第 4 章 电动机 4.1 三相异步电动机的构造 4.2 三相异步电动机的工作原理 4.3 三相异步电动机的电路分析 第 4 章　电动机 4.1　三相异步电动机的构造 4.2　三相异步电动机的工作原理 4.3　三相异步电动机的电路分析 4.4　三相异步电动机的转矩与机械特性 4.5　三相异步电动机的起动 4.6　三相异步电动机的调速 *4.7　三相异步电动机的制动 4.8　三相异步电动机的铭牌数据 4.9　单相异步电动机 *4.10　直流电动机 *4.11　控制电机

4.1　三相异步电动机的构造 　　电动机的作用是将交流电能转换成机械能，电动机分交流电动机和直流电动机两大类，而交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。 4.1.1 异步电动机按电动机定子相数分： 　　三相异步电动机、单相异步电动机。 4.1.2 按电动机的转子结构分： 　　笼型异步电动机、绕线型异步电动机。 　　异步电动机的应用非常广泛： 　　在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。 　　在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。 在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。

4.1　三相异步电动机的构造 电动机的外形

三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 　　三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 三 相异步电动机的基本结构 示意 图

三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 　　三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 三 相异步电动机的基本结构 示意 图 机座 端盖

三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 　　三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 三 相异步电动机的基本结构 示意 图 定子

三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 　　三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 三 相异步电动机的基本结构 示意图 端盖 机座 轴承 转子 定子

4.1.1 定子 　　三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。 定子绕组 机座 铁心

定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。 定子硅钢片

4.1.2 转子 根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。 转子绕组 滑环 转子铁心 绕 线 型 4.1.2 转子 　　根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。 转子绕组 滑环 转子铁心 绕 线 型 转 子 铁 心 与 组 电刷 外接电阻

4.1.2 转子 转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。 转 子 硅 钢 片

4.1.2 转子 笼 型 转 子 笼型转子的电动机称笼型电动机。 4.1.2 转子 笼 型 转 子 笼型转子的电动机称笼型电动机。 　　笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。

在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1 V1 W1 W2 U2 定子绕组 三角形联结 定子绕组 星形联结 W1 W2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 端子 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2

在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。 设：电流的流入端用 + 表示 电流的流出端用 • 表示 i3 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 iV1 iW1 uU1 uV1 uW1 定子绕组 i1 i2 i3 U1 V1 W1 U2 V2 W2 设：电流的流入端用 + 表示 电流的流出端用 • 表示

定子绕组与转子绕组 定子绕组 U1 W2 V1 U2 W1 V2 + 转子绕组 设：电流的流入端用 + 表示 电流的流出端用 • 表示

4.2 三相异步电动机的工作原理 4.2.1 旋转磁场 i1 i2 i3 i1 = Imsint 4.2　三相异步电动机的工作原理 4.2.1　旋转磁场 t i O i1 i2 i3 i1 U1 U2 i2 V1 V2 i3 W1 W2 i1 = Imsint i2 = Imsin(t – 120 ) i3 = Imsin(t + 120 ) 对称三相电流流入对称三相绕组。

4.2.1 旋转磁场 i1 = 0 (1) 旋转磁场的产生 i2 为负值 i3 为正值 设：电流的流入端用 + 表示 4.2.1　旋转磁场 i1 = 0 i2 为负值 i3 为正值 (1) 旋转磁场的产生 t i O i1 i2 i3 N S 0 U1 W2 V2 V1 W1 t = 0 U2 设：电流的流入端用 + 表示 电流的流出端用 • 表示

4.2.1 旋转磁场 i1 = 0 i2 为负值 (1) 旋转磁场的产生 i3 为正值 i 60 i1 i2 i3 N U1 O t 4.2.1　旋转磁场 i1 = 0 i2 为负值 i3 为正值 (1) 旋转磁场的产生 i 60 i1 i2 i3 N S U1 O t V2 W2 W1 V1 t = 60 U2

4.2.1 旋转磁场 i1 为正值 i2 为负值 (1) 旋转磁场的产生 i3 为负值 i 90 i1 i2 i3 U1 V2 W2 O 4.2.1　旋转磁场 i1 为正值 i2 为负值 i3 为负值 (1) 旋转磁场的产生 i 90 i1 i2 i3 U1 V2 W2 O t N S W1 V1 U2 t = 90

4.2.1 旋转磁场 i1 = 0 i2 为正值 i3 为负值 (1) 旋转磁场的产生 i i1 i2 i3 180 N S U1 O 4.2.1　旋转磁场 i1 = 0 i2 为正值 i3 为负值 (1) 旋转磁场的产生 i i1 i2 i3 180 N S U1 O t V2 W2 W1 V1 t = 180 U2

(1) 旋转磁场的产生 t = 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 0 t = 60 U1 W2 V1 U2 W1 90 N t = 180 U1 W2 V1 U2 W1 V2 S 180

综上分析可以得出： 　　空间相差 120º 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为 360º )。

(2) 改变旋转磁场的转向 i iU1 iV1 iW1 i1 U1 V1 W1 U2 V2 W2 i2 t i3 U1 W2 V1 U2 i3 60 0 90 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 60 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 90

综上分析可以得出： 　　改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。

(3) 旋转磁场的磁极对数 p 　　旋转磁场的磁极对数 p 与三相定子绕组的连接方式有关。 (4) 旋转磁场的转速 n0 — 电源的频率 — 磁极对数 n0 的单位：转/分 若 f1 = 50 Hz ，p = 1　n0 = 3000 r/min p = 2　n0 = 1500 r/min p = 3　n0 = 1000 r/min

4.2.2　电动机的转动原理 S N  　　旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。 n0 e( i ) f 转子 导体 n • • • f

4.2.3 转差率 s 转差率 0 < s <  sN = 0.015 ~ 0.06 转子转速 n = (1 – s) n0 　　[例 1]　已知 n = 975 r/min，f1 = 50 Hz。求：p、s、f2。 [解] p = 3 s = n1 n n1 1000  975 1000 = = 0.025

4.3 三相异步电动机的电路分析 下图所示是三相异步电动机每相电路图。 和变压器相比： 定子绕组相当于变压器的一次绕组。 4.3　三相异步电动机的电路分析 下图所示是三相异步电动机每相电路图。 和变压器相比： 定子绕组相当于变压器的一次绕组。 转子绕组相当于变压器的二次绕组。

4.3.1 定子电路 定子的内阻抗： Z1 = R1 + jX1 忽略 Z1 U1  E1= 4.44 f1N1 4.3.1　定子电路 定子电路 jX1 R1 +  +　 定子的内阻抗： Z1 = R1 + jX1 忽略 Z1 U1  E1= 4.44 f1N1 ： 旋转磁场每极磁通； N1：每相定子绕组匝数； f1： 定子电流频率。

4.3.2　转子电路 (1) 转子频率 f2 R2 jX2 转子电路 +  　+

(2) 转子电动势 E2 转子内阻抗： Z2 = R2 + jX2 转子电动势： 转子电路 +  　+ 转子内阻抗： Z2 = R2 + jX2 转子电动势： E2 = 4.44 f2N2 = 4.44 sf1N2 = sE20 (3) 转子感抗 X2

(4) 转子电流 I2 (5) 转子电路的功率因数 cos2 R2 jX2 转子电路 +   + cos 2 I2 O s I2 　+ (4) 转子电流 I2 (5) 转子电路的功率因数 cos2 cos 2 I2 O s I2 cos 2 1

4.4　三相异步电动机的转矩与机械特性 4.4.1　转矩公式 　　电磁转矩是由旋转磁场的磁通  和转子电流的 I2 有功分量相互作用而产生的，所以 与结构有关的常数 电磁转矩 T = KT  I2 cos 2 常数

4.4.2　机械特性曲线 转矩特性 T = f (s) T Tm sm Tst T 与　　成正比 TN sN s 1

机械特性曲线 n = f (T ) (1) 额定转矩 TN T = TC = T2 + T0  T2 P2：电动机轴上的输出功率 Tst T2 = TN (在 b 点) O n0 T Tm nN TN b a 机械特性曲线 n = f (T ) (1) 额定转矩 TN T = TC = T2 + T0  T2 P2：电动机轴上的输出功率 P2 单位：瓦(W) T 单位：牛米(N ·m) n 单位：转/分(r/min)

(2) 最大转矩 T max 由 dT/ds = 0，得 R2 sm = ± –— X20 R2 sm = –— 取正值 X20 不同电源电压的转矩特性 n O n0 T Tst T max nN TN d U1 由 dT/ds = 0，得 sm = ± –— R2 X20 sm = –— R2 X20 取正值 sm — 称为临界转差率 代入 T 的表达式 求得最大转矩 Tmax

(2) 最大转矩 Tmax 结论： 1) Tmax  U12 2) Tmax 与 R2 无关 3) 过载系数   Tmax  T N 不同转子电阻的转矩特性 n O n0 T Tmax R2 1) Tmax  U12 2) Tmax 与 R2 无关 3) 过载系数   Tmax  T N   1.8  2.2 4) sm = R2 /X20 sm 与 U1 无关

(3) 起动转矩 Tst 起动瞬间 n = 0，s = 1 U1↓→ Tst ↓↓ R2↑→ Tst↑ 起动转矩倍数 一般 st  1.0  2.2 st  Tst  TN 负载转矩 T2 > Tst ，不能起动。 负载转矩 T2 < Tst ，可带负载起动。

[例 1] 已知 PN = 4. 5 kW，nN = 950r/min，N = 84 　　[例 1]　已知 PN = 4.5 kW，nN = 950r/min，N = 84.5%，U = 380 V，f1 = 50 Hz， = 2，st = 1.7。求：(1)磁极对数 p；(2)s；(3)TN；(4)输入功率 P1；(5)Tmax；(6)Tst。 [解] (1)　p = 3 s = n0  nN n1 1000  950 1000 = = 0.05 (2) (3)　TN = 9.55 PN nN = 9.55 4.5  103 950 = 45.24 N·m (4)　P1= PN N 4.5 0.845 = kW = 5.33 kW (5)　Tmax =  TN = 2  45.24 N·m = 90.48 N·m (6)　Tst = st TN = 1.7  45.24 N·m = 76.91 N·m

4.5 三相异步电动机的起动 4.5.1 起动性能 起动初始瞬间，n = 0，s = 1 4.5　三相异步电动机的起动 4.5.1　起动性能 起动初始瞬间，n = 0，s = 1 　　(1) 起动电流 Ist 大，4 ~ 7IN。频繁起动会使电动机过热。 　　过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。 　　(2) 起动转矩 Tst 不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低, 不能满载起动。 电磁转矩　　　T = KT  I2 cos 2

4.5.2 起动方法 (1) 直接起动 直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网,电动机能否直接起动，可按下面经验公式判定。 4.5.2　起动方法 (1) 直接起动 直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网,电动机能否直接起动，可按下面经验公式判定。 特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大 4 ~ 7 倍； 影响同一电网上其他负载的正常工作。 优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机。 (2) 降压起动 起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。

只适用于电动机在工作时定子绕组为  形接法。 星形—三角形(Y-)换接起动 QS1 　　只适用于电动机在工作时定子绕组为  形接法。 FU W1 V1 U1 U2 V2 W2  形 V1 U1  定子 绕组 W1 QS2 Y W2 U2 V2 U1 U2 V1 W1 V2 W2 Y 形 转子

起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的三分之一。 星形—三角形(Y-)换接起动 FU W2 U1 U2 V1 V2 W1 QS1 转子 定子 绕组  QS2 Y 形  形 　　起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的三分之一。

绕线型电动机起动时，可在转子绕组中串联电阻，以减小起动电流。 (3) 软起动法 软起动器 M 3~ U V W L1 L2 L3 电动机按用户期望的起动特性完成起动过程 限流起动模式 限压起动模式 IL Im1 Im2 I t U t UN U0 t1 绕线型电动机起动时，可在转子绕组中串联电阻，以减小起动电流。 Rst 转子

(2)由已知 n = 1480r/min，可知电动机是 4 极的，即 p = 2，n0 = 1500 r/min 　　[例 1]　有一 Y225 – 4 型三相异步电动机，其额定数据见下表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率 sN；(3)额定转矩 TN、最大转矩 Tmax、起动转矩 Tst。 功率 转速 电压 效率 功率因数 Ist/IN Tst/TN Tmax/TN 45kW 1480r/min 380V 92.3% 0.88 7.0 1.9 2.2 [解] (1) 4 ~ 100 kW 的电动机通常是 380 V， 形联结。 (2)由已知 n = 1480r/min，可知电动机是 4 极的，即 p = 2，n0 = 1500 r/min 所以

(3) 　　[例 2]　在上题中：(1)如果负载转矩为 510.2 N·m，试问在 U = UN 和 U = 0.9UN 两种情况下电动机能否起动？(2)采用 Y— 换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩 TN 的 80% 和 50% 时，电动机能否起动？ 　　　　(1) 在U = UN 时，Tst = 551.8 N·m > 510.2 N·m，所以能起动。 [解] 　　在 U = 0.9UN 时，Tst = 0.92  551.8 N·m = 447 N·m < 510.2N·m，所以不能起动。

(2)　　Ist = 7IN  84.2 A = 589.4 A 在 80% 额定转矩时 在 50% 额定转矩时

4.6　三相异步电动机的调速 变频调速(笼型电动机) 调速方法 变极调速(笼型电动机) 变转差率调速(绕线型电动机)

4.6.1 变频调速 两种变频调速方式： (1) f1 < f1N 低于额定转速调速 4.6.1　变频调速 – 整流器 ~ f = 50 Hz + 逆变器 M 3~ f1、U1 可调 变频调速装置 两种变频调速方式： (1)　f1 < f1N 低于额定转速调速 　　由　U1 = 4.44 f1N1 知，若  保持不变，应保持(U1/f1)的比值近似不变，所以两者要成比例同时调节。 　　又电磁转矩 T = KT I2 cos 2 ，T 也近似不变，是恒转矩调速。

4.6.1　变频调速 变频调速装置 – 整流器 ~ f = 50 Hz + 逆变器 M 3~ f1、U1 可调 　　(2)　f1 > f1N 高于额定转速调速应保持 U1  U1N，由 U1 = 4.44 f1N1 知，在减小 f1 同时  减小，又电磁转矩 T = KT I2 cos 2，T 也减小，是恒功率调速。

4.6.2 变极调速 改变极对数 p 调速 —有级调速 U11 U22 U21 U11 U21 U12 U22 U2 U1 U12 4.6.2　变极调速 改变极对数 p 调速 —有级调速 U11 U21 U12 U22 U11 U12 U21 U22 U2 U1 p = 2

4.6.2 变极调速 改变极对数 p 调速 —有级调速 U11 U22 U21 U12 U11 U21 U22 U1 U2 U12 4.6.2　变极调速 改变极对数 p 调速 —有级调速 U11 U21 U12 U22 U11 U1 U2 U12 U21 U22 p = 1

4.6.3 变转差率调速 在绕线型电动机转子绕组中串入电阻 R , 可改变转差率 s 和转速 n。 特点 (1) 小范围无级调速 TN 4.6.3　变转差率调速 　　在绕线型电动机转子绕组中串入电阻 R , 可改变转差率 s 和转速 n。 R2 < R2 ' 特点 s T O 1 Tst Tm sm R2 ' (1) 小范围无级调速 TN (2) R2 大 → 特性变软

*4.7 三相异步电动机的制动 4.7.1 能耗制动 RP + – 制动时定子接入直流电源产生固定磁场， M 3 ~ *4.7　三相异步电动机的制动 4.7.1　能耗制动 S N RP + – M 3 ~ e2(i2) QS 运转 f n • f 制动 制动时定子接入直流电源产生固定磁场， i2 受到阻转矩；当 n→0，i2→0，T→0。 制动：将动能 → 电能 → 热能。 优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转。 缺点：需要另外加直流电源。

4.7.2 反接制动 将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使 M 停机。 旋转磁场与转子的相对转速 4.7.2　反接制动 　　将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使 M 停机。 M 3 ~ R QS 正转 旋转磁场与转子的相对转速 为 (n1+ n) → I2 → I1。 制动 　　必须在笼型电动机的定子或绕线型电动机的转子中串入电阻 R，以防止烧坏绕组。 优点：方法简单，制动效果好。 缺点：能量消耗大。

4.8 三相异步电动机的铭牌数据 4.8.1 功率 PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。 4.8　三相异步电动机的铭牌数据 4.8.1 功率 PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。 输入功率 P1= PN /  =3 UN IN cos 4.8.2 电压 UN 额定运行时，定子绕组上应加的线电压。 4.8.3 电流 IN 在 UN、 PN 时，流入定子绕组的线电流。 4.8.4 转速 nN 在 UN、 PN、 IN 时，电动机转子的转速。

4.9 单相异步电动机 单相异步电动机： 定子只有一相主绕组的异步电动机。 4.9　单相异步电动机 单相异步电动机： 定子只有一相主绕组的异步电动机。 　　单相异步电动机的功率一般为几至几百瓦常用于功率不大的电动工具(如电钻、搅拌器等)以及众多的家用电器(如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等)。 单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。

4.9.1 电容分相式异步电动机 A 为工作绕组，B 为起动绕组， 在空间相隔 90º。S 为离心力开关。 iA = IAm sint 4.9.1　电容分相式异步电动机 　　A 为工作绕组，B 为起动绕组， 在空间相隔 90º。S 为离心力开关。 W1 B S ~ A iA iB iA = IAm sint iB = IBmsin(t + 90 ) iA t i iB

两相绕组形成的旋转磁场 iA = Imsint iB = Imsin(t + 90 ) n0 A A A + + B + B B 45º 90º iB = Imsin(t + 90 ) t n0 t = 0 iA = 0，iB 为正值 B A + iA、iB 均为正值 t = 45 + A B t = 90 iA 为正值，iB = 0 + A B 形成旋转磁场

4.9.1 电容分相式异步电动机 S 改变电容 C 的串联位置，可使异步电动机反转。 2 1 A C iB iA 4.9.1　电容分相式异步电动机 C B S A iA iB 1 2 　　改变电容 C 的串联位置，可使异步电动机反转。 将 S 合向 1，iB 超前 iA 将 S 合向 2，iA 超前 iB

4.9.2 罩极式异步电动机 ~ i 1 2 1 和 2 之间产生相位差，形成一个向罩极部分移动的旋转磁场。 定子 短路铜环 4.9.2　罩极式异步电动机 定子 短路铜环 ~ i 1 2 定子绕组 转子 笼型转子绕组 　　1 和 2 之间产生相位差，形成一个向罩极部分移动的旋转磁场。

三相异步电动机的单相运行 若三相异步电动机运行时断了一根线，则相当于单相异步电动机，称为三相异步电动机的单相运行，或缺相运行。 　　若三相异步电动机运行时断了一根线，则相当于单相异步电动机，称为三相异步电动机的单相运行，或缺相运行。 　　若 n = 0，则不能起动，此时电流很大，时间一长，电动机将会被烧坏； 　　若 n  0，则能够继续转动，但仍带额定负载，电流势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被烧坏。

*4.10 直流电动机 直流电动机 — 将直流电能变为机械能。 4.10.1 直流电动机的构造 电枢铁心 机座 主磁极 电枢绕组 定子 转子 *4.10　直流电动机 直流电动机 — 将直流电能变为机械能。 4.10.1 直流电动机的构造 电枢铁心 机座 主磁极 电枢绕组 定子 转子 换向极 换向器 — 直流电动机的特征 电刷 转轴

机座 — 起支撑作用；作为部分磁路 主磁极 — 产生主磁通 定子 换向极 — 产生附加磁场， 改善换向 电刷 — 引入或引出直流电 换向绕组 换向极 机座 — 起支撑作用；作为部分磁路 主磁极 — 产生主磁通 定子 换向极 — 产生附加磁场， 　　　　　改善换向 电刷 — 引入或引出直流电 电枢绕组 — 产生感应电动势 电枢铁心 —其槽孔中放置电枢绕组 转子 换向器 — 与电刷一起，共同完成 直流电和交流电的转换 主磁极 转轴 转子 励磁 绕组 转轴 — 输入或输出机械功率

4.10.2 直流电动机的工作原理 S N 电刷 i • 　　在两电刷之间加入直流电压 U，则在绕组中产生电流 i，通电导体又受到力的作用，产生电磁力矩。由于换向器的作用，在 N (S) 极下受力方向不变，使电枢旋转起来。 f U I 换向器 　　导体与磁场之间的相互作用，在电枢绕组中产生反电动势 e , 与电源电压相平衡。

4.10.3 转矩、电动势和电压平衡方程式 电磁转矩 T = KT Ia ：每极磁通 Ia 电枢电流 电动势 E = KE n 4.10.3 转矩、电动势和电压平衡方程式 并励电动机 M Rf ' Ra E Ia If I + – Rst U 电磁转矩 T = KT Ia ：每极磁通 Ia 电枢电流 电动势 E = KE n E 为反电动势， E 与 Ia 反向 电压平衡方程式 + – U Rst Uf M E Rf ' 他励电动机 Ia If 外加电源电压 U = E + IaRa Rst：限制起动电流 Ia = ——— U – E Ra Rf ' ：改变励磁电流 改变电枢电流或励磁电流方向实现电动机反转

改变电枢电流或励磁电流方向，实现电动机反转。 并励电动机 M Rf ' Ra E Ia If I + – Rst U T = KT Ia 4.10.4 调速 　　改变磁通  (电阻 Rf)或改变电压 U 可达到调速的目的。 注意 　　直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通。

*4.11 控制电机 4.11.1 伺服电动机 控制电机在自动控制系统中是必不可少的，其主要任务是转换和传递控制信号。 *4.11　控制电机 　　控制电机在自动控制系统中是必不可少的，其主要任务是转换和传递控制信号。 4.11.1　伺服电动机 (1) 交流伺服电动机 内定子 外定子 定子 定子绕组 定子铁心 机座 励磁绕组 控制绕组 结构 转子 笼型转子 杯型转子

交流伺服电机就是两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差 90 的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。转子分为笼型转子和杯型转子。 (1) 交流伺服电动机 交流伺服电机就是两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差 90 的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。转子分为笼型转子和杯型转子。 杯型转子伺服电机的结构图

励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。 1 (b) 相量图 (a) 接线图 交流伺服电机的接线图和相量图 励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差 接近90, 从而产生所需的旋转磁场。

控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相。 工作时两个绕组中产生的 电流 和 的相位差近于90º, 因此便产生两相旋转磁场。在 旋转磁场的作用下，转子便转 动起来。 加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。 交流伺服电机的特点：在电机运行时如果控制电压变为零，电机立即停转。

直流伺服电动机和一般他励直流电动机一样，为了减小转动惯量而做得细长。 (2) 直流伺服电动机 　　直流伺服电动机和一般他励直流电动机一样，为了减小转动惯量而做得细长。 励磁电压 U1 一定，控制电压 U2 加在电枢上。 + – U2 I2 U1 SM 直流伺服电动机 　　改变电枢电压可改变转速，改变电枢电压的极性可使电动机反转。

4.11.2 步进电机 步进电机利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线位移或角位移。 通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。 4.11.2　步进电机 　　步进电机利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线位移或角位移。 　　通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。 W1 W1' U1 U1' V1 V1' 定子铁心 转子 定子绕组 步进电机的结构 定子铁心 (硅钢片叠成) 定子 定子绕组 转子：只有铁心，无绕组

步进电机的工作原理 (1) 单三拍 转子力图转到磁阻最小位置 单三拍：每一次只有一相绕组通电，三次通电完成一个循环。 0 30 60 (U1)U1相通电 (V1) V1相通电 W1' U1 V1 W1 U1' V1' 3 4 1 2 (W1) W1相通电 W1' U1 V1 W1 U1' V1' 3 4 1 2 U1 V1' W1' 1 4 2 W1 3 V1 U1' 　　单三拍：每一次只有一相绕组通电，三次通电完成一个循环。 每一拍转子转过的角度称步距角。 通电顺序：U1  V1  W1  U1  ··· 反转通电顺序：U1  W1  V1  U1  ···

通电顺序：U1–U1，V1 – V1 – V1，W1– W1 – W1，U1–U1 (2) 六拍 15 (U1)U1相通电 W1' U1 V1 W1 U1' V1' 1 2 3 4 0 30 (V1) U1V1相通电 W1' U1 V1 W1 U1' V1' 3 4 1 2 (W1) V1相通电 W1' U1 V1 W1 U1' V1' 3 4 1 2 通电顺序：U1–U1，V1 – V1 – V1，W1– W1 – W1，U1–U1 反转通电顺序：U1–U1，W1– W1 – W1，V1–V1–V1，U1–U1

(3) 双三拍 每次有两相绕组通电 通电顺序：U1,V1 – V1,W1 – W1,U1 – U1,V1 ··· 步距角的大小与转子的齿数及通电的方式有关。  = 360º Zrm 步距角： Zr：转子齿数； m：循环的拍数。

实际需要步距角较小(1.5º)的步进电机，所以其齿数较多。 　　实际需要步距角较小(1.5º)的步进电机，所以其齿数较多。 U1 W1' U1' V1' W1 V1 　　定、转子齿距相等，且齿数配合要恰当。 如：转子齿数 Zr = 40， 齿距角　　 —— = —— = 9 Zr 360 40

步进电机的控制电路框图 脉冲分配器：决定步进电机定子绕组通电顺序和电机转速的电路。 功率 放大器 负载 步进 电机 输入脉冲 　　脉冲分配器：决定步进电机定子绕组通电顺序和电机转速的电路。 　　功率放大器：分配器输出的脉冲信号必须经过功率放大，才能作为励磁电流送到步进电机定子绕组。