机电传动控制(完整版)(完整资料).doc

【最新整理，下载后即可编辑】
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
河北科技大学教案用纸第 1 次课 2 学时
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－（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
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
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.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
T T J
d dt k dn
dt M
L
- = = ω
Tm 电机的输出扭矩 TL 电机的负载扭矩 ω 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Tm>TL 时，加速 当Tm<TL 时，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，TL ＝C 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
M n T m
T L 升
M
n
T m T L
降
§2.3.2 离心风机特性
特点：Tc=cn 2与转速平方成正比
§2.3.3 直线型特性 特点:TL ＝cn
§2.3.4 恒功率型特性 特点:TL ＝c/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TL ＝f(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TL ＝Tm 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
T L
n
T L
n
a b 1
2
3
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n ↑Tm<TL 当n ↓Tm>TL 由运动方程看 T T J
d dt
M L -==ω0 当干扰使n ↑时,干扰消除后希望n ↓这时如Tm-TL<0则负加速 当干扰使n ↓时,干扰消除后希望n ↑这时如Tm-TL>0则正加速
例：a,b 两点
a 点，当n ↑时 Tm ↓—Tm'
当干扰消除后由于在n'处Tm-TL<0,所以n ↓
b 点，当n ↑时 Tm ↑—Tm''
当干扰消除后由于在n''处Tm-TL>0,所以n ↑到n'''直到a 点处平衡
a b
n
n'T L
T m
'T m
''n''
河北科技大学教案用纸第 2 次课 2 学时
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E ＝Ke Φn 当有负载R L 时，就产生电流I >这时， E ＝Ke Φn 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 T ＝Km ΦIa > 电枢转动后，切割磁力线产生反电势 E ＝Ke Φn > 当n 到一定值后， Ia=（U-E ）/Ra 满足T 后稳定下来。

注: 在发电机中 E ＝Ke Φn 是输出电势 当Ia 0时， T ＝Km ΦIa （负载转矩）为原动机负载,既Ia 为负载 在电动机中 Tm ＝Km ΦIa 为输出动力 Em ＝Ke Φn 为反电势 当Tm 大 n ↑ [T M -T L =J(d ω/dt)] E M ↑ (U-E M )↓ Ia=(U-E M )/Ra ↓ T M ↓ T M 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U f , I f
所以负载电流I ＝电枢电流Ia 2. 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）
If 大时， 弯曲（开始饱和） If 更大， 平直（饱和，Φ不变） 3. 外特性曲线
当发电机转速（n ）和励磁（Φ）不变时，输出电压（U ）与负载电流(I)之间的关系曲线
注：当Ia ↑RaIa ↑U=E-IaRa ↓
§3.2.2并励发电机
1.电原理图： 由于I f <<I 所以Ia ≈I
2.电压建立过程
由于事先没有励磁电压U 所以I f ＝0
当电枢转动时，没有磁场所以不会产生E 。

并励发电应满足以下几个条件
（1）在磁极上有剩磁（弱的磁场）当n ↑ 产生一个小E 产生一个小If
（2）励磁磁场与剩磁场的方向相同 电压建立起来
（3）Rf 不能太大 两方面， 一方面是线圈电阻，一是外接电阻
3. 并励发电机的工作点 一方面是空载曲线
一方面是是励磁电流曲线 共同决定 当饱和弯曲后产生交点 4. 外特性
与他励一样，但由于U ↓If ↓所以所以U ↓得多 §3.2.3 复励发电机 1.电原理图
并励I fb =U/R fb
串励I
f
＝Ia
当I↑,Ia↑,U=E-IaRa↓,If=U/Rfb↓, ф↓
ф↑,U↑
所以，复励发电机在一定的工作范围内外特性比较平坦
§3.3 直流电动机的机械特性
直流电动机由分为他励、并励、串励和变励
§3.3.1他励电动机的机械特性
>电原理图
由电路原理公式，推导出
说明：n
与输出转扭T无关所以称为理想
空载转速; 而Δn反映负载
对转速的影响,是负载引起的转速误
差
>机械特性:
（I
f
）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:
β＝dT/dn
对于电机按值分类如下:
绝对硬度β=∞
硬β≥10
软β＜10
三种在生产中都有应用
>机械特性分固有机械特性和人为机械特性固有：在额定条件下（n）与(T)的关系I f
M
I a
E
_
n U
KeΦ-
＝
Ra KeKtΦ２
T
＝n0 -Δn
等
由
（二）人为机械特性
1. 电枢串电阻 由：
这时n 0 不变，而Δn 则增加，特性如图 2.改变电压时（U ）
这时n 0受电压变化而改变，而Δn 如图
3.改变磁通
由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ 由
>当Φ下降时n 0上升,同时Δn 也增加 >当太小时反电势 E=Ke Φn >当T L 大时 Ia=(U-E)/Ra 烧坏
>当T L 小时 E=Ke Φn 因为Φ所以n ↑ 飞车 >所以Φ↓不能太多
（并励比较人为特性降压时U ）
T
n 0 U
Ke Φ
＝ n 0T T
n 0
n U Ke Φ
- ＝ Ra KeKm Φ２
T n U K e Φ - ＝ Ra K e K t Φ２
T
n U K e Φ - ＝ Ra+ K e K t Φ２
T
§3.3.2串励电动机
这时Ia=If从而有
1. 当T↓因为If=Ia也小（T＝KmΦIa）
2. 当T↑大时If=Ia↑；Φ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
+
T
第 3 次课 2 学时
§3.4 直流他励电动启动特性
1. 电动机的启动就是使n 从0→n N 的过程 启动初期 n=0; E=Ke Φn=0（反电动势） 这时： Ia=(U-E)/Ra ≈U/Ra 一般Ra （电枢直流电阻）很小，以减小工作中的损耗和发热（Ia 2Ra 是发热量）
所以这时Ia 将很大,达10--20I N 结果可能会引起 （1）换向器打火
（2）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）
当启动时KM 断，这时从T st 开始按a 变化当到T L 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
如图所示
§
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）
例如：自行车调整变速器（变速比）
如图所示:当T
L
→T
L
'时这时速度变化
n→n'
由于电动机有:
当T不变时，影响的参数有U, Φ, 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
在电枢回路中串联电阻R
d
由图可知：当R↑时n↓（T
L
不变）
特点：1、当R↑时β↓机械特性变软
2、T
L
越小,Δn（速度变化）越小
n U
K eΦ
-
＝
Ra+
R K e K tΦ２
T
'
不同T L ,调速范围不一样
3、电阻耗能大（发热）
由于Ia 比较大，当R ↑时I 2R ↑
4、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） 一般不常用这种方式 二、变电枢电压调速 当U 改变时，n 0变
当T 不变时,U →U' n →n'
特点：1、当U 改变时，引起n 0变化这时Δn 不变
所以β不变，是一组平行线2、不同的T L 时，调速范围一样（Δn ） 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I f 由于磁路已饱和（额定φΝ处）I f ↑时φ不变,所
以只能在<φΝ的范围内调节,即弱磁调速
特性如图： 当φ↓时,n 0↑,Δn ↑ 特点：1速,调速范围在额定n Ν之上 2、φ↓,引起机械特性变弱β↓
3、调速范围不大,受电机的允许最高转速限制（机械，换向器等）
4、适用于恒功率调节
由于φ↓使E F ↓,(U- E F )/Ra=Ia ↑,T ↑,n ↑, E F ↑, Ia ↓,（U Ia ＝
P 不变）恒定
L n n'
T
§3.6直流他励电动机的制动特性
拖动(电动): 驱动负载运动(工作) 制动: 制止负载运动(减速) 自然停车: 断电后自然停止
制动的用途: 快速停车,与位能转矩平衡,精确定位. 分类: 反馈制动,反接制动,能耗制动. 3.6.1反馈制动
原理:当电动机工作在反馈制动状态时,n>n 0,位于二四相限T M 反方向 n=n 0+Δn
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)
3.6.3能耗制动
原理: 枢断电后,n 不为0时,产生Ia,及特点: 举例:
R2
第 4 次课 2 学时
河北科技大学教案用纸
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 >同步电动机：特性绝对硬β→∞,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
假设有一个旋转磁场来分析
如图中N 、S 的磁场以n 0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定方向）
>它与n 0方向相同,使转子转动起来 >在转子转动中，n 比n 0小
原因：转子力矩Tm ＝Km φI Z 其中φ为旋转磁场磁通φ
转子电流I Z =e Z /R Z 其中R Z 为转子电阻φ
转子电势e Z =Ke φΔn 其中Δn= n 0-n 转子线圈切割磁 力线的相对转速
当n = n 0时，e Z =0, I Z =0 ,Tm ＝0
> n 0称为理想空载转速（同步转速） >实际由于Tm 不等于0;所以n < n 0
>由以上分析可知Δn= n 0-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=(n 0-n)/ n 0
>对于一般的异步电机（笼型）转子电阻R Z 很小所以只需不大的S 就能产生大的I Z 和Tm
>为0.015～0.06比较小
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） 对于三相绕组中的电流也差120如图
由图分析当电角度ωt ＝0时的合成磁场方向为0 i A =Isin(
ωt): i Β
=Isin(ωt+120): i C =Isin(ωt+240)
当ω
t ＝0 i A =0; i Β=-A; i C =A 磁场位置0度 当ωt ＝60 i A =A; i Β=-A; i C =0 磁场位置转60度
当ωt ＝120 i A =A; i Β=0; i C =-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。

X
X
X
X
>对于ABC
旋转（请同学自己分析）作业
>
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p＝1
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=3000{r/min}
2、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ωt＝0时, 磁场方向0度
ωt =60时, 磁场方向30度
ωt=120时, 磁场方向60度
这时有两对N、S磁极既p＝2
当ωt转φ磁场转φ/2
所以这时磁场旋转速度=60f/2=1500{r/min}
注：由于A、B、C的各相空间夹角为60=120/2
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p＝2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n
2极（p＝1）n
＝3000（）
＝1500（）
4极（p＝2）n
＝1000（）
6极（p＝3）n
＝750 （）
8极（p＝4）n
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（Δ）
对于星形Y 对于Δ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Ｙ接法
电机绕组是380V时，应Δ接法
一般的铭牌都给出了接法及对应电压
如Y/Δ，380/220
Δ , 380V
§5.2三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 E 1=4.44f 1N 1Φ(切割旋转磁场产生) 定子电流频率f 1=f 电源频率 定子电压U ≈E 1 (不考虑漏磁) §5.2.2 转子电路分析 R2，X2
结论: 转子电流频率f 2=Sf 1
转子感应电动势有效值 E 2=4.44f 2N 2Φ=4.44Sf 1N 2Φ 切割旋转磁场速度 Δn=n 0-n 启动时 S=1 E 20=4.44Sf 1N 2Φ=4.44f 1N 2Φ 常数 E 2=SE 20
转子感抗 X 2=2πf 2L 2=2πSf 1L 2 启动时S=1 X 20=2πSf 1L 2=2πf 1L 2(最大) 转子功率因数COS φ2=R/ 当n=0时 C OS φ2最大 当n=n N 时 COS φ2最小 §5.2.3额定值
1.型号：
2.额定功率: P Ｎ
3.额定电压: U Ｎ
4.额定频率: f Ｎ
5.额定电流: I Ｎ
6.额定转速: n Ｎ
7.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 COS φ2 11.额定效率 ηＮ
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 {P}N.M=9.55{P}W/{n}r/min 作业：5.1 5.2
§5.3三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T －n 的关系 §5.3.1三相异步电动转矩
一、转子电路功率因数COS φ2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COS φ2<1时，导线电流一边大一边小产生电磁扭矩 **（一般的笼型电机的转子电感比较小）
4、 三相异步电动转矩 §5.3.2三相异步电动的机械特性
可分为固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性
在额定条件下（电压、频率、接线方式）电机的固有T －n 特性曲
1、 2020T ＝0时（同步S ＝0） 称为理想空载工作点n= n 0
2、 T ＝T N 时S ＝S 额定工作点
这时 S N =(n 0- n N )/n 0 T N =9.55P N / n N
P N 为电机额定功率（W ） n N 电机额定转速（r/min ） S N 额定转差率S ＝0.06~0.015 3、T ＝Tst n ＝0（S ＝1） 启动工作点，这时
R2为转子电阻 X 20为转子静止电抗 U 电源电压（定子）
对于启动转矩Tst 受
（1）电源电压，U 影响较大，U 波动，T 平方关系变化 （2）转子电阻R 2合适 Tst 有较大值 （3）电感X 20大Tst 下降
一般用启动能力系数λst 来表示电动机启动能力的好坏 λst=Tst/T N （一般λst ≥ 1）
异步电机工作的条件是启动Tst ≥负载T L
4、当T ＝T max S ＝S m n=n m 临界工作点
这时T max ＝KU 2/2X 20 S m ＝R 2/X 20
由于T T max ∝U 2 所以电源波动对扭矩最大值影响很大 在电机工作过程中：负载变化（冲击）不能>T max 以过载能力系数λm 来表示
λm =T m /T N
一般鼠笼式为1.8~2.2 线绕式2.5~2.2 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 T max 下降Tst 下降 n 0 S m n m 不变 这时曲线变化如图右
2、定子电路串电阻电抗（感）
Tst=K
R 2U 2
R 22+X 202
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，n 0变化但由于X 1，X 20都变化
不能只改变f 一般使 U/f ＝Const 这时n c ∝f S m ∝1/f Tst ∝1/f Tmax 不变
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n ＝0 转子绕组切割磁力线的速度n 0-n= n 0 转子感生电动势E 大启动电流也大 达5～7倍 这时Cos φ不大 所以T st 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<20%变压器功率时（不频繁） 可以直接启动
2、当与照明合用时，应满足以下关系
启动电流 Ist /A 3 电源总容量/KVA
额定电流 I N /A 4 4×电动机功率/KW
（一般不允许电网电压下降5％） 直接启动的经验数据表5.1 二、电阻降压启动
在定子中串联电阻（或电抗器 贵） 过程：KM1合KM2断降压KM2合
由人为特性，可知当串电阻时，启动力矩下降很快（平方） 特点： （1）适用于空载启动（轻载）
（2）电阻耗能（电抗 器太贵，体积大） 三、Y －Δ启动
接线方法如图右 工作过程:
>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Δ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 工作过程：
≤ +
Tst = R 2U 2
K R 2+X 2
20
>KM1开，KM2，KM3合 变压器降压启动 >K ＝N 2/N 1
对于自耦变压器工作于降压方式时 >电压U 2＝KU 1
>电流I 1＝I 2－I ＝（K*I 2）：U 1/U 2=N 1/N 2=I 2/I 1=1/K 图示于单相的工作情况
>由于U2＝KU I 2＝K*I （I 为全压U 时的工作电流）
>这时，I 1＝K*I 2＝K 2*I （原边电流只有实际启动电流的K 2倍） >启动扭矩，T 2＝K 2Tst （因为：U2＝KU ，而 T ∝ U 2） 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、有一定的启动转矩（适用轻载）
6、用在不能Y －Δ启动的场合，（Y 形接法工作的电机）
河北科技大学教案用纸第 5 次课 2 学时
§5.4.2 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，Tm＝C，Sm＝改变
>由于（Cosφ
2
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，R2’＝R2＋R
A ＋R
B
所以，转子功率因数Cosφ
2
↑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：n＝0转子电流频率f
2=f
1
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↓f
2=Sf
1
↓所以E↓R
损
↓
3、当n=n
N 后f
2
很小E≈0 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Cos φ2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: n 0=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（n 0-n ）×f1/n 0
反向磁场在转子中产生的电流频率为（n 0+n ）×f1/n 0
>由于反向电流的频率高,所以X L 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f 2T 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。

§5.7.1 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
（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B －Y 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
C X Y
反转。

§5.8 同步电动机的工作原理、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Y225M－4型三相异步电动机。