电机与电器交流电机3ppt课件

第三章第三章 交流电机交流电机交流伺服电动机交流伺服电动机 伺服电动机又称执行电动机，它能把伺服电动机又称执行电动机，它能把接纳的电压信号转换为电动机转轴上的机接纳的电压信号转换为电动机转轴上的机械角位移或角速度的变化，具有服从控制械角位移或角速度的变化，具有服从控制信号的要求而动作的功能。信号的要求而动作的功能。可分为直流伺服电动机和交流伺服电可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。动机两大类。交流伺服电动机交流伺服电动机伺服电动机的特点：伺服电动机的特点：(1)(1)广大的调速范围，机械特性和调理特性均为广大的调速范围，机械特性和调理特性均为线性。线性。(2)(2)快速呼应性能好，在控制信号变化时，能迅快速呼应性能好，在控制信号变化时，能迅速地从一种形状过渡到另一种形状。速地从一种形状过渡到另一种形状。(3)(3)灵敏度要高，即在很小的控制电压信号作用灵敏度要高，即在很小的控制电压信号作用下，伺服电动机就能起动运转。下，伺服电动机就能起动运转。(4)(4)无自转景象。无自转景象。所谓自转景象就是转动中的伺服电动机在控制电所谓自转景象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零时继续转动的景象；无自转景象就是控压为零时继续转动的景象；无自转景象就是控制电压降到零时，伺服电动机立刻自行停转。制电压降到零时，伺服电动机立刻自行停转。交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机普通为两相交流电机。转子有笼形和交流伺服电动机普通为两相交流电机。转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差9090电角电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理一、圆形旋转磁场一、圆形旋转磁场设两相对称绕组通入两相电流如下：设两相对称绕组通入两相电流如下：那么产生一个圆形旋转磁场：那么产生一个圆形旋转磁场：交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理产生圆形旋转磁场的条件：两绕组产生的磁产生圆形旋转磁场的条件：两绕组产生的磁势相等即可，势相等即可，即：即：NuIu=NvIvNuIu=NvIv假设磁势不相等，那么产生的磁场是椭圆形假设磁势不相等，那么产生的磁场是椭圆形旋转磁场旋转磁场交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理二、椭圆形旋转磁场的分析二、椭圆形旋转磁场的分析分解法分解法1 1、脉动磁场的分解、脉动磁场的分解脉动磁场可以看做是椭圆形旋转磁场的椭圆度大脉动磁场可以看做是椭圆形旋转磁场的椭圆度大到极端的情况。到极端的情况。经过分解法可以把一个脉动磁场分解为两个赋值经过分解法可以把一个脉动磁场分解为两个赋值相等、转速一样、转向相反的圆形旋转磁场的相等、转速一样、转向相反的圆形旋转磁场的叠加结果。叠加结果。脉脉动动磁磁场场分分解解为为两两个个旋旋转转磁磁场场的的表表示示图图交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理2 2、椭圆形旋转磁场的分析、椭圆形旋转磁场的分析假设两相电流相位差假设两相电流相位差9090度，两相绕组对称，而电度，两相绕组对称，而电流幅值不等，那么产生一个椭圆形磁场，设两流幅值不等，那么产生一个椭圆形磁场，设两相电流幅值之比为相电流幅值之比为 那么产生的两个磁场那么产生的两个磁场可以表示如下：可以表示如下：交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理1212sin(90sin/sin(90sin(90(1)sin(90(1)/2jjmkkmkmjmjjjmjmjmjjjkkmjmjjmBBtBBtBBBBBtBtBtBBBBBBBBB。圆）其中将分解）与可以形成一个圆形旋转磁场为一个脉动磁场，进一步将其分解为两个赋值相等、转速大小相同、转向相反的圆形旋转磁场，幅值均为交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理将以上所得磁场进展合成：将以上所得磁场进展合成：121211122(2)121212kjjkjjmjmjmjjmjmjmBBBBBB正反（）B中与（B）转向相同的分圆组合幅值为BBB中另一个分圆单独组合幅值为B结论：椭圆形旋转磁场可以分解为转向相反的两个圆形旋转磁场。BB交流伺服电动机的任务原理交流伺服电动机的任务原理此时，相当于两个旋转磁场共同作用于转子此时，相当于两个旋转磁场共同作用于转子上，产生的合成转矩使转子转动，两个磁上，产生的合成转矩使转子转动，两个磁场的大小关系取决于两相电流的幅值之比。场的大小关系取决于两相电流的幅值之比。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法1 1、幅值控制、幅值控制坚持坚持UjUj不变，改动不变，改动UkUk的幅值以改动转速。的幅值以改动转速。1/0011000/eekkNkkNkkNeekkNekekmjmUUUUUUUUUBB（）有效信号系数为实际控制电压为额定控制电压当在变化时 在变化，时，为圆形旋转磁场，时，为脉动磁场所以，越接近于，磁场椭圆度越大从而可以用来表征磁场椭圆度（与含义相似）交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法2220112esssssssnnnnnnnSSSnnnSSMMM正正反正反正反（）不同时的机械特性令转子转速为n，则由于电机中磁场相当于正、反两个磁场之和，所以，转子相对于正向磁场的转差率为（）同理当时，此时转子受到的合成转矩为两个磁场产生的转矩之和。因为磁场转向相反，因此相当于一个驱动转矩，一个制动转矩。因此，交流伺服电动机的机械特性曲线可以看做由两条曲线叠加而成。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法参与合成的每一条机械特性曲线：参与合成的每一条机械特性曲线：特点：临界转差率大于特点：临界转差率大于1 1。缘由：交流伺服电动机缘由：交流伺服电动机 转子电阻都很大，转子电阻都很大，导致临界转差率导致临界转差率 大于大于1 1优点：调速范围宽，优点：调速范围宽，可消除可消除“自转。自转。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法曲线合成结果：交流伺服电动机机械特性曲线。曲线合成结果：交流伺服电动机机械特性曲线。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法以上曲线在第一象限内的部分就是电动机运以上曲线在第一象限内的部分就是电动机运转形状部分。转形状部分。有效信号系数越小，磁场椭圆度越大，反向有效信号系数越小，磁场椭圆度越大，反向转矩越大，合成转矩在第一象限内的值就转矩越大，合成转矩在第一象限内的值就越小。越小。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法调理特性：当转矩一定时，控制电压与转速之间调理特性：当转矩一定时，控制电压与转速之间的关系。的关系。在机械特性曲线中，平行在机械特性曲线中，平行n n轴做多条直线轴做多条直线M=CM=C，将直线与曲线交点坐标在调理特性，将直线与曲线交点坐标在调理特性曲线坐标系中标出并连成线既得调理特性曲线。曲线坐标系中标出并连成线既得调理特性曲线。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法3)3)控制信号为控制信号为0 0时的机械特性和时的机械特性和“自转景象自转景象自转：伺服电动机在控制信号消逝后仍继续旋转自转：伺服电动机在控制信号消逝后仍继续旋转的失控景象称为的失控景象称为“自转。自转。显然显然,我们需求的是当控制信号为零时我们需求的是当控制信号为零时,转子的转转子的转速也为零速也为零,此时，只需转子旋转的方向和电磁此时，只需转子旋转的方向和电磁转矩的方向相反转矩的方向相反,就可以实现此目的。就可以实现此目的。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法使电机制动到停顿，从而消除使电机制动到停顿，从而消除“自转添加自转添加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的Sm+1Sm+1，使正向旋转的电机在控制电压消，使正向旋转的电机在控制电压消逝后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，逝后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机制动到停顿；假设电机反向旋转，使电机制动到停顿；假设电机反向旋转，那么在控制电压消逝后的电磁转矩为正值，那么在控制电压消逝后的电磁转矩为正值，也为制动转矩，也为制动转矩，交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法2 2、相位控制、相位控制经过改动经过改动UkUk与与UjUj之间的相位差来控制电机的转之间的相位差来控制电机的转速和转向，幅值坚持不变。速和转向，幅值坚持不变。sinjkUU令 为与之间的相位差，为相位控制的信号系数即：改变 的大小，即可改变电机的转速与转向。sin=1时，为圆形磁场，M最大，sin=0时，为脉动磁场，停转。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法 改动相位差即可改动控制电压中与激磁电压垂直分改动相位差即可改动控制电压中与激磁电压垂直分量的大小，此时与幅值控制效果一样。量的大小，此时与幅值控制效果一样。留意：由于控制电压还有一个分量与激磁电压平行，留意：由于控制电压还有一个分量与激磁电压平行，相互加强，所以对于同样的负载，当幅值控制与相位控相互加强，所以对于同样的负载，当幅值控制与相位控制控制系数一样时，相位控制可以输出相对更大的转速。制控制系数一样时，相位控制可以输出相对更大的转速。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法3 3、幅相控制、幅相控制幅值幅值-相位控制是指对幅值和相位差都进展相位控制是指对幅值和相位差都进展控制，经过改动控制电压的幅值及控制电控制，经过改动控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差来控制伺服电动机压与励磁电压的相位差来控制伺服电动机的转速。的转速。单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机就是指用单相交流电源供电单相异步电动机就是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机因其电源的异步电动机。单相异步电动机因其电源的方便而在家用电器、医疗器械以及工具的方便而在家用电器、医疗器械以及工具中广泛运用。中广泛运用。单相异步电动机根本任务原理单相异步电动机根本任务原理n单相异步电动机单绕组通电后产生的脉振单相异步电动机单绕组通电后产生的脉振磁场，可以分解为正、反向旋转的两个旋磁场，可以分解为正、反向旋转的两个旋转磁场。因此，电动机的电磁转矩是由两转磁场。因此，电动机的电磁转矩是由两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。n由于两磁场对称，所以合成转矩必过原点，由于两磁场对称，所以合成转矩必过原点，且机械特性曲线关于原点对称。且机械特性曲线关于原点对称。单相异步电动机根本任务原理单相异步电动机根本任务原理单相异步电动机根本任务原理单相异步电动机根本任务原理n机械特性具有以下特点：机械特性具有以下特点：n(1)(1)当转子转动时，当转子转动时，n=0n=0，T+=TT+=T ，T=0T=0，阐，阐明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，不能自行起动。不能自行起动。n(2)(2)旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方向，并一经起动，就会继续旋转。当向，并一经起动，就会继续旋转。当n n0 0，T T0 0 时机械特性在第一象限，电磁转矩属拖动时机械特性在第一象限，电磁转矩属拖动转矩，电动机正转运转。当转矩，电动机正转运转。当n n0 0，T T0 0 时机时机械特性在第二象限，械特性在第二象限，T T仍是拖动转矩，电动机仍是拖动转矩，电动机反转运转。反转运转。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法单相异步电动机不能自行起动，必需设单相异步电动机不能自行起动，必需设法使其起动。法使其起动。由于两相绕组通以相位不同的电流产生由于两相绕组通以相位不同的电流产生旋转磁场可以起动电机旋转磁场可以起动电机所以，单相电机起动方法：设法产生旋所以，单相电机起动方法：设法产生旋转磁场。转磁场。根据获得旋转磁场方式的不同，主要分根据获得旋转磁场方式的不同，主要分为分相电动机和罩极电动机。为分相电动机和罩极电动机。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法分相式单相异步电动机起动的必要条件为：分相式单相异步电动机起动的必要条件为：(1)(1)定子具有空间不同相位的两套绕组；定子具有空间不同相位的两套绕组；(2)(2)两套绕组中通入不同相位的交流电流。两套绕组中通入不同相位的交流电流。单相分相式异步电动机按起动方法分为以下几类：单相分相式异步电动机按起动方法分为以下几类：1)1)单相电阻分相起动异步电动机单相电阻分相起动异步电动机单相电阻分相起动异步电动机的定子上嵌放两个绕单相电阻分相起动异步电动机的定子上嵌放两个绕组。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组组。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组(辅助辅助绕组绕组)中串一个离心开关。开关作用是当转速上升中串一个离心开关。开关作用是当转速上升到到80%80%的同步转速时，断开副绕组使电动机运转在的同步转速时，断开副绕组使电动机运转在只需主绕组任务的情况下。只需主绕组任务的情况下。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法n通常，主绕组匝数多，导线粗，副绕组匝数少，通常，主绕组匝数多，导线粗，副绕组匝数少，导线细，并可以经过改动主或者副绕组通电极导线细，并可以经过改动主或者副绕组通电极性改动转向。性改动转向。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法n2)2)单相电容分相起动异步电动机单相电容分相起动异步电动机单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法 当副绕组中串联一个电容器和一个开关时，当副绕组中串联一个电容器和一个开关时，假设电容器容量选择适当，那么可以在起动时假设电容器容量选择适当，那么可以在起动时经过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组经过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组电流电流9090电角，这样在起动时就可以得到一个电角，这样在起动时就可以得到一个接近圆形的旋转磁场，从而有较大起动转矩。接近圆形的旋转磁场，从而有较大起动转矩。电动机起动后转速到达电动机起动后转速到达75%75%85%85%同步转速时副同步转速时副绕组经过开关自动断开，主绕组进入单独稳定绕组经过开关自动断开，主绕组进入单独稳定运转形状。运转形状。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法3)3)单相电容运转异步电动机单相电容运转异步电动机假设单相异步电动机辅助绕组不仅在起动假设单相异步电动机辅助绕组不仅在起动时起作用，而且在电动机运转中也长期任务，时起作用，而且在电动机运转中也长期任务，那么这种电动机称为单相电容运转异步电动机。那么这种电动机称为单相电容运转异步电动机。单相电容运转异步电动机实践上是一台两单相电容运转异步电动机实践上是一台两相异步电动机，其定子绕组产生的气隙磁场较相异步电动机，其定子绕组产生的气隙磁场较接近圆形旋转磁场。因此，其运转性能较好，接近圆形旋转磁场。因此，其运转性能较好，功率因数、过载才干比普通单相分相式异步电功率因数、过载才干比普通单相分相式异步电动机好。动机好。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法2.2.单相罩极式单相罩极式(磁通分相式磁通分相式)异步电动机异步电动机单相罩极式异步电动机的构造有凸极式和单相罩极式异步电动机的构造有凸极式和隐极式两种，其中以凸极式构造最为常见。隐极式两种，其中以凸极式构造最为常见。凸极式异步电动机定子做成凸极铁心，然凸极式异步电动机定子做成凸极铁心，然后在凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在后在凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在每个磁极每个磁极1/31/31/4 1/4 处开一个小槽，槽中嵌放处开一个小槽，槽中嵌放短路环，将小部分铁心罩住。转子均采用笼型短路环，将小部分铁心罩住。转子均采用笼型构造。构造。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法罩极式异步电动机当定子绕组通入正弦交流电罩极式异步电动机当定子绕组通入正弦交流电后，将产生交变磁通后，将产生交变磁通 ，其中一部分磁通，其中一部分磁通U U 不穿不穿过短路环，另一部分磁通过短路环，另一部分磁通V V 穿过短路环，由于短穿过短路环，由于短路环作用，当穿过短路环的磁通发生变化时，短路路环作用，当穿过短路环的磁通发生变化时，短路环必然产生感应电动势和感应电流，感应电流总是环必然产生感应电动势和感应电流，感应电流总是妨碍磁通变化，这就使穿过短路环部分的磁通妨碍磁通变化，这就使穿过短路环部分的磁通V V 滞后未罩部分的磁通滞后未罩部分的磁通U U，使磁场中心线发生挪动。，使磁场中心线发生挪动。于是，电动机内部产生了一个挪动的磁场或扫描磁于是，电动机内部产生了一个挪动的磁场或扫描磁场，将其看成是椭圆度很大的旋转磁场，在该磁场场，将其看成是椭圆度很大的旋转磁场，在该磁场作用下，电动机将产生一个电磁转矩，使电动机旋作用下，电动机将产生一个电磁转矩，使电动机旋转。转。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法罩极式电动机的转向总是从磁极的未罩部分罩极式电动机的转向总是从磁极的未罩部分向被罩部分挪动，即转向不能改动。向被罩部分挪动，即转向不能改动。单相罩极式异步电动机的主要优点是构造简单相罩极式异步电动机的主要优点是构造简单、本钱低、维护方便。但起动性能和运转性能单、本钱低、维护方便。但起动性能和运转性能较差，所以主要用于小功率电动机的空载起动场较差，所以主要用于小功率电动机的空载起动场所，如电风扇等。所，如电风扇等。