控制电机(《电机与拖动》课件PPT
合集下载
电机及拖动基础(第5版)课件：控制电机
当控制电压Uc=0时，Ic=0，电磁转矩T=0，
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
《电机与拖动》控制电机和其它电机详解PPT共70页
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
Байду номын сангаас 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
《电机与拖动》控制电机和其 它电机详解
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
15、机会是不守纪律的。——雨果
Байду номын сангаас 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
《电机与拖动》控制电机和其 它电机详解
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
10 控制电机(《电机与拖动》课件)
10.4
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
一、直流伺服电动机
1. 基本结构与工作原理 一般的直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，按照励磁方 式的不同，可分为电磁式和永磁式。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁电 流通过励磁绕组产生，一般多用他励式励磁。永磁式直流伺服电动机的磁场 由永磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流。 直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁场控制。所谓电枢控 制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时， 电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电 动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电动机就反转；控制电压为零， 电动机就停转。电枢控制方式的直流伺服电动机如 图10.1所示。 电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加控制电压，而电枢绕组加恒定 电压控制方式，改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 可见，电磁式直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式， 而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢控制一种方式。
10.13
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
异步电动机，其机械特性如图10.5(b)的实线所示，在正转范围内，即n > 0时， T < 0，电磁转矩为负，成为制动转矩，迫使电动机自行停转而不会自转。 与普通两相异步电动机相比，交流伺服电动机的特点是：具有较宽的调 速范围；当励磁电压不为零，控制电压为零时，其转速也应为零；机械特性 为线性并且动态特性较好。所以交流伺服电动机的转子电阻应当大，转动惯 量应当小。 由上述分析可知，增加交流伺服电动机的转子电阻，既可以防止自转， 又可以扩大调速范围和提高机械特性的线性度，所以一般取 1.5 ~ 4)( X1 X 2 R2 比普通异步电动机转子电阻大得多。常用的增大转子电阻的办法是将笼型导 条和端环用高电阻率的材料如黄铜、青铜制造，同时将转子做成细而长，这 样转子电阻很大，同时转动惯量又小。 当交流伺服电动机的励磁绕组接在额定电压的交流电源上、控制绕组接 在同频率的控制电压 上时，在空间成90度电角度的两相绕组中就会有两相 UC 电流流过，在气隙中产生旋转磁场，切割转子，从而在转子中产生感应电动 势并有转子电流产生；旋转磁场与转子电流相互作用产生电磁转矩而使交流 伺服电动机运转。改变控制电压 的大小和相位，可以使气隙磁场为圆形
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
一、直流伺服电动机
1. 基本结构与工作原理 一般的直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，按照励磁方 式的不同，可分为电磁式和永磁式。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁电 流通过励磁绕组产生，一般多用他励式励磁。永磁式直流伺服电动机的磁场 由永磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流。 直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁场控制。所谓电枢控 制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时， 电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电 动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电动机就反转；控制电压为零， 电动机就停转。电枢控制方式的直流伺服电动机如 图10.1所示。 电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加控制电压，而电枢绕组加恒定 电压控制方式，改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 可见，电磁式直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式， 而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢控制一种方式。
10.13
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
异步电动机，其机械特性如图10.5(b)的实线所示，在正转范围内，即n > 0时， T < 0，电磁转矩为负，成为制动转矩，迫使电动机自行停转而不会自转。 与普通两相异步电动机相比，交流伺服电动机的特点是：具有较宽的调 速范围；当励磁电压不为零，控制电压为零时，其转速也应为零；机械特性 为线性并且动态特性较好。所以交流伺服电动机的转子电阻应当大，转动惯 量应当小。 由上述分析可知，增加交流伺服电动机的转子电阻，既可以防止自转， 又可以扩大调速范围和提高机械特性的线性度，所以一般取 1.5 ~ 4)( X1 X 2 R2 比普通异步电动机转子电阻大得多。常用的增大转子电阻的办法是将笼型导 条和端环用高电阻率的材料如黄铜、青铜制造，同时将转子做成细而长，这 样转子电阻很大，同时转动惯量又小。 当交流伺服电动机的励磁绕组接在额定电压的交流电源上、控制绕组接 在同频率的控制电压 上时，在空间成90度电角度的两相绕组中就会有两相 UC 电流流过，在气隙中产生旋转磁场，切割转子，从而在转子中产生感应电动 势并有转子电流产生；旋转磁场与转子电流相互作用产生电磁转矩而使交流 伺服电动机运转。改变控制电压 的大小和相位，可以使气隙磁场为圆形
电机与拖动PPT课件
14
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
15
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的主要结构
主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换
本课程的内容有直流电机、直流电动机的电力拖动、变压 器、三相异步电动机、三相异步电动机的电力拖动、同步电机、 驱动和控制微电机、电动机的选择八个部分。
5
绪论
0.3 本课程的特点及学习方法
电机与拖动是一门理论性很强的技术基础课，同时又具有专 业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力 学、热力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问 题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌 握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。
10
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 在S极下，c点高电 位，d点低电位；电 刷A极性为正，电刷 B极性为负。
11
当原动机驱动电机转子逆时针
旋转1800 后，如右图。
导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c点 低电位，d点高电位；电刷A极性 仍为正，电刷B极性仍为负。
4
绪论
0.2 本课程的性质、任务和内容
本课程是自动化、电气工程及自动化（供用电技术方向）和 农业电气化与自动化等专业的一门专业基础课。
本课程的任务是让学生掌握电机的基本结构和工作原理， 以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法， 培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学 习和工作打下坚实的基础。
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
15
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的主要结构
主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换
本课程的内容有直流电机、直流电动机的电力拖动、变压 器、三相异步电动机、三相异步电动机的电力拖动、同步电机、 驱动和控制微电机、电动机的选择八个部分。
5
绪论
0.3 本课程的特点及学习方法
电机与拖动是一门理论性很强的技术基础课，同时又具有专 业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力 学、热力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问 题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌 握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。
10
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 在S极下，c点高电 位，d点低电位；电 刷A极性为正，电刷 B极性为负。
11
当原动机驱动电机转子逆时针
旋转1800 后，如右图。
导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c点 低电位，d点高电位；电刷A极性 仍为正，电刷B极性仍为负。
4
绪论
0.2 本课程的性质、任务和内容
本课程是自动化、电气工程及自动化（供用电技术方向）和 农业电气化与自动化等专业的一门专业基础课。
本课程的任务是让学生掌握电机的基本结构和工作原理， 以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法， 培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学 习和工作打下坚实的基础。
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
（2）课程目标 本课程是一门用电磁理论解决复杂的、具体的、综合的实际问题的课程 。在电机运行中，电机内同时存在电、磁、力的相互作用。因此本课程的目 标是使学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体 结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，应掌握一定的电磁计 算方法，培养学生运算能力。 要求学生重视在教学过程中安排的实验、实 习，包括参观电机厂等实践教学环节。 具体要求是：
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
从20世纪20年代起，开始采用由一台电动机拖动一台生产机械的系 统，称为单电动机拖动系统。与成组拖动相比，它省去了大量的中间传动 机构，使机械结构大大简化，提高了传动效率，增强了灵活性。由于电机 与生产机械在结构上配合密切，因而可以更好地满足生产机械的要求。
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
《电机与拖动》控制电机和其它电机详解70页PPT
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
《电机与拖动》控制电机和其它电机 详解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训பைடு நூலகம்，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
《电机与拖动》控制电机和其它电机 详解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训பைடு நூலகம்，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
电机与电力拖动基础 (全)课件
智能家居领域
在智能家居领域，电机控制技 术主要用于智能家电、智能照 明、智能安防等系统中，提高 家居生活的便利性和舒适性。
电动汽车领域
在电动汽车领域，电机控制技 术是实现车辆稳定运行和高效 驱动的关键技术之一，对于提 高电动汽车的性能和降低能耗 具有重要意义。
04
电机与电力拖动系统的维护与检修
维护与检修概述
电机与电力拖动基础 (全)课件
目
CONTENCT
录
• 电机学基础 • 电力拖动基础 • 电机控制技术 • 电机与电力拖动系统的维护与检修 • 电机与电力拖动系统的设计
01
电机学基础
电机概述
电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能转换的 装置。
电机广泛应用于工业、农业、交通运输、国防等领 域。
电机主要由定子和转子组成，通过磁场相互作用产 生旋转运动。
工作机
被拖动的机械设备，如机床、 泵等。
电力拖动系统的特性
80%
调速性能
通过改变电动机的输入电压或电 流，可以方便地调节电动机的转 速，从而实现对工作机的速度控 制。
100%
启动和制动性能
通过控制装置可以实现对电动机 的启动和制动控制，以满足工作 机在各种工况下的运动需求。
80%
负载特性
工作机的负载特性对电力拖动系 统的性能有很大影响，不同的负 载特性需要选择不同类型的电动 机和控制装置。
THANK YOU
感谢聆听
状态监测
通过各种传感器和检测 设备实时监测设备的运 行状态，及时发现异常
。
故障诊断
根据设备运行数据和故 障现象，分析故障原因
，确定维修方案。
修复性维修
对已经发生的故障进行 修复，恢复设备性能。
电机及拖动ppt课件
4. 只由n <n0 旋转磁场和转子导体有相对运动，转子才受到电磁转矩。 如果磁极极对数是p，整个圆周有p个完整正弦波，相当于p × 360°。
磁极下所占槽数来表示， Z为总数，P极为对数
Z 2p
节距 y (跨距) • 跨越的槽数表示。
y
电角度
电角度＝p×机械角度
三相单层集中整距绕组
三相：A、B、C 单层：每槽中只放一个线圈边 集中：每一相只有一个线圈 整距：线圈的节距等于一个极距
三相绕组结构特点 三相绕组展开图 三相绕组的Y连接 三相绕组的轴线
单层分布绕组的展开图
7-2 分析绕组时常用的几个量
极距τ P0= m1I02r1 +PFe+Pm（忽略转子铜耗及附加损耗Pcu2+Ps）
N
如果用一原动机或其它
T
转矩去拖动异步电动机，
使它的转速超过同步转速，
n >n0 ,S<0,旋转磁场切割转
n0
子导体的
n
方向相反，导体中的电动势与电流方向都反向。由左手 定则知电磁力与旋转磁场和转子的旋转方向相反，这是制动 转矩。这时原动机对异步电动机输入机械功率，而通过电磁 感应由定子向电网输送电功率，电动机处在发电机状态。
可以用短路实验方法求参数。
气隙磁场，转子绕组导体切 电磁转矩指转子电流I2与主磁通φm相互作用产生的电磁力形成的总力矩。
间距离，可以用所跨槽数表示，也可
已知总槽割数Z该、极磁对数场p：α产=（P生×36感0）/Z应电势。由
定子铁心core——磁路部分，放置定子绕组。
于转子绕组处于短路状态会 如果异步电动机的外转矩使转子逆着旋转磁场的方向旋转，即n<0,S>1,此时转子导体中的电动势和电流反向仍和电动机一样，电磁转矩
交流电机——电机拖动控制(机电传动控制)课件PPT
转子与旋转磁场之间的转差率是保证转子旋转的主要因素。
定子绕组的 三相交流电n
（a）定子绕组与电源的连接 图5.6 三相异步电动机
（b）工作原理
转差率：由于转子转速不等于同步转速，所以
把这种电动机称为异步电动机，而把转速差
(n0-n)与同步转速n0的比值称为异步电动机的
图5.1 三相异步电动机的结构
定子铁芯钢片 定子线圈 转子铁芯钢片 转子线圈
图5.2 定子与转子的钢片
1.定子 组成：
1）铁心—是电动机磁路的一部分，由0.5mm的硅 刚片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流 损耗；
2）绕组—电动机的电路部分，由许多线圈连接而 成；
3）机座—用于固定和支撑定子铁心。 4）端盖
得，任何两相以上的多相电流，流过 相应的多相绕组，都能产生旋转磁场。
5.1.4 定子绕组线端连接方式
定子三相绕组的接线方式（Y形或△形） 的选择，和普通三相负载一样，须视电源的 线电压而定。
如果电动机所接入之电源的线电压等于电 动机的额定相电压（即每相绕组的额定电 压），那么，它的绕组应该接成三角形；如 果电源的线电压是电动机额定相电压的倍， 那么，它的绕组就应该接成星形。
第五章 交流电动机的工作 原理及特性
5.1 三相异步电动机的结构和工作原理 5.2 三相异步电动机的机械特性 5.3 三相异步电动机的启动特性 5.4 三相异步电动机的调速特性 5.5 三相异步电动机的制动特性 5.6 单相异步电动机
第五章 交流电动机的工作原理 及特性
概述 1. 分类：
交流电动机： 三相异步电动机（或称感应电动机） 同步电动机
转差率，用S表示。
在这种电动机中，S转 子n0n电0 n流的产生和（电5能.1）的传
定子绕组的 三相交流电n
（a）定子绕组与电源的连接 图5.6 三相异步电动机
（b）工作原理
转差率：由于转子转速不等于同步转速，所以
把这种电动机称为异步电动机，而把转速差
(n0-n)与同步转速n0的比值称为异步电动机的
图5.1 三相异步电动机的结构
定子铁芯钢片 定子线圈 转子铁芯钢片 转子线圈
图5.2 定子与转子的钢片
1.定子 组成：
1）铁心—是电动机磁路的一部分，由0.5mm的硅 刚片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流 损耗；
2）绕组—电动机的电路部分，由许多线圈连接而 成；
3）机座—用于固定和支撑定子铁心。 4）端盖
得，任何两相以上的多相电流，流过 相应的多相绕组，都能产生旋转磁场。
5.1.4 定子绕组线端连接方式
定子三相绕组的接线方式（Y形或△形） 的选择，和普通三相负载一样，须视电源的 线电压而定。
如果电动机所接入之电源的线电压等于电 动机的额定相电压（即每相绕组的额定电 压），那么，它的绕组应该接成三角形；如 果电源的线电压是电动机额定相电压的倍， 那么，它的绕组就应该接成星形。
第五章 交流电动机的工作 原理及特性
5.1 三相异步电动机的结构和工作原理 5.2 三相异步电动机的机械特性 5.3 三相异步电动机的启动特性 5.4 三相异步电动机的调速特性 5.5 三相异步电动机的制动特性 5.6 单相异步电动机
第五章 交流电动机的工作原理 及特性
概述 1. 分类：
交流电动机： 三相异步电动机（或称感应电动机） 同步电动机
转差率，用S表示。
在这种电动机中，S转 子n0n电0 n流的产生和（电5能.1）的传
电机与拖动课件
拖动系统往往是复杂的，有的生产机械需要通过传动机构进行转 速匹配，因此增加了很多齿轮和传动轴；有的生产机械需要通过 传动机构把旋转运动变成直线运动，比如：刨床、起货机等。对 这样一些复杂的电力拖动系统，如何来研究其力学问题呢？一般 来说，有两种解决办法：
1）对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程， 用连列方程 组来消除中间变量。这种解法会因方程较多，计算量大而比较繁 杂。
jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗，可以在折算公式中引入传动效
率c 。由于功率传送是有方向的，因此引入效率c 时必须注意：
要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论：
1） 电动机工作在电动状态， 此时由电动机带动工作机构， 功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动机构承担，即电
J L
1 jL
2
从式可知，折算到单轴拖动系统的等效转动惯量J等于折算前 拖动系统每一根轴的转动惯量除以该轴对电动机轴传动比jL 的平 方之和。当传动比jL 较大时，该轴的转动惯量折算到电动机轴上 后，其数值占整个系统的转动惯量的比重就很小。
根据式表示的GD2 = 4gJ 的关系，可以相应地得到折算到电动 机轴上的等效飞轮转矩
TL
TL jL
c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况，设已知各级速比为j1， j2，…，jn，则总的速比为各级速比之积，即
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时，如果已知各级的传递效率为： c1， c2，…， cn，则总效率 c 应为各级效率之积，即
n
c ci i 1
2．转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL，折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J，其等效原 则是：折算前后系统的动能不变，即有
1）对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程， 用连列方程 组来消除中间变量。这种解法会因方程较多，计算量大而比较繁 杂。
jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗，可以在折算公式中引入传动效
率c 。由于功率传送是有方向的，因此引入效率c 时必须注意：
要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论：
1） 电动机工作在电动状态， 此时由电动机带动工作机构， 功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动机构承担，即电
J L
1 jL
2
从式可知，折算到单轴拖动系统的等效转动惯量J等于折算前 拖动系统每一根轴的转动惯量除以该轴对电动机轴传动比jL 的平 方之和。当传动比jL 较大时，该轴的转动惯量折算到电动机轴上 后，其数值占整个系统的转动惯量的比重就很小。
根据式表示的GD2 = 4gJ 的关系，可以相应地得到折算到电动 机轴上的等效飞轮转矩
TL
TL jL
c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况，设已知各级速比为j1， j2，…，jn，则总的速比为各级速比之积，即
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时，如果已知各级的传递效率为： c1， c2，…， cn，则总效率 c 应为各级效率之积，即
n
c ci i 1
2．转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL，折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J，其等效原 则是：折算前后系统的动能不变，即有
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用 1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标 1.3电机理论中的基本知识点 1.4电机及拖动基础中常用的定律 1.5电机与拖动系统的MATLAB仿真技术
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用 1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标 1.3电机理论中的基本知识点 1.4电机及拖动基础中常用的定律 1.5电机与拖动系统的MATLAB仿真技术
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
普通动力电动机的主要任务是实现能量转换，主要要求是提高电机的能 量转换效率等经济指标，以及起动、调速等性能。控制电动机的主要任务是 完成控制信号的检测、变换和传递，因此，对控制电动机的主要要求是快速 响应、高精度、高灵敏度及高可靠性。
控制电动机种类繁多，本章主要介绍常用的控制电动机的基本工作原理。
10.3
Uc不同时，其斜率β不变，机械特性为一组平行线，随着Uc的降低，机械
特性平行地向下移动。
10.8
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
2) 调节特性 调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速随控制电压的变化关
系，即T为常数时的n = f(UK)。调节特性也称为控制特性。如图10.2(b)所 示。
10.5
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加
控制电压，而电枢绕组加恒定电压控制方式，
Uc
改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机 的转速与转向。可见，电磁式直流伺服电动机 Ic
有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式，
而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢
2. 控制特性 1) 机械特性 机械特性是指励磁电压Uf恒定，电枢的控制电压UK为一个定值时，电动 机的转速和电磁转矩T之间的关系，即Uf为常数时的n＝f(T)，如图10.2(a)所示。 已知直流电动机的机械特性是 式中 U、R、Ce、CT—分别表示n电枢CU电eΦ压、Ce电CRT枢Φ2回T路的电阻、电动(10势.1常) 数和转矩常数。 在电枢控制方式的直流伺服电动机中，控制电压Uc加在电枢绕组上，即 U=Uc，代入式(10.1)，得到直流伺服电动机的机械特性表达式为
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机，它能把接受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，具有服从控制信号的要求而动作的功能：在信 号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转 子能即时停转。由于这种“伺服”的性能因此命名。
自动控制系统对伺服电动机的基本要求是： (1) 宽广的调速范围，机械特性和调节特性均为线性。 (2) 快速响应性能好，即机电时间常数要小，在控制信号变化时，能迅速 地从一种状态过渡到另一种状态。 (3) 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。 (4) 无自转现象。所谓自转现象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零 时继续转动的现象；无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机立即自行 停转。 按伺服电动机的控制电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流 伺服电动机两大类。直流伺服电动机的输出功率可达数百瓦，主要用于功率较 大的控制系统。交流伺服电动机的输出功率较小，一般为几十瓦，主要用于功 率较小的控制系统。
10.4
第10章 控 制 电 机
一般的直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，按照励磁方 式的不同，可分为电磁式和永磁式。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁电 流通过励磁绕组产生，一般多用他励式励磁。永磁式直流伺服电动机的磁场 由永磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流。 直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁场控制。所谓电枢控 制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时， 电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电 动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电动机就反转；控制电压为零， 电动机就停转。电枢控制方式的直流伺服电动机如 图10.1所示。 电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加控制电压，而电枢绕组加恒定 电压控制方式，改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 可见，电磁式直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式， 而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢控制一种方式。
枢电压成正比，即
n
n0
U CeΦ
(10.3)
当转速为零时，电动机的转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转
转矩。堵转转矩与电枢电压成正比，即
T CTΦ U R
(10.4)
当控制电压Uc一定时，随着转矩T的增加，转速n成正比的下降，机械
特性为向下倾斜的直线，所以直流伺服电动机机械特性的线性度很好。当
10.7
nC U eΦ c CeC R TΦ2Tn0T
(10.2)
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
式中，
n0
Uc C e
——理想空载转速；
R ——斜率。 CeCTΦ 2
对上式应考虑两种特殊情况：当转矩为零时，电动机的转速仅与电枢电
压有关，此时的转速为直流伺服电动机的理想空载转速，理想空载转速与电
量，所以直流伺服电动机的电枢通常做成盘形
或空心杯形，使其具有转子轻、转动惯量小的
特点。
10.6
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电枢控制方式的直流伺服电动机的工作原理与普通的直流电动机相似。 当励磁绕组接在电压恒定的励磁电源上时，就会有励磁电流If流过，并在气隙 中产生主磁通Φ；当有控制电压Uc作用在电枢绕组上时，就有电枢电流Ic流过， 电枢电流Ic与磁通Φ相互作用，产生电磁转矩T带动负载运行。当控制信号消 失时，Uc= 0，Ic = 0，T = 0，电动机自行停转，不会出现自转现象。
控制一种方式。
电枢控制的主要优点为，没有控制信号时，
电枢电流等于零，电枢中没有损耗，只有不大
的励磁损耗。磁场控制的性能较差，其优点是
控制功率小，仅用于小功率电动机中。自动控
制系统中多采用电枢控制方式，因此本节只分 析电枢控制方式的直流伺服电动机。
为了提高快速响应能力，必须减少转动惯
图10.1 电枢控制方式的直流 伺服电动机
第10章 控 制 电 机
第10章 控制电机
返回总目录
10.1
第10章 控 制 电 机
本章内容
•伺服电动机 •步进电动机 •测速发电机 •直线电动机 •自 整 角 机 •旋转变压器 •本 章 小 结 •习题与思考题
10.2
第10章 控 制 电 机
控制电动机主要应用于自动控制系统中，用来实现信号的检测、转换和 传递，作为测量、执行和校正等元件使用。功率一般从数毫瓦到数百瓦。
控制电动机种类繁多，本章主要介绍常用的控制电动机的基本工作原理。
10.3
Uc不同时，其斜率β不变，机械特性为一组平行线，随着Uc的降低，机械
特性平行地向下移动。
10.8
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
2) 调节特性 调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速随控制电压的变化关
系，即T为常数时的n = f(UK)。调节特性也称为控制特性。如图10.2(b)所 示。
10.5
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加
控制电压，而电枢绕组加恒定电压控制方式，
Uc
改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机 的转速与转向。可见，电磁式直流伺服电动机 Ic
有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式，
而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢
2. 控制特性 1) 机械特性 机械特性是指励磁电压Uf恒定，电枢的控制电压UK为一个定值时，电动 机的转速和电磁转矩T之间的关系，即Uf为常数时的n＝f(T)，如图10.2(a)所示。 已知直流电动机的机械特性是 式中 U、R、Ce、CT—分别表示n电枢CU电eΦ压、Ce电CRT枢Φ2回T路的电阻、电动(10势.1常) 数和转矩常数。 在电枢控制方式的直流伺服电动机中，控制电压Uc加在电枢绕组上，即 U=Uc，代入式(10.1)，得到直流伺服电动机的机械特性表达式为
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机，它能把接受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，具有服从控制信号的要求而动作的功能：在信 号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转 子能即时停转。由于这种“伺服”的性能因此命名。
自动控制系统对伺服电动机的基本要求是： (1) 宽广的调速范围，机械特性和调节特性均为线性。 (2) 快速响应性能好，即机电时间常数要小，在控制信号变化时，能迅速 地从一种状态过渡到另一种状态。 (3) 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。 (4) 无自转现象。所谓自转现象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零 时继续转动的现象；无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机立即自行 停转。 按伺服电动机的控制电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流 伺服电动机两大类。直流伺服电动机的输出功率可达数百瓦，主要用于功率较 大的控制系统。交流伺服电动机的输出功率较小，一般为几十瓦，主要用于功 率较小的控制系统。
10.4
第10章 控 制 电 机
一般的直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，按照励磁方 式的不同，可分为电磁式和永磁式。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁电 流通过励磁绕组产生，一般多用他励式励磁。永磁式直流伺服电动机的磁场 由永磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流。 直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁场控制。所谓电枢控 制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时， 电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电 动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电动机就反转；控制电压为零， 电动机就停转。电枢控制方式的直流伺服电动机如 图10.1所示。 电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加控制电压，而电枢绕组加恒定 电压控制方式，改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 可见，电磁式直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式， 而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢控制一种方式。
枢电压成正比，即
n
n0
U CeΦ
(10.3)
当转速为零时，电动机的转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转
转矩。堵转转矩与电枢电压成正比，即
T CTΦ U R
(10.4)
当控制电压Uc一定时，随着转矩T的增加，转速n成正比的下降，机械
特性为向下倾斜的直线，所以直流伺服电动机机械特性的线性度很好。当
10.7
nC U eΦ c CeC R TΦ2Tn0T
(10.2)
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
式中，
n0
Uc C e
——理想空载转速；
R ——斜率。 CeCTΦ 2
对上式应考虑两种特殊情况：当转矩为零时，电动机的转速仅与电枢电
压有关，此时的转速为直流伺服电动机的理想空载转速，理想空载转速与电
量，所以直流伺服电动机的电枢通常做成盘形
或空心杯形，使其具有转子轻、转动惯量小的
特点。
10.6
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电枢控制方式的直流伺服电动机的工作原理与普通的直流电动机相似。 当励磁绕组接在电压恒定的励磁电源上时，就会有励磁电流If流过，并在气隙 中产生主磁通Φ；当有控制电压Uc作用在电枢绕组上时，就有电枢电流Ic流过， 电枢电流Ic与磁通Φ相互作用，产生电磁转矩T带动负载运行。当控制信号消 失时，Uc= 0，Ic = 0，T = 0，电动机自行停转，不会出现自转现象。
控制一种方式。
电枢控制的主要优点为，没有控制信号时，
电枢电流等于零，电枢中没有损耗，只有不大
的励磁损耗。磁场控制的性能较差，其优点是
控制功率小，仅用于小功率电动机中。自动控
制系统中多采用电枢控制方式，因此本节只分 析电枢控制方式的直流伺服电动机。
为了提高快速响应能力，必须减少转动惯
图10.1 电枢控制方式的直流 伺服电动机
第10章 控 制 电 机
第10章 控制电机
返回总目录
10.1
第10章 控 制 电 机
本章内容
•伺服电动机 •步进电动机 •测速发电机 •直线电动机 •自 整 角 机 •旋转变压器 •本 章 小 结 •习题与思考题
10.2
第10章 控 制 电 机
控制电动机主要应用于自动控制系统中，用来实现信号的检测、转换和 传递，作为测量、执行和校正等元件使用。功率一般从数毫瓦到数百瓦。