括機(jī)座、主磁極、換向磁極和電刷裝置等。

機(jī)座一般是由鑄鋼或鋼板焊接而成，起著支承其它部件的作用，同時(shí)其中一部分傳導(dǎo)磁通，叫做磁軛，它是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。

主磁極是由固定在機(jī)座上的鐵心及套在鐵心上的勵(lì)磁繞組組成，當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入直流電流時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生磁場，若改變勵(lì)磁電流的方向，就改變了磁場的方向，即改變了主磁極的極性。在直流電動(dòng)機(jī)中主磁極是成對(duì)的，可以是一對(duì)、兩對(duì)或更多。對(duì)于小型直流電動(dòng)機(jī)主磁極也可采用永久磁鐵。

換向磁極簡稱換向極，它的體積比主磁極小，它也是由鐵心和套在鐵心上的繞組組成，換向極安裝在兩個(gè)主磁極之間，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極的作用是改善換向性能，使電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，電刷與換向器之間的火花盡量小，減少換向器與電刷的燒燭。

電刷裝置是由電刷和安裝電刷的機(jī)構(gòu)組成。直流電源是通過固定的電刷與旋轉(zhuǎn)的換向器的滑動(dòng)接觸進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，電刷裝置必須使電刷對(duì)換向器保持合適的壓力和接觸面積。電刷的個(gè)數(shù)與主磁極個(gè)數(shù)相同。電樞主要包括電樞鐵心、電樞繞組和換向器等。

電樞鐵心是用來放置電樞繞組的，并且構(gòu)成電機(jī)磁路的一部分。電樞鐵心是由硅鋼片疊成的圓柱體，它的外表有均勻分布的平行槽，槽內(nèi)安放電樞繞組，裝在軸上的電樞鐵心如圖10-29所示。圖10-29直流電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心

電樞繞組是由許多結(jié)構(gòu)完全相同的線圈組成。這些線圈都嵌放在電樞鐵心的槽里，每個(gè)線圈的兩端分別按照一定的規(guī)律接在換向器上的兩個(gè)換向片上，通過換向片把這些獨(dú)立的線圈互相連接在一起。電樞是處在主磁極的磁場中，若電樞繞組通過電流，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?？梢婋姌性陔妱?dòng)機(jī)中是起著能量轉(zhuǎn)換的樞紐作用，所以稱之為電樞。

換向器是由許多楔形銅片（換向片）疊成，構(gòu)成一個(gè)圓桶形，相鄰兩換向片之間都?jí)|有云母絕緣，每個(gè)換向片尾端有一個(gè)凸起部分，上面有一個(gè)小槽，電樞繞組每個(gè)線圈的端部就焊接在這個(gè)小槽里，換向器的外形如圖10-30所示。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，通過電刷使轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外部的直流電源連接，產(chǎn)生電樞繞組電流。圖10-30直流電動(dòng)機(jī)的換向器二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理

圖10-31直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖

直流電流I通過電刷A、換向片1、線圈ab邊和cd邊，最后經(jīng)換向片2及電刷B回到電源負(fù)極。載流導(dǎo)線ab和cd在磁場中要受到電磁力F的作用，其方向可用左手定則確定.電流的方向:有效邊在N極下時(shí)電流總是一個(gè)方向，在S極下時(shí)又總是另一個(gè)方向。三、直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式

直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式有:他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。1．他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)單獨(dú)電源供電，它們?cè)陔娐飞蠜]有聯(lián)系.圖10-32他勵(lì)電動(dòng)機(jī)a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電路圖

2．并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組同電樞并聯(lián)。勵(lì)磁電流不僅與勵(lì)磁電路的電阻有關(guān)，而且還受電樞電壓的影響。并勵(lì)繞組承受著電樞兩端的全部電壓，其值較高，相應(yīng)的并勵(lì)繞組中的電阻值也較高。圖10-33并勵(lì)電動(dòng)機(jī)a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電路圖3．串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)。為了減少串勵(lì)繞組的電壓損失及功率損耗，串勵(lì)繞組應(yīng)有較小的電阻。串勵(lì)繞組的電阻在1以下。圖10-34串勵(lì)電動(dòng)機(jī)a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電路圖

4．復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)磁極上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)同電樞繞組并聯(lián)，另一個(gè)則同電樞繞組串聯(lián)。圖10-35復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電路圖并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)若用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)即可用作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，其勵(lì)磁電流都是由它們自己供給，又統(tǒng)稱為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。四、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。圖10-36他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路

F=BLI

T=CTIa

（10-12）

CT為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)電樞旋轉(zhuǎn)后，繞組的線圈邊又因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。用右手定則判斷，它的方向與繞組中的電流方向是相反的。起著阻礙電樞電流的作用，故稱反電動(dòng)勢，用符號(hào)Ea表示Ea=Cen

（10-13）

Ce為電勢系數(shù)電樞繞組中的電流Ia為（10-14）

（10-15）這是直流電動(dòng)機(jī)電樞回路的電壓平衡方程式，該式表示，電樞電壓除了克服反電動(dòng)勢Ea的反抗外，還需克服電樞電流Ia在電樞電阻Ra上的壓降。因此U＞E。上式等號(hào)兩邊乘以電流Ia，即得功率平衡方程式：（10-16）

UIa項(xiàng)為直流電源供電的電功率；為電樞繞組的銅損耗；EaIa項(xiàng)稱為電磁功率，它轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，如果不計(jì)摩擦損耗，它就是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。將式（10-13）代入式（10-15），得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為（10-17）

再把式（10-12）代入上式，（10-18）

必須注意，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)切不可斷開勵(lì)磁電路，否則勵(lì)磁電流等于零，磁極上僅有很小的剩磁，在空載時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇增加，在負(fù)載時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，電樞電流急劇增加，將引起嚴(yán)重后果。圖10-37他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

五、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和反轉(zhuǎn)

1．起動(dòng)Ist

直流電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)的電樞電流比其額定值大十幾倍。這樣大的電流會(huì)使換向器上產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花，可能把換向器燒壞。起動(dòng)時(shí)的具體方法：1）在電樞電路中串接起動(dòng)變阻器，隨著轉(zhuǎn)速的上升再逐步將變阻器切除，起動(dòng)結(jié)束時(shí)將電阻全部切除。這種方法適用于容量不大和不經(jīng)常起動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)。2）降壓起動(dòng)，即先降低電樞電壓來起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，隨著轉(zhuǎn)速的上升將電樞電壓逐漸提高到額定值。這種方法適用于容量較大的直流電動(dòng)機(jī)。2．調(diào)速對(duì)于他勵(lì)（或者并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)1）改變磁極的磁通磁通大小的改變，可調(diào)節(jié)勵(lì)磁電路中串聯(lián)的可變電阻器Rf的電阻值，如圖10-38所示。圖10-38并勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁調(diào)速由于電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)額定磁通N已接近飽和，所以磁通只能在N以下的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速nN以上作勻速調(diào)節(jié)，故這種調(diào)速方法稱為弱磁調(diào)速。2）改變電樞電路中的電阻壓降在電樞電路中串聯(lián)一個(gè)調(diào)速變阻器RS，如圖10-39所示。圖10-39電樞串聯(lián)電阻調(diào)速

這種調(diào)速方法只能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定值以下作比較平滑的調(diào)節(jié)。3）改變電源電壓電動(dòng)機(jī)的電樞電壓一般由直流電源直接供給，在保持勵(lì)磁電流不變的情況，改變電源電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將得到改變。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，電壓降低后其硬度不變，穩(wěn)定性較好，調(diào)速的幅度也較大。如果電壓能均勻調(diào)節(jié)，可得到平滑的無級(jí)調(diào)速。這些都是變壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。但這需要調(diào)節(jié)電壓的專用設(shè)備，投資費(fèi)用較高。近年來已普遍采用晶閘管整流電源對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓或調(diào)磁來進(jìn)行調(diào)速。3．反轉(zhuǎn)1）保持電樞兩端電壓極性不變，將勵(lì)磁繞組反接，使勵(lì)磁電流If的方向改變。2）保持勵(lì)磁電流方向不變，把電樞繞組反接，使電樞電流Ia反向。六、直流電動(dòng)機(jī)銘牌

1．型號(hào)型號(hào)表示直流電動(dòng)機(jī)的類型。例如Z2—41Z—直流電動(dòng)機(jī)2—第二次設(shè)計(jì)4—機(jī)座號(hào)（是電動(dòng)機(jī)底腳到轉(zhuǎn)軸中心的高度代號(hào)）1—鐵心長度序號(hào)（1號(hào)為短鐵心，2號(hào)為長鐵心）直流電動(dòng)機(jī)的型號(hào)還有其他表示方法，具體可查閱電工手冊(cè)。其中2．額定電壓指電動(dòng)機(jī)額定工作狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。3．額定電流指電動(dòng)機(jī)長期連續(xù)運(yùn)行時(shí)從電源輸入的允許電流。4．額定轉(zhuǎn)速指電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速。5．額定功率指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。額定電壓與額定電流的乘積為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，額定功率與輸入功率之比，稱為電動(dòng)機(jī)的額定效率，即6．額定勵(lì)磁電流電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)下，勵(lì)磁繞組的電流。此外直流電動(dòng)機(jī)銘牌上還有額定轉(zhuǎn)矩、額定勵(lì)磁電壓、額定溫升、勵(lì)磁方式等。額定轉(zhuǎn)矩:習(xí)題7-87-97-107-11第八節(jié)控制電機(jī)

控制電機(jī)主要是作為信號(hào)的測量、轉(zhuǎn)換、傳遞及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，它是具有可靠性高、精度高和反映靈敏的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)裝置中。一、伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)的功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成與其大小相應(yīng)的機(jī)械轉(zhuǎn)速或角位移。常作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其外形如圖10-40所示。圖10-40伺服電動(dòng)機(jī)的外形

工作特點(diǎn):有控制信號(hào)就旋轉(zhuǎn)，無控制信號(hào)就停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向受控制信號(hào)的極性（相位）控制，轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)的大小成正比。伺服電動(dòng)機(jī)分交流與直流兩種，通常在自動(dòng)控制系統(tǒng)中小功率的采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，稍大功率的采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。1．交流伺服電動(dòng)機(jī)分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子繞組為兩相，一相為勵(lì)磁繞組Lf，運(yùn)行時(shí)接到交流電源上，電壓記作Uf，另一相為控制繞組LC，接控制信號(hào)，控制信號(hào)電壓記作UC。UC也是交流量與Uf同頻率，一般為50HZ或400HZ。兩相繞組在空間位置相差90°.圖10-41交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖

圖10-42杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：鼠籠式轉(zhuǎn)子與杯形轉(zhuǎn)子。2）工作原理與機(jī)械特性圖10-43交流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性勵(lì)磁繞組和控制繞組在空間相隔90°，當(dāng)兩相繞組分別通過不同相位的電流時(shí)，就會(huì)在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)勵(lì)磁電壓不變，而改變控制電UC，則轉(zhuǎn)速將隨之變化。UC增大，轉(zhuǎn)速增大；UC減小，轉(zhuǎn)速減??；UC反相，旋轉(zhuǎn)方向改變；UC為零，氣隙中的磁場為單相脈動(dòng)磁場，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。2．直流伺服電動(dòng)機(jī)1）基本結(jié)構(gòu)分為傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類。傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)與普遍直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上相似，區(qū)別是功率小、電樞的體積小、重量輕、慣性小，起動(dòng)、停止靈活。按勵(lì)磁方式不同可分為電磁式和永磁式.低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是它通過電樞形式的改變使電樞體積更小、重量更輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量更小，所以，它的控制容易，性能更穩(wěn)定、靈敏度更高。低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞形式可以分為盤型電樞式、空心杯電樞永磁式、無槽電樞式三類。2）工作原理屬于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)范疇，其工作原理與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一樣。直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法有電樞控制和磁場控制。電樞控制就是電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓Uf固定即磁場恒定，電樞繞組接控制電壓UC；磁場控制則與之相反。一般直流伺服電動(dòng)機(jī)多采用電樞控制.圖10-44直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖10-45直流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制電壓UC成正比,改變UC的極性就可以改變旋轉(zhuǎn)方向，UC為零時(shí),電動(dòng)機(jī)立即停止。

優(yōu)點(diǎn):機(jī)械特性是線性的,調(diào)速范圍寬廣平滑,利用電樞控制方式可實(shí)現(xiàn)線性的調(diào)速特性,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)小,因而特別適合于精確定位和調(diào)速的控制系統(tǒng).缺點(diǎn):電動(dòng)機(jī)存在換向器和電刷,有可能接觸不良,產(chǎn)生火花等,影響電動(dòng)機(jī)的性能穩(wěn)定.二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角度位移的執(zhí)行元件。按相數(shù)可分為單相、兩相、三相及多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其運(yùn)方式可分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)型、直線運(yùn)動(dòng)型和平面運(yùn)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)式。1．基本結(jié)構(gòu)與工作原理圖10-46三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖a）A相繞組通電b）B相繞組通電c）C相繞組通電

當(dāng)A相繞組通電時(shí),由于磁力線力圖通過磁阻最小的途徑,轉(zhuǎn)子將受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用,而必然轉(zhuǎn)到其磁極軸線與A相繞組軸線重合.此時(shí)磁力線通過磁路的磁阻最小.因兩軸線間的夾角為零,磁阻轉(zhuǎn)矩為零,轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng),如圖10-46a所示.當(dāng)A相斷電,B相通電,由于同樣原因,轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)30°空間角,使其軸線與B相繞組軸線重合,如圖10-46b所示.同樣,B相斷電,C相通電,如圖10-46c所示.三相依次單相通電方式，稱為“三相單三拍運(yùn)行”.“三相”指三相繞組.“單”是指每次通電僅只有一相.“三拍”指三次通電為一“循環(huán)”，第四次通電重復(fù)第一次情況.此外，還有“雙三拍”和“三相六拍”等?！半p三拍”：AB-BC-CA-AB順序通電，即每次有兩相通電。不難看出，通電后所建立的磁場軸線與未通電的一相繞組軸線重合，因而轉(zhuǎn)子磁極軸線與未通電一相的磁極軸線對(duì)齊，例如A、B相通電，與C-C極軸線對(duì)齊，按此方式運(yùn)行“單三拍”相同，步距角不變。“三相單、雙六拍”：按A-AB-B-BC-C-CA-A的順序通電，相當(dāng)于前述兩種通電方式的綜合，步距角為“三拍”方式的一半。圖10-47三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒。采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，使當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正時(shí)，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開1/3齒距，C相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開2/3齒距，如圖10-48所示。圖10-48定子和轉(zhuǎn)子的齒配合

如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為40，則齒的間距角為360°/40=9°，1/3距角就是3°，也就是說此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為3°。若采用三相單、雙六拍通電方式運(yùn)行即按A-AB-B-BC-C-CA-A順序循環(huán)通電，同樣步距角也要減小一半，即每一拍轉(zhuǎn)子僅轉(zhuǎn)動(dòng)1.5°.一般情況下步距角b

ZR為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，N為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)。對(duì)于圖10-47的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說，ZR=40，三相單三拍時(shí)N=3，b

=3°；三相單、雙六拍時(shí)N=6，b

=1.5°。（r/min）

2．驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器三個(gè)部分如圖10-49所示。圖10-49步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源

三、測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換成電壓信號(hào)的檢測元件。它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。一類是交流測速發(fā)電機(jī)，一類是直流測速發(fā)電機(jī)。測速發(fā)電機(jī)可分為兩大類:1．交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)又有異步測速發(fā)電機(jī)與同步測速發(fā)電機(jī)之分。圖10-50交流異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理

圖中N1表示勵(lì)磁繞組,N2表示輸出繞組.當(dāng)頻率為f1的電壓U1加在勵(lì)磁繞組以后,在發(fā)電機(jī)內(nèi)的氣隙中產(chǎn)生脈沖磁場d,脈動(dòng)頻率為f1,其軸線就是勵(lì)磁繞組的軸線,與輸出繞組N2軸線互相垂直.所以輸出繞組N2不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢,即測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零,輸出電壓信號(hào)為零.當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割氣隙磁通

d,在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中又感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢、電流和磁通q,其方向如圖10-50所示.由此在輸出繞組N2中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢，由這個(gè)電動(dòng)勢產(chǎn)生的電壓U2與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反時(shí)，輸出電壓相位也相反，這就是交流異步測速發(fā)電機(jī)基本工作原理。2．直流測速發(fā)電機(jī)分為兩種，一種是他勵(lì)式，一種是永磁式。結(jié)構(gòu)與普通直流電動(dòng)機(jī)相似，有定子和轉(zhuǎn)子兩部分。由于他勵(lì)式需要一個(gè)恒定電源，故在實(shí)際應(yīng)用中采用較少，采用較多的是永磁式。永磁式的定子用永久磁鋼制成。一般為凸極式。按電樞結(jié)構(gòu)，又可分為有槽式電樞和無槽式電樞，常用的為有槽式電樞結(jié)構(gòu)。圖10-51調(diào)速控制系統(tǒng)的原理圖直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器，用電刷與外電路相連。習(xí)題８－３８－４８－６本章小結(jié)一、異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性及銘牌數(shù)據(jù)

1．三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同可分為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)。鼠籠式結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、價(jià)格便宜、應(yīng)用最為廣泛。繞線式可外接變阻器，起動(dòng)、調(diào)速性能好。2．三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入三相交流電就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體之間的相對(duì)運(yùn)行在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢與電流，此電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到電磁力的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速總是低于并接近旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=60f1/p，與電源頻率f1成正比，與電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p成反比。旋轉(zhuǎn)磁場的方向與三相定子電流的相序一致，將三根電源線中任意兩根對(duì)調(diào)可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)差率s=（n1-n）/n1。3．三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線n=f（T）稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN=9550PN/nN；最大轉(zhuǎn)矩Tm=λmTN，λm為過載系數(shù)；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst=λsTN，λs為起動(dòng)系數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T∝U12，U1降低，n、T都降低。T還與R2有關(guān)，R2增加，機(jī)械特性變軟。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有硬機(jī)械特性，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化不大。4．三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)可分為直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)。直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流較大，對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備有一定影響。降壓起動(dòng)的方法有：①電阻降壓或電抗器降壓；②星形—三角形起動(dòng)；③自耦變壓器起動(dòng)等。降壓起動(dòng)時(shí)，減小了起動(dòng)電流，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了。繞線式電動(dòng)機(jī)