机电传动控制完整版

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1、 机电传动控制教案学院、系： 机械电子工程学院机电系 任课教师： 任有志 授课专业： 机械设计制造及其自动化课程学分： 课程总学时： 60学时 课程周学时： 2006年2月20日机电传动控制教学进程周次课次章 节计划学时教学手段教学环境223344556677889910101111121213131414151516161212121212121212121212121212121.11.21.32.12.32.4 3.13.2 3.33.43.53.6 5.15.25.35.45.45.55.75.8 6.16.26.3 6.46.5 6.77.17.2 7.37.47.5 7.6电动机原

2、理习题讨论课8.1 8.1 8.2 实验课 继电器接触器控制实验习题讨论课：8.3 8.49.1 9.2 实验课：可编程序控制器认识实验9.3 9.3实验课：可编程序控制器编程练习10.1 10.210.310.5 10.6实验课：晶闸管特性及触发原理11.1 11.211.3 11.412.1 13.1 13.2 13.3 13.4 实验课题讨论课222222222222222222222222222222讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授辅导讲授讲授讲授指导辅导讲授讲授指导讲授指导讲授讲授指导讲授讲授讲授讲授讲授讲授指导辅导多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教

3、室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室第 1 次课 2 学时上次课复习：本次课题（或教材章节题目）： 1.1目的和任务1.2发展概况1.3内容安排2.1运动方程式2.3生产机械的机械特性2.4 稳定条件教学要求： 了解机电传动的目的、任务和发展概况，掌握机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性和机电传动系统稳定运行的条件。重 点：机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。

4、难 点：机电传动系统的运动方程、机电传动系统稳定运行的条件。教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：1.1、1.2、1.3 0.5学时2.1、2.3、2.4 1.5学时课后作业习题2.10、2.11参考资料第一章 概述1.1机电传动的目的和任务1. 传动运动的传递（能量）传动的分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动a.齿轮b.杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩（机械能）（2流体传动a.液压与气动（压力能）b.液力传动（流体动能）（3）机电传动(电力拖动)（4）另外还有其它的传动方式。注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。2.机电传动（

5、本课程研究的内容）以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统服务对象：各种生产机械电能 机械能电动机生产机械它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动3. 机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。本课程所研究的就是这二部分内容。传动及控制所以课程名称叫机电传动控制4. 机电传动控制的任务控制 电动机 驱动生产机械设备，实现具体的工作要求举例：天车的吊起、制动 机床切削过程电梯平稳升降及定位 轧机的换向等1.2机电传动发展概况简单的可以分为： a.成组拖动（传动）b

6、.单电机拖动c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类：a.接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅（晶闸管）另外，由于计算机技术的发展，又出现了a.模拟控制b.数字控制（数控机床）1.3 内容安排1.机械电子专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置（具了解）基本上是这样的电路基础电学基础模拟电子电子技术（弱电）数字电子计算机技术机电传动控制包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的电工学课程。2.本门课包括以下几个方面：（1）电机原理及特性:交、直、特殊、三七章（2）电器及控制： 接触器，继电器;保护及控制器八章（3）可编程序控制器：（PC）原理及应用九

7、章（4）可控硅原理及应用:晶闸管十章（5）调速系统:交流、直流,电力拖动十一、十二章（6）步进电机调速系统:自动化十三章3.课程特点综合性比较强（面宽）实践性比较强 与生产实践联系较强（教学实验）4.教学实验计划开五个：5.学时安排：由于作者建议用90学时讲授，实际他用大约70学时我们目前安排了60个学时。教学实验 建议开八个实际开出了五个我们目前条件可开六个但学时数的关系开五个第二章 机电传动的动力学基础2.1运动方程式1.对于一个电动机输出轴上的运动情况有Tm电机的输出扭矩TL电机的负载扭矩为角速度J转动惯量n为转速k为常数2.意义：Tm与TL之差将产生加速度当TmTL时，加速当TmTL时

8、，减速当Tm=TL时，匀速（平衡）3.Tm与TL的正反。以转速的方向为准（n）Tm：与n同向时为正（拖动）反之为负（制动）TL：与n反向时为正（制动）反之为负（拖动）解释：提升重物升：Tm为正，TL正降：TL为负，Tm负（制动）第5页2个图2.3生产机械的机械特性机械特性： 生产机械转轴（电机轴）上的负载转矩和转速之间的函数关系。分为以下几种2.3.1 恒转矩机械特性特点： 负载转矩为常数，TLC 可分为:反抗（摩擦）与n同号（总制动）位能方向一定反抗转矩 位能转矩 离心风机特性例切削力 吊重物2.3.2 离心风机特性特点：Tc=cn2与转速平方成正比2.3.3 直线型特性特点:TLcn 2.

9、3.4 恒功率型特性特点:TLc/n直线型 恒功率型2.4 机电传动系统的稳定运行条件电动机的机械特性是Tm=f(n) 曲线及驱动扭矩和转速的函数关系生产机械的机械特性是TLf(n)曲线及负载扭矩和转速的函数关系当电动机作为生产机械的原动机（动力源）时，两个函数中的n为同一个参数。在运行中由运动方程式可知，要想稳定运行，速度应匀速不变及TLTm时及是稳定的一个条件,所以系统稳定运行的条件之一是1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点此处：Tm=TL（匀速）例：曲线1和2，附合这个条件,有a、b交点曲线1和3，不附合另外，应有抗干扰能力:当有外来干扰时会引起n变化当干扰消失后，n应恢复原状态所

10、以另一个稳定条件是:2、当有外加干扰使n变化时，干扰消除后n应能自行恢复到原状态。这件条件的判断原则是:当nTmTL由运动方程看当干扰使n时,干扰消除后希望n这时如Tm-TL0则正加速例：a,b两点a点，当n时 TmTm当干扰消除后由于在n处Tm-TL0,所以n到n直到a点处平衡第 2 次课 2 学时上次课复习：机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。本次课题（或教材章节题目）： 3.1直流电机的结构和工作原理3.2直流发电机3.3直流电动机的机械特性教学要求： 掌握直流电机的基本工作原理及特性，特别时直流电动机的机械特性。重 点：直流电机的基本工作原理及特性。

11、难 点：直流电机的基本工作原理及特性。教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：3.1、3.21学时3.31学时课后作业习题3.3、3.4、3.5、3.6参考资料第三章直流电机的工作原理电机的分类：a发电机，电动机b直流，交流、步进特点：直流电动机：可以实现无级调速（优点）,在传统的模拟控制系统中应用多交流电动机：简单、 便宜、但调速复杂步进电动机：用脉冲工作、易于数字控制直流发电机：一般用来为直流电动机配套；但可控硅取代很多的发电机3.1直流电机的基本结构和原理3.1.1直流电机的结构主要部件：励硅绕组（定子线圈）用来产生磁场电枢绕组（转子线圈）通有工作电流换向器 保持电枢绕组的电流方

12、向不变铁芯（定子、转子）导磁及支撑作用：简述其它：略3.1.2 直流电机的基本工作原理以单个电枢绕组线圈为例说明一、发电机（根据右手定则）励磁绕组通电产生一磁场A点总与N极侧的一边相连B点总与N极侧的一边相连转子（电枢线圈）由原动机拖动， 以转速n转动这时，N边切割磁力线产生电势指向外S边切割磁力线产生电势指向内AB两点就产生了电势EKen当有负载RL时，就产生电流I这时， EKen二、电动机（根据左手定则）在AB两点加电压，在电枢中产生电流I则N边受力, S边反向受力，形成转矩 TKmIa电枢转动后，切割磁力线产生反电势 EKen当n到一定值后，Ia=（U-E）/Ra 满足T后稳定下来。注:

13、在发电机中EKen是输出电势当Ia0时，TKmIa（负载转矩）为原动机负载,既Ia为负载在电动机中 TmKmIa 为输出动力EmKen 为反电势当Tm 大 n TM-TL=J(d/dt)EM (U-EM) Ia=(U-EM)/Ra TMTM 是负载3.2 直流发电机对于直流电机按其励磁方法分为以下几种情况:他励：磁绕组有独立的电源与电枢无关并励：励磁绕组与电枢并联串励：励磁绕组与电枢串联复励：有串也有并励3.2.1他励发电机1.电原理图由于独立Uf, If所以负载电流I电枢电流Ia2. 空载特性当发电机空载（Ia=0）及转速（n）不变时，输出电势与励磁电流的关系曲线当If小时直线（不饱和） I

14、f大时， 弯曲（开始饱和） If更大， 平直（饱和，不变）3. 外特性曲线当发电机转速（n）和励磁（）不变时，输出电压（U）与负载电流(I)之间的关系曲线注：当IaRaIaU=E-IaRa3.2.2并励发电机1.电原理图：由于If电原理图由电路原理公式，推导出nUKe-RaKeKtTn0 - n说明：n0与输出转扭T无关所以称为理想空载转速; 而n反映负载对转速的影响,是负载引起的转速误差机械特性:（If）励磁电流与电枢电压（U）不变时转速(n)与扭矩(T)的关系曲线由上式可知机械特性如图机械特性硬度:dT/dn对于电机按值分类如下:绝对硬度=硬10软10三种在生产中都有应用机械特性分固有机械

15、特性和人为机械特性固有：在额定条件下（n）与(T)的关系人为：人为改变参数时得到的机械特性, 如改变U，串联电阻R等Tn（一）他励直流电动机的固机械特性 由nUKe-RaKeKtTTnn0（二）人为机械特性1. 电枢串电阻由：nUKe-Ra+KeKtTn0TnIfMIa+_URfRE这时n0 不变，而n则增加，特性如图2.改变电压时（U）n0UKe这时n0受电压变化而改变，而n则因与电压无关所以不变，特性如图3.改变磁通由于磁饱和和线圈的原因只能减小 RaU由TKeKm-KenTnn0当下降时n0上升,同时n也增加当太小时反电势 E=Ken 当TL大时Ia=(U-E)/Ra烧坏当TL小时E=K

16、en 因为所以n飞车所以不能太多（并励比较人为特性降压时U）3.3.2串励电动机MIa=If+_UETn这时Ia=If从而有1. 当T因为If=Ia也小（TKmIa）2. 当T大时If=Ia；饱和，平坦3. 不能空载（飞车）特点：起动扭矩大用于吊车电车的驱动起动时特性软。3.3.3 复励有串，他(并)励两个绕组具有两者的优点，可根据要求来设计，串、并磁场强度来达到所需的值第 3 次课 2 学时上次课复习：直流电机的基本工作原理、直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性本次课题（或教材章节题目）： 3.4直流他励电动机的启动特性3.5直流他励电动机的调速特性3.6直流他励电动机的制动特性教学要

17、求： 掌握直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性重 点： 直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性难 点：直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：3.4、3.5、1学时3.61学时课后作业习题3.10、3.16、3.17、3.18参考资料3.4 直流他励电动启动特性1. 电动机的启动就是使n从0nN的过程启动初期 n=0; E=Ken=0（反电动势）这时： Ia=(U-E)/RaU/Ra 一般Ra（电枢直流电阻）很小，以减小工作中的损耗和发热（Ia2Ra是发热量）所以这时Ia将很大,达10-20IN结果可能会引起（1）换向器打火（2

18、）产生很大的力矩，对负载产生冲击（3）电路的保护器无法设计2. 所以一般的直流电动机不允许直接启动在启动时设法限制电枢电流一般的有以下两 种方法（1）降压启动使U从小到大逐渐增加到U（2）电枢回路串联电阻启动注:对于降压启动需要电源电压可调。3. 电枢串联电阻启动（1）单段（串联一级电阻）IfMIa+_URfKME当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当到TL时，KM合，由于n 不能突变，所以从A到B点产生冲击T比较大，这时，有较大的Ia和T（2）多段KMKMKMIfMIa+_URfE如图所示3.5直流他励电动机的调速特性电动机的调速是指电动机的外负载（T）不变的情况下，人为的改变电动机的工

19、作参数，使工作速度发生变化的情况。速度调节：因生产机械提出的变速要求：如汽车、车床速度变化：由于T的变化引起（系统的特性决定）TLTLnTnn例如：自行车调整变速器（变速比）如图所示:当TLTL时这时速度变化nn由于电动机有:nUKe-Ra+RKeK tT当T不变时，影响的参数有 U, , Ra所以调速的方式可以有以下三种，变电压U;变磁通;变电阻R一、串联电阻调速R1TLn2R2n1nn3R3TR3R2R1在电枢回路中串联电阻Rd 改变其机械特性，引起调速由图可知：当R时n（TL不变）特点：1、当R时机械特性变软2、TL越小,n（速度变化）越小不同TL,调速范围不一样3、电阻耗能大（发热）由

20、于Ia比较大，当R时I2R4、不易实现无级调速(大功率变阻器)5、调速的设备比较简单（分级调节）U1TLnU2nnTU2U1一般不常用这种方式二、变电枢电压调速当U改变时，n0变当T不变时,UU nn特点：1、当U改变时，引起n0变化这时n不变所以不变，是一组平行线2、不同的TL时，调速范围一样（n）3、当n电源功率也 节能4、通过专门的电源，可实现无级调速5、启动不需其它的设备（用降既可实现6、电源设备，需要专门设计，现已配套用直流电动机的调速中，主要采用这种形式三、改变磁通调速由电机人为特性可知：可以改变励磁电流If由于磁路已饱和（额定处）If时不变,所以只能在n0,位于二四相限TM反方向

21、 n=n0+n特点:转速较高.举例说明:放下重物3.6.2反接制动一.电源反接制动原理:将电源反接产生制动(短时)特点:电流大应串限流电阻,(U+E)/Ra=Ia时间长会引起反转二.倒拉反接制动原理:增大Ra,交点在四相限,反转时才输出足够的扭矩Tm与负载平衡(位能扭矩)特点:调整Ra可改变制动的速度举例:提升重物3.6.3能耗制动原理:枢断电后,串联电阻短路连接.n不为0时,产生Ia,及T=KeIa的制动转矩R1R2R2R1特点:调整电阻大小可改变制动性能举例:反抗转矩 不会反向启动位能转矩 速度稳定第 4 次课 2 学时上次课复习：流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性本次课题（或教材

22、章节题目）：5.1异步电动机的结构和原理5.2异步电机的定子和转子5.3三相异步电机的转矩与机械特性5.4三相异步电机的启动特性教学要求： 了解异步电动机的基本结构，掌握异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性重 点：异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性难 点：异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：5.11.0学时 5.20.2学时5.30.5学时5.40.3学时 课后作业习题 5.1、 5.3、 5.6参考资料第五章 交流电动机的工作原理交流电机分：异步电动机:三相 单相 同步电动机:异步电动机：结构简单、便宜,是应用最多的一种电动机同步

23、电动机：特性绝对硬,可以作为发电机使用5.1三相异步电动机的结构和工作原理5.1.1三相异步电动机的结构定子、中间装有定子绕组及定子、铁芯、外壳转子、有的装绕组（有的是笼式）其它参见书略5.1.2三相异步电动机的工作原理工作原理：基于定子线圈能够产生一个旋转磁场，假设有一个旋转磁场来分析NSn0FF如图中N、S的磁场以n0旋转转子则切割磁力线而产生电流（右手定电流I方向）电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩（左手定方向）它与n0方向相同,使转子转动起来在转子转动中，n比n0小原因：转子力矩TmKmIZ其中为旋转磁场磁通转子电流IZ=eZ/RZ其中RZ为转子电阻转子电势eZ=Ken其中n= n0

24、-n 转子线圈切割磁力线的相对转速当n = n0时，eZ=0, IZ=0 ,Tm0 n0称为理想空载转速（同步转速）实际由于Tm不等于0;所以n 由以上分析可知n= n0-n不等于0是保证交流电机运转的一个重要条件所以称为异步电动机以转差率来表示他的运行情况:S=(n0-n)/ n0对于一般的异步电机（笼型）转子电阻RZ很小所以只需不大的S就能产生大的IZ和Tm一般的在额定转速时S为0.0150.06比较小5.1.3三相异步电动机的旋转磁场以上是基于在电机中有一个旋转磁场为根据分析的，这一节我们分析旋转磁场的产生一、由于三相电源，所以定子中有三相绕组（120夹角）ZYXCBAABCXYZICI

25、BiAZYXCBA对于三相绕组中的电流也差120如图ZYXCBAt180ZYXCBAt120ZYXCBAt60ZYXCBAt0由图分析当电角度t0时的合成磁场方向为0iA=Isin(t): i=Isin(t+120): iC=Isin(t+240)当t0 iA=0; i=-A; iC=A 磁场位置0度当t60 iA=A; i=-A; iC=0磁场位置转60度当t120 iA=A; i=0; iC=-A磁场位置转转120度依此类推下去，可知当三相交流电在定子绕组中产生三相电流后，则三相绕组电流的合成磁场是旋转的。iAiBiC2二、旋转磁场的方向对于ABC三绕组如果将任意两根对调，则经分析可知向反

26、方向旋转（请同学自己分析）作业对于交流异步电动机当需要反向时只需对调两根电源线既可（三根中任意）三、旋转磁场的极数与旋转速度1、上面讨论时在电机中有一对磁极（二极）它的极对数为 p1这时电流变化一个周期，磁场转一圈所以:磁场旋转速度（同步）为电源频率f（50Hz）60=3000r/min2、当把定子线圈做成两组（A，A，B，B、C、C）各自串联时，如图 这时各相绕组夹角60当t0时 , 磁场方向0度t =60时, 磁场方向30度t=120时, 磁场方向60度这时有两对N、S磁极既p2当t转磁场转/2所以这时磁场旋转速度=60f/2=1500r/min注：由于A、B、C的各相空间夹角为60=12

27、0/2所以当电源变化一个周期时，磁场只转半圈既圈/2极对数及极数：极对数 p极数（磁极数）2p一般的对于对于p2的电机称为四极电机人们通常以极数称呼电机，各种极数的电机的n02极（p1）n03000（）4极（p2）n01500（）6极（p3）n01000（）8极（p4）n0750 （）一般的额定转速低于这个值，如4极电机区1450左右5.1.4定子绕组的线连接方式在三相电机的接线盒中有六个端子D1、D2、D3、D4、D5、D6首端D1，2，3末端D4，5，6对于电动机有星形（Y）和三角形接法（）对于星形Y对于形对于一个电动机应根据铭牌和电源决定接法如三相电源380V时电机绕组是220V时，应接

28、法电机绕组是380V时，应接法一般的铭牌都给出了接法及对应电压如Y/，380/220 , 380V2143652143655.2三相异步电动机的定子和转子电路5.2.1定子电路分析过程略:结论:定子电路的感应电动势有效值 E1=4.44f1N1(切割旋转磁场产生)定子电流频率f1=f电源频率定子电压UE1 (不考虑漏磁)5.2.2 转子电路分析 R2，X2结论:转子电流频率f2=Sf1转子感应电动势有效值 E2=4.44f2N2=4.44Sf1N2切割旋转磁场速度n=n0-n启动时S=1 E20=4.44Sf1N2=4.44f1N2常数E2=SE20转子感抗 X2=2f2L2=2Sf1L2启动

29、时S=1X20=2Sf1L2=2f1L2(最大)转子功率因数COS2=R/当n=0时COS2最大当n=nN时COS2最小5.2.3额定值1.型号：2.额定功率: P3.额定电压: U4.额定频率: f5.额定电流:I6.额定转速:n7.工作方式:连续,短时重复,短时8.温升:绝缘等级9.重量:10.额定功率因数COS211.额定效率12.额定转矩:启动,最大13.线绕转子电动机的滑环静止电压和电流电动机的额定转矩PN.M=9.55PW/nr/min作业：5.15.25.3三相异步电动机的转矩与机械由于电动机的电磁转矩是它的输出，所以要研究电动机的机械特性Tn的关系5.3.1三相异步电动转矩一、

30、转子电路功率因数COS2对输出扭矩T的影响1、 当i与E同相,即电感为零时在每一磁极下面的转子导线电流同方向2、 当电阻为零时，i滞后E 90度在每一磁极下面的导线电流一半对一半3、 当COS2Tmax以过载能力系数m来表示m=Tm/TN一般鼠笼式为1.82.221线绕式2.52.2二、人为机械特性人为改变参数（U，R或X1，R2等）1、降低电源电压U当U下降时Tmax下降Tst下降n0 Sm nm不变这时曲线变化如图右2、定子电路串电阻电抗（感）这时由于阻抗的分压作用使得U下降所以与上面相似：区别是阻抗分压与电流大小有关，这时定子电压是变化的（1）U下降（2）串电阻3、改变电源频率当改变f时

31、，n0变化但由于X1，X20都变化不能只改变f 一般使 U/fConst这时ncf Sm1/f Tst1/f Tmax不变fn0SmTstTmax不变4、转子串电阻只有线绕式的转子能实现这时Tmax 不变 Sm5.4三相异步电动启动特性对于三相异步电动机启时，应保证:1、有足够的启动转矩，TM TL 能够正常启动2、启动电流不会对电网造成大的冲击-使电压下降过多（影响其它电机工作）一般希望电流越小越好（在能启动的情况下）另外:满足启动过程平滑、安全简单、节能等实际上，当电动机在启动工作初期、 由于n0 转子绕组切割磁力线的速度n0-n= n0转子感生电动势E 大启动电流也大 达57倍这时Cos

32、不大所以Tst 不大5.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法一、直接启动（全压启动）就是启动时，电动机直接加电网电压，这时启动电流比较大所以不是所有的电机都可能这样使用。1、 一般的，当有独立的变压器供动力电时当电机功率30%变压器功率时（频繁）电机功率KM1合KM3合KM2开 这时Y接法绕组电压220V（启动电压）KM3开KM2合KM1合 这时接法绕组电压380V(工作电压)这时启动电流I是直接启动的1/3启动扭矩T是直接启动的1/3特点：1、启动电流小，所需设备简单2、力矩小，适于空载启动（轻载）3、电机额定电压必须是380V形接法4、有专门的Y启动器四、自耦变压器降压启动联接方法如图右 工作

33、过程：KM1开，KM2，KM3合 变压器降压启动KN2/N1对于自耦变压器工作于降压方式时电压U2KU1电流I1I2I（K*I2）：U1/U2=N1/N2=I2/I1=1/K图示于单相的工作情况由于U2KU I2K*I（I为全压U时的工作电流）这时，I1K*I2K2*I（原边电流只有实际启动电流的K2倍）启动扭矩，T2K2Tst（因为：U2KU，而 T U2）当KM1合，K2，KM3分时： 电机正常工作特点：1、在相同的启动电流下，从电网吸取的电流减小，即T相同时，I下降2、自耦变压器副边有多个抽头，所以启动电压可选 3、启动设备多且体积大，成本比较高4、不适于频繁启动（过电流工作）5、有一定

34、的启动转矩（适用轻载）6、用在不能Y启动的场合，（Y形接法工作的电机）第 5 次课 2 学时上次课复习：异步电动机的基本结构、工作原理、机械特性、启动特性本次课题（或教材章节题目）： 5.4三相异步电动机的启动特性5.5三相异步电动机的调速特性5.7单相异步电动机5.8同步电动机教学要求： 掌握三相异步电动机的调速特性；了解单相异步电动机工作原理和启动方法；了解同步电动机的工作原理、特点及应用重 点：三相异步电动机的调速特性难 点：三相异步电动机的调速特性教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：5.4、5.51学时5.7、5.81学时课后作业习题5.9、 5.11 参考资料5.4.2

35、线绕式电动机的启动方法线绕电机，由于转子绕组可在启动时串联电阻改善特性所以有比较大的启动转矩和比较小的启动电流它的启动方法有两种一、逐级切除启动电阻法由人为特性我们知道R2改变时，TmC，Sm改变由于（Cos2改变）Tst改变， 所以：R2，Tst接线如图右：特点：1、与直流电机启动类似 用继电器切换2、由于启动时，R2R2RARB 所以，转子功率因数Cos2 有较大的启动转矩3、适于带载启动二、频敏电阻法在三相转子中串接实心电抗器工作过程：1、当启动时：n0转子电流频率 f2=f1 较高所以感应电势E高，同时铁损（涡流发热产生）大 相当于电阻R损大2。当n后S f2=Sf1所以 ER损3、当

36、n=nN后f2很小E0 R损0 可用开关短路（离心）所以称实心电抗器为频敏电阻一般为使X R损所以匝数不多特点：1、不用人工切换电阻（自动启动）2。连续调节电阻变化启动过程平滑3。由于电抗器的电感性质，使启动时功率因数Cos2略有下降5.7单相异步电动机5.7.1单相磁场单相电动机的研究基础是：单相交变磁场可分解成两个旋向相反大小相等的旋转磁场。单相磁场的频率为f时,其磁场转速为:n0=60f/p 与三相相同当转子（笼型）放在磁场中时,由于受两个方向相反大小相似的扭矩，所以不能转动动。当外力使它转动后，同向磁场在转子中产生的电流频率为（n0-n）f1/n0反向磁场在转子中产生的电流频率为（n0

37、+n）f1/n0由于反向电流的频率高,所以XL电抗大（反电势大于感应电势）无法产生电流。同向电流则由于f2T小而加大，产生扭矩输出。转动起来结论:1、单相磁场没有启动能力2、启动后的方向取决于启动的方向。QCCBXYA5.7.1 单相异步电动启动方法一、电容分相在电机定子中加入一启动绕组垂直于主绕组联接如图:由于电容移相作用，使BY中的电流超前于AX一个相角（一般为90）则成为一个旋转启动磁场当n后，断开QC即可当反转时，（不能换相）所以应使BY两个头对调即BY对调 ，由一组开关实现二、罩极式单相异步电动机当有电压时：与的磁通相位上差则与启动绕组的作用相当，不能反转。5.8 同步电动机的工作原

38、理、特点及应用可发电、和电动大容量的电力传动系统中使用5.8.1基本结构定子转子励磁绕组5.8.2 工作原理定子旋转磁场转子中加励 磁产生极对数与定子相同的磁极旋转磁场作用下转子转动（） 所以叫同步电机特点：1、同步电机的转速不随负载而变化2、可以通过调整转子励磁电流补偿功率因数（电网）3、结构复杂，价格贵5.8.3 启动1、当静止时，加励磁后转子产生磁极旋转磁场转一圈后产生推拉的两次转矩，所以不能转动2、同步电机启动和采用异步启动转子上有笼型导体启动时，励磁绕组短路，或接一电阻，防止过电压，当接近后加励磁进入同步工作例题1：有一台Y225M4型三相异步电动机 接法功率转速电压效率功率因数Is

39、t/InTst/TnTm/Tn45kw1480r/min380v92.3%0.887.01.92.2NSNSNSSNNSSG求额定电流：In,Sn,Tn,Tm, Tst（1）由PN 3 UNINCos则IN=PN/( 3 UNINCos)=84.2(A)（2）SN=(n0-nN)/n0由nN=1480(r/min) 知为4极电机P2 n01500(r/min) （60f/p）SN0。013（3）由TN9.55PN(W)/ nN(r/min)=290.4N.M（4）Tst1.9TN=551.8N.M（5）Tm2.2TN2.2290.4638.9N.M例2在上题中（1）如果负载转矩为510.2Nm

40、试问在U=UN和U=0.9UN时能否启动？（2）采用Y换接启动时，求启动电流和起动转矩？这时，当负载为80Tn和50%Tn时能否启动？解：（1）由Tst=551.8Nm知a.当UUn时，Tst=551.8Nm510.2Nm可以启动b. 当U=0.9UN时，由TstU2知Tst=(0.9) 2Tst=447Nm183.9 不能当TL=0.5TN=145.2当励磁 FW 接固定电压后控制 CW 有信号时，产生旋转磁场，转动起来要求：当CW没有信号时应不转对于普通电机是不会停下来的这叫自转现象 需要消除它。6.1.3 自转的消除措施是想办法当Uc0时（控制电压）电机产生制动转矩方法是增大转子电阻R2

41、由Sm=R2/X20知当R2Sm（即nm）当Sm 1时（即nm 这时，负方向也类似当Uc0单相运行时两个方向相反的旋转磁场在转子上产生的合力矩与转动方向相反（即制动）当Uc0时加强了一个方向的旋转磁场的强度使合力矩变成了与转动方向相同的方向从而转动起来 Uc合力矩当Uc相位改变180时，加强了另一个方向的旋转磁场，使转子反转。所以:1、交流伺服电机的转子笼型采用电阻率很大的材料做（黄铜等）R2很大2、杯型转子做成薄壁型（0.2-0.8mm） R2大 惯量小3、当Uc0时,象限机械特性当Uc0时,象限机械特性6.1.4 特性应用一、控制特性1三种控制方法:UFWCWCSM1、)幅值控制Uc的幅值

42、变化Uc2、)相位控制Uc与Uf的相差, 当大时加强,在 0-90之间比较复杂3、)幅、相控制2幅值控制的方法简单方法 如图这时当Uc变化时曲线如图二、应用举例：方框图：见书三、交流伺服电机功率比较小（0。1-100W）但结构简单6.2直流伺服电机当功率大的系统中（1-600W）用直流伺服电机分类：电磁式永磁式原理：与普通直流相同只是转子细长以减小转动惯量（改善动态特性）因n=Uc/（Ke）-R/（KeKm2）T 知当Uc=0时 n=0（T为反抗转矩）控制：电枢控制：改变电枢电压U磁场控制：改变励磁电流I四、交、直流比较交流：结构简单可靠功率小直流：特性硬、线性好、结构复杂（有换向器）6.3

43、力矩电机一般电机n 比较高（n小时不稳定）当工作中n不高时，可用减速器，但复杂,动态不好力矩电机就是能输出低速大扭矩的伺服电机分类：交流力矩电机异步：与交流伺服同理，但形状扁平（不细长）同步：直流力矩电机6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点1、扁平形状2、轴向短 径向长3、永磁励磁6.3.2转矩和转速一、转矩当磁极中的B（磁感应强度一定时）单根FBILBIaL L为有效长度T=FN D/2 =(BIa N L)/2)D当体积不变时由D2L=C应 DL当铜量不变及导线总长度及直径不变时应 LN NL不变所以TKD既D时T扭矩增加结论：相同体积和用铜量（材料用量）情况下 D 越大扭矩 T二、转速由反电势ef=BLV （V为切割线速度）V=D n/60（周长和转速）而电枢电压平衡为 UEIaR当T0时 n=n0Ia=0UE=(1/2)BNLD n/60n0=(120/)(Ua/NBLD)=K/D既当D时, n06.3.3特点应用适于低速大扭矩堵转时不易损坏（制造时）精度高反应快调速范围宽6.4 小功率同步电机应用于小型而有恒速要求的装置中如记录纸，