《電工電子技術(shù)基本教程》殷瑞祥 羅昭智 第4章 電機(jī)與電器

第四章

電機(jī)與電器4.1磁路與變壓器4.1.1磁路的基本知識(shí)當(dāng)電流通過線圈時(shí)，產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵心閉合，稱為主磁通，用表示小部分磁通沿鐵心以外空間閉合，稱為漏磁通，用S表示。漏磁通很小，在工程中常略去不計(jì)。主磁通通過的閉合路徑稱為磁路。用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流稱為勵(lì)磁電流。磁路中有很短的空氣隙變壓器

電磁鐵各段截面積基本相等，為均勻磁路直流電機(jī)

磁路中也有空氣隙磁路的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B

：表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。單位是特斯拉(T)，簡(jiǎn)稱特。磁通：

在均勻磁場(chǎng)中，磁通

等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，即

或

的單位是韋伯(Wb)，簡(jiǎn)稱韋。1T=1Wb／m2(韋／米2)磁導(dǎo)率

：磁導(dǎo)率

是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。單位是亨／米(H/m)。相對(duì)磁導(dǎo)率r：

o是真空的磁導(dǎo)率，

o=4l07H/m，是常數(shù)。非鐵磁物質(zhì)r近似為1鐵磁物質(zhì)r遠(yuǎn)大于1，不是常數(shù)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H

：?jiǎn)挝皇前玻?A／m)全電流定律在磁場(chǎng)中沿任何閉合回線，磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量的線積分等于穿過該閉合回線所包圍面積電流的代數(shù)和，即計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。在無分支的均勻磁路中，全電流定律可寫為N為線圈匝數(shù)Fm稱為磁動(dòng)勢(shì)，單位是安(A)。磁路的歐姆定律磁阻Rm：磁位差Um

：磁阻Rm不是一個(gè)常數(shù)，隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算。電路磁路電流

I電動(dòng)勢(shì)

E電阻

R=l/(S)電導(dǎo)率

電位差（電壓）

U=RI電路歐姆定律

E=RI磁通

磁動(dòng)勢(shì)

Fm磁阻

Rm=l/(S)磁導(dǎo)率

磁位差

Um=RmI磁路歐姆定律

Fm=

Rm電路與磁路對(duì)照鐵磁材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性鐵磁材料的磁導(dǎo)率很高，r可達(dá)102~104，是制造電磁鐵、變壓器、電機(jī)等的主要材料。2.磁飽和性3.磁滯性鐵磁材料的種類和用途1.軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。2.硬磁材料剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬，3.矩磁材料只要受較小的外磁場(chǎng)作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場(chǎng)去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。例

一環(huán)形螺線管，匝數(shù)N=1000匝，電流I=4A，螺線管外徑D1=0.3m，內(nèi)徑D2=0.22m，試分別計(jì)算媒質(zhì)為紙心、鑄鋼心時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通。解磁路平均長(zhǎng)度當(dāng)媒質(zhì)為紙心時(shí)當(dāng)媒質(zhì)為鑄鋼心時(shí)由表得H=4902A/m時(shí)B=1.55T4.1.2鐵心線圈直流鐵心線圈特點(diǎn)：1.線圈的勵(lì)磁電流I只與外加電壓U及線圈電阻R有關(guān)，I=U/R，與磁路特性無關(guān)。2.勵(lì)磁電流在磁路產(chǎn)生的是恒定磁通，不會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3.磁路的磁通不僅與線圈電流I、線圈匝數(shù)N有關(guān)，還與磁路磁阻Rm有關(guān)。4.直流鐵心線圈的功率損耗P=I2R，由電流及電阻大小確定，與磁路無關(guān)。交流鐵心線圈1.電壓、電流和磁通主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

設(shè)R為線圈的電阻，則寫成相量形式為2.功率損耗銅損(PCu)：線圈導(dǎo)線電阻所致，PCu=I2R。磁滯損耗Ph：由鐵磁物質(zhì)的磁滯性引起，其大小與磁滯回線包圍的面積成正比。渦流損耗Pe：由鐵芯中的渦流產(chǎn)生。鐵損()

PFe減少渦流損耗的方法：1、增大鐵心材料的電阻率，在鋼中滲硅既保持良好的導(dǎo)磁性，又使電阻率大大提高。2、以鋼片疊成鐵心代替整塊鐵心，片間彼此絕緣。3.鐵心線圈的等效電路例

有一鐵心線圈接到交流220V工頻電壓源，測(cè)得電流I=2A，功率P=50W，(1)不計(jì)線圈電阻及漏磁通，試求鐵心線圈等效電路的R0和X0；(2)若線圈電阻R=1，試計(jì)算該線圈的銅損耗及鐵損耗。解

(1)等效阻抗(2)銅損耗和鐵損耗4.同極性端當(dāng)電流從兩接線端流進(jìn)（或流出），在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向一致時(shí)，這兩個(gè)接線端稱為同極性端或同名端。正確串聯(lián)正確并聯(lián)同極性端的測(cè)定開關(guān)S瞬間接通，若此時(shí)毫安表正向偏轉(zhuǎn)，則線圈A的1端與線圈B的3端是同極性端。若毫安表反偏，則1和4端為同極性端。4.1.3單相變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)心式殼式變壓器主要由鐵心和繞組構(gòu)成變壓器的工作原理一次繞組二次繞組變壓器空載運(yùn)行（電壓變換原理）二次繞組開路變壓器的電壓變換關(guān)系為K稱為變壓器的電壓比變壓器的負(fù)載運(yùn)行（電流變換原理）變壓器一次繞組接通電源，二次繞組接負(fù)載Z。忽略一、二次繞組電阻及漏磁通，在變壓器接近滿載時(shí)：一、二次繞組電流有效值之比為阻抗變換原理

或

例

設(shè)交流信號(hào)源電壓U=80V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載RL=8，(1)將負(fù)載直接接至信號(hào)源，負(fù)載獲得多大功率？(2)經(jīng)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，求負(fù)載獲得最大功率是多少？變壓器的變比K是多少？解

(1)負(fù)載直接接信號(hào)源時(shí)(2)輸出最大功率時(shí)，RL折算到一次繞組應(yīng)為800變壓器變比變壓器的損耗和效率銅損(PCu)變壓器的損耗鐵損(PFe)銅損耗PCu是一次、二次繞組電阻R1、R2上所消耗的功率，即鐵損耗是主磁通在鐵心中交變時(shí)所產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，與負(fù)載電流大小無關(guān)，與鐵心材料、電源電壓U1、頻率f有關(guān)。變壓器的額定值1.產(chǎn)品型號(hào)SL71000/101000表示容量為1000kVAS表示三相(D表示單相)L表示鋁線(銅線無文字表示)7表示設(shè)計(jì)序號(hào)10表示高壓側(cè)線電壓為10kV2.額定電壓指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定線電壓3.額定電流指允許繞組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的線電流4.額定容量在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值，即變壓器的視在功率，單位為千伏安(kVA)。6.阻抗電壓指變壓器二次繞組短路，一、二次繞組達(dá)到額定電流時(shí)，加到一次繞組的電壓值。5.聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)表明變壓器高壓、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式例

有一臺(tái)三相配電變壓器，聯(lián)接組標(biāo)號(hào)為Y，yn0，額定電壓為10000V/400V，現(xiàn)向380V、功率P=240kW、cos=0.8的負(fù)載供電，求變壓器一、二次繞組電流，并選擇變壓器的容量。解查產(chǎn)品目錄，應(yīng)選標(biāo)稱值SN=315kVA。

4.1.4特殊變壓器自耦變壓器自耦變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用材料省、體積小、重量輕，效率高。(2)短路阻抗小，短路電流大，必要時(shí)要采取限制短路電流措施。(3)自耦變壓器不能作為安全變壓器。電流互感器一次繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，有時(shí)只有一匝，串聯(lián)在被測(cè)電路中；二次繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表等儀表相聯(lián)接使用應(yīng)注意：(1)電流互感器工作時(shí)二次側(cè)不得開路。(2)電流互感器的二次側(cè)一端必須接地。電壓互感器電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于供電系統(tǒng)的一次電路，二次繞組匝數(shù)較少，與電壓表等儀表并聯(lián)。使用應(yīng)注意：(1)電壓互感器工作時(shí)二次側(cè)不得短路。(2)電壓互感器的二次側(cè)的一端必須接地。4.2交流電動(dòng)機(jī)電機(jī)是一種利用電磁原理進(jìn)行機(jī)械能與電能互換的裝置。發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電機(jī)電動(dòng)機(jī)：把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)電機(jī)電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)罩殼軸承蓋端蓋接線盒機(jī)座轉(zhuǎn)軸軸承轉(zhuǎn)子端蓋風(fēng)扇三相異步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)定子主要由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。定子鐵心沖片三相異步電動(dòng)機(jī)具有三相對(duì)稱的定子繞組三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵心沖片

籠型轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)當(dāng)三相定子繞組接到三相對(duì)稱電源時(shí)，繞組中便產(chǎn)生了三相對(duì)稱電流iA、iB、iC。當(dāng)wt=0°時(shí)，當(dāng)wt=60°時(shí)，當(dāng)wt=120°時(shí)，當(dāng)wt=180°時(shí)，結(jié)論：三相正弦交流電流通過電機(jī)的三相對(duì)稱繞組，在電機(jī)中所建立的合成磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向和三相電流的相序一致；任意對(duì)調(diào)接到電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的三相電源引線中的兩根，就可使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速：極對(duì)數(shù)同步轉(zhuǎn)速三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆時(shí)針方向切割磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組是接成回路的，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力F的作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必定低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0

。轉(zhuǎn)差：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差，用n表示，即轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即例

有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min。試求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率sN

。電源頻率f1=50Hz。解由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率通常在很小的數(shù)值范圍內(nèi)；所以電動(dòng)機(jī)的n與n0非常接近。4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T——電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；KT——常數(shù)，決定于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組。轉(zhuǎn)子頻率在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為轉(zhuǎn)子繞組的漏抗為在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子漏抗為設(shè)轉(zhuǎn)子每相電阻為R2，——常數(shù)可見：轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓U12成比例，所以當(dāng)電源電壓變動(dòng)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響很大。轉(zhuǎn)矩T還受轉(zhuǎn)子電阻R2的影響。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線最大轉(zhuǎn)矩Tm對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst：電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)（n=0、s=1）時(shí)的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T

為P2——電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W；n——轉(zhuǎn)速，單位為r/min；T——轉(zhuǎn)矩，單位是N·m。電動(dòng)機(jī)的功率P2以千瓦（kW）為單位，則例如，某電動(dòng)機(jī)（型號(hào)為Y132M-4）的額定功率為7.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，則其額定轉(zhuǎn)矩為異步電動(dòng)機(jī)電源電壓變化對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的影響異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路電阻對(duì)轉(zhuǎn)矩曲線的影響三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。通常異步電動(dòng)機(jī)都工作在ab段。在這一段，電動(dòng)機(jī)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩，從而在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。即具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù)或過載能力，用來表示，即一般三相異步電動(dòng)機(jī)的在1.8～2.2之間，特殊用途電動(dòng)機(jī)的可達(dá)3或更大。4.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的使用三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)此外，Y132M–4型電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)還有：功率因數(shù)0.85，效率87%。1.型號(hào)產(chǎn)品名稱代號(hào)漢字意義異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)YYRYBYQ異異繞異爆異起2.電壓銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值（有效值），用U1N表示。一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的5%。3.接法有星形（Y）和三角形（D）兩種接法是指定子繞組的接法Y系列規(guī)定，三相異步電動(dòng)機(jī)額定電壓U1N為380V、3kW及以下者，作星形聯(lián)結(jié)；4kW及以上者，聯(lián)結(jié)成三角形。定子繞組的星形聯(lián)結(jié)定子繞組的三角形聯(lián)結(jié)4.電流銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值（有效值），用I1N表示。若電動(dòng)機(jī)三相定子繞組有兩種接法，就有兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的額定電流值。5.功率因數(shù)額定功率因數(shù)是電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)，用cosN表示。額定功率因數(shù)一般約在0.7～0.9，而在空載和輕載時(shí)很低，空載時(shí)只有0.2～0.3。6.功率與效率銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率值。電動(dòng)機(jī)從電源吸取的有功功率是輸入功率，減去自身的銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗等損耗，輸出給機(jī)械負(fù)載的功率就是輸出功率。

額定效率是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的效率，用來表示。效率是輸出功率與輸入功率之比，即

7.轉(zhuǎn)速銘牌上所標(biāo)的轉(zhuǎn)速值是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。PN——額定輸出功率，單位為kW；nN——額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min；TN——額定轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。8.絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)AEBFH極限溫度（oC）1051201301551809.工作方式銘牌上標(biāo)的工作方式，有時(shí)又稱為工作制。工作方式分為8類，分別用字母S1～S8表示。如S1是“連續(xù)”工作方式；S2是“短時(shí)”工作方式，分10、30、60、90分鐘（min）四種；S3是“斷續(xù)周期性”工作方式；……等等。三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)因?yàn)樵谄饎?dòng)瞬間，n＝0，s＝1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與靜止的轉(zhuǎn)子之間相對(duì)速度很大，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度很快，轉(zhuǎn)子電路中的電動(dòng)勢(shì)和電流都很大。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流Ist很大。一般電動(dòng)機(jī)的定子起動(dòng)電流（指線電流）往往為額定電流的5～7倍。（1）直接起動(dòng)二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都是采用直接起動(dòng)的。（2）減壓起動(dòng)星形—三角形（Y—△）換接起動(dòng)適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的籠型電動(dòng)機(jī)。，自耦減壓起動(dòng)自耦減壓起動(dòng)適用于容量較大或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成星形不能采用星三角換接起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)。自耦減壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：線路起動(dòng)電流：轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，通常采用在轉(zhuǎn)子電路串入電阻的方法。起動(dòng)時(shí)接入起動(dòng)電阻Rst，很明顯起動(dòng)電流將減小，同時(shí)cos2卻增大。只要串入的電阻大小適當(dāng)，則既可減小起動(dòng)電流又可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。例

某三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如表所示。試求：（1）額定電流；（2）額定轉(zhuǎn)差率；（3）額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（4）用Y—△換接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（5）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的60%和25%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？2.01.27.00.8890%380V1470r/min30kW功率因數(shù)效率電壓轉(zhuǎn)速功率解（1）（2），故電動(dòng)機(jī)是四極的，即極對(duì)數(shù)P=2，同步轉(zhuǎn)速。所以（3）（4）（5）在60%額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，故不能采用Y—△換接起動(dòng)

在25%額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以采用Y—△換接起動(dòng)例

對(duì)上例中的電動(dòng)機(jī)采用自耦減壓起動(dòng)，而使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的85%，試求：（1）自耦變壓器的電壓比K；（2）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和線路上的起動(dòng)電流。解（1）（2）設(shè)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流為Ist、自耦降壓起動(dòng)電流為I’st

，線路起動(dòng)電流為三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)把電動(dòng)機(jī)與電源的三根聯(lián)結(jié)線中的任意兩根對(duì)調(diào)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向便與原來相反。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速所以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：改變電源頻率f1改變極對(duì)數(shù)p改變轉(zhuǎn)差率s。（1）變極調(diào)速因此改變p可以得到不同的轉(zhuǎn)速p＝2p＝1

（2）變頻調(diào)速變頻調(diào)速有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩種方式繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（1）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)調(diào)速電阻（和起動(dòng)電阻一樣接入），改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備中；但在電阻上的能量損耗較大。（2）串級(jí)調(diào)速用一套有源逆變電路來代替調(diào)速電阻及開關(guān)設(shè)備，把原來消耗在電阻上的功率反饋到電網(wǎng)去，用改變晶閘管的逆變角的方法來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.3直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能直流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能較好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，因此，對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械(例如龍門刨床、銑床、軋鋼機(jī)等)或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(例如起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備等)往往采用直流電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。4.3.1直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)磁極換向器電樞極心極掌勵(lì)磁繞組機(jī)座1.磁極用來在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵(lì)磁繞組，通直流電勵(lì)磁；極掌的作用是使電機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適，并用來?yè)踝?lì)磁繞組。2.電樞是電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分。3.換向器（整流子）外形剖面團(tuán)壓圈楔形銅片換向器的凸出部分套筒直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)KT——與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；——電動(dòng)機(jī)一個(gè)磁極的磁通，單位為Wb；Ia——電樞電流，單位為A；T——單位是N·m。直流電動(dòng)機(jī)電刷間的電動(dòng)勢(shì)常用下式表示——電動(dòng)機(jī)一個(gè)磁極的磁通，單位為Wb；KE——與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；E——電動(dòng)勢(shì)，單位為V。

n——電樞轉(zhuǎn)速，單位為r/min；4.3.2他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組是分離的，分別由兩個(gè)直流電源供給。勵(lì)磁電源Uf產(chǎn)生勵(lì)磁電流If

，建立磁通。電樞電路接通電源U后，電樞中產(chǎn)生工作電流Ia，電樞在磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并在電樞中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)E。Rf是勵(lì)磁電路的電阻Ra是電樞繞組電阻他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其電樞電流為在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始瞬間的電樞電流為由于Ra很小，起動(dòng)電流將達(dá)到額定電流的10～20倍，這是不允許的。必須限制起動(dòng)電流。限制起動(dòng)電流的方法就是起動(dòng)時(shí)在電樞電路中串接起動(dòng)電阻Rst。一般起動(dòng)電流不應(yīng)超過額定電流的1.5～2.5倍。注意：直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通，不能讓它斷開（起動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁）。例

有一他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，額定功率40kW，UN=220V，IaN=208A，Ra=0.09，Rf=62.8，nN=1500r/min，電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為2250r/min。試求：（1）在額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)；（2）額定轉(zhuǎn)矩；（3）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；（4）若用電樞電路串電阻的方法限制起動(dòng)電流為IaN的1.5倍，需串多大的電阻？解（1）帶額定負(fù)載時(shí)（2）額定轉(zhuǎn)矩（3）起動(dòng)時(shí)E=0，若直接起動(dòng)，則電流可見，直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流為額定電流的11.75倍，這是不容許的。（4）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可知，改變電樞電壓U或磁通Φ的大小，就可以寬范圍地平滑調(diào)速。1.改變磁通Φ調(diào)速（調(diào)磁）保持電源電壓U為額定值，改變勵(lì)磁電流進(jìn)而改變磁通，使轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變。調(diào)速的過程：當(dāng)U保持恒定時(shí)，增大可調(diào)電阻，減小勵(lì)磁電流If。在If開始減小時(shí)，轉(zhuǎn)速由于慣性來不及改變，但磁通Φ很快減小了，于是反電動(dòng)勢(shì)E=KEΦn立即減小。E減小，則Ia急增。由于Ia增加的影響超過Φ減小的影響，故T＝KTΦIa也迅速增加。若阻轉(zhuǎn)矩Tc(Tc＝T2十T0)未變，則T＞Tc，使轉(zhuǎn)速上升（加速）。轉(zhuǎn)速n升高后，反電動(dòng)勢(shì)E又隨之增大，而Ia和T又回頭下降，一直到T又重新等于Tc為止。此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的升高了。磁通Φ減小時(shí)，n0升高了，轉(zhuǎn)速降△n也增大了；但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，理想空載轉(zhuǎn)速n0愈高，機(jī)械特性曲線也就愈軟。改變?chǔ)禃r(shí)的機(jī)械特性曲線這種調(diào)速方法可以平滑調(diào)速，經(jīng)濟(jì)方便，穩(wěn)定性較好，但只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。2.改變電樞電壓調(diào)速(調(diào)壓)當(dāng)保持他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)，降低電樞電壓U，理想空載轉(zhuǎn)速no變低了，但△n末改變。因此，改變U可得出一族彼此平行的機(jī)械特性曲線。調(diào)速的過程：保持磁通不變，減小電樞電壓U。由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不會(huì)立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì)E也暫不變化，則電樞電流Ia減小、轉(zhuǎn)矩T也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，由于T＜Tc，則轉(zhuǎn)速n下降（減速）。當(dāng)轉(zhuǎn)速n降低后，反電動(dòng)勢(shì)E又隨之減小，而Ia和T則隨之增大，直到T又重新等于Tc為止。此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的降低了。例

某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，已知：UN=220V，IN=53.8A，nN=2000r/min，電樞電阻Ra=0.4。今將電樞端電壓降低到110V，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，勵(lì)磁不變。試問電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)槎嗌?？解因?yàn)閯?lì)磁不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，由式可知，電樞電流也保持不變。轉(zhuǎn)速約降低到原來的45％，即

4.3.3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)后由同一個(gè)直流電源供電他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性、起動(dòng)和反轉(zhuǎn)特性的結(jié)論完全適用于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)可采用改變磁通、即在勵(lì)磁回路串電阻方法調(diào)速。例

一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：UN=220V，PN=17kW，N=86%，已知Ra=0.2，Rf=55。求：（1）在額定電壓下，直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；直接起動(dòng)會(huì)發(fā)生什么后果？（2）欲使起動(dòng)時(shí)輸入電流為額定電流的1.5倍，應(yīng)在電樞電路中串聯(lián)多大電阻值的電阻?解(1)

直接起動(dòng)時(shí)的電樞電流：直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流：，，，將燒損電機(jī)。（2）要求起動(dòng)電流限制在這時(shí)電樞電流，應(yīng)串入電阻：例

某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=22kW，UN=220V，IN=114.2A，

nN=1000r/min，Ra=0.2，Rf=110，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下工作。求：（1）保持額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN不變，使磁通減小到0.9ΦN，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n；（2）電動(dòng)機(jī)的額定效率N。解（1）因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，所以（2）4.3.4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)當(dāng)磁路未飽和時(shí)，可以認(rèn)為磁通與電樞電流Ia成正比，即K為比例常數(shù)轉(zhuǎn)速當(dāng)磁路不飽和時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條雙曲線。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，有比較大的轉(zhuǎn)速，如負(fù)載很輕，則轉(zhuǎn)速將非常高，以至達(dá)到危險(xiǎn)的高速，這種現(xiàn)象俗稱“飛速”通常規(guī)定：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連接時(shí)，不允許采用皮帶等容易發(fā)生滑脫的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而應(yīng)采用齒輪或直軸連軸器來拖動(dòng)。4.3.5復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組：一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，另一個(gè)并聯(lián)，共同由一個(gè)直流電源供電。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既可以具有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的某些優(yōu)點(diǎn)，適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大，需要機(jī)械特性比較軟的設(shè)備中；又可以像并勵(lì)電動(dòng)機(jī)那樣在空載和輕載下運(yùn)行。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)可采用改變磁通的方法進(jìn)行調(diào)速*4.4控制電機(jī)4.4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中。常用的有：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)和自整角機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號(hào)變換為機(jī)械轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速的電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)通常分成反應(yīng)式和永磁式兩種下面介紹單三拍、六拍及雙三拍三種工作方式的基本原理：?jiǎn)稳娜喾磻?yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖三相單三拍信號(hào)波形如果A、B、C三相繞組按A→B→C→A→……的順序輪流通電，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子便按順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每一步的轉(zhuǎn)角為30°(稱為步距角)。電流換接三次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角(轉(zhuǎn)子四個(gè)齒時(shí)為90°)。三相電流換接三次完成一個(gè)循環(huán)，這種通電方式稱為單三拍方式。六拍A相通電A、B相通電B相通電B、C相通電如果按A→AB→B→BC→C→CA→A……的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角為15°。電流換接六次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角（轉(zhuǎn)子四個(gè)齒時(shí)為90°）。如果按A→AC→C→CB→B→BA→A……的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。雙三拍如果每次都是兩相通電，即按AB→BC→CA→AB……的順序通電，則稱為雙三拍方式。A、B相通電B、C相通電步距角也是30°步距角θ可用下式計(jì)算：Zr是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m是運(yùn)行拍數(shù)。為了提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度，采用較小的步距角，最常見的是3°或1.5°此時(shí)轉(zhuǎn)子上不只四個(gè)齒（四個(gè)齒時(shí)齒距角），而有40個(gè)齒（齒距角為9°）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)示意圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使用時(shí)必須配備專用的驅(qū)動(dòng)電路，它由脈沖分配器和功率放大電路組成。4.4.2伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)是一種受輸入電信號(hào)控制、并作快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。其輸入信號(hào)為電壓，輸出量是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電動(dòng)機(jī)有交流和直流兩種交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上就是兩相的異步電動(dòng)機(jī)。定子上裝有兩個(gè)空間位置互成90°角的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組f，另一個(gè)是控制繞組c，交流伺服電動(dòng)機(jī)的原理示意圖當(dāng)勵(lì)磁電壓Uf一定而信號(hào)控制電壓uc的大小變化時(shí)，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化?？刂齐妷捍螅妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得快；控制電壓小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得慢。當(dāng)控制電壓反相時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生了變化，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。機(jī)械特性杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)平衡電位計(jì)電路的原理圖自動(dòng)平衡電位計(jì)電路的閉環(huán)控制方框圖直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)低慣量型傳統(tǒng)式傳統(tǒng)