步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形
第四章 三相异步电动机 一、 填空（每空1分） 1. 如果感应电机运行时转差率为s ，则电磁功率，机械功率和转子铜耗之间的比例是 2:P :e Cu P p Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50Hz ，50Hz ，50sHz ，50sHz 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，1Hz ， 720r/min ，2Hz 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。
交流伺服电机的工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 4. 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧 只瘮或摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。 到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000 r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足
电机知识学习总结 1基本知识介绍 1.1直流、单相交流、三相交流 1.2交流下有“同步和异步”的区别 同步异步指的是转子转速与定子旋转磁场转速是同步（相同）还是异步（滞后），因而只有交流能产生旋转磁场，只有交流电机有同步异步的概念。 同步电机——原理：靠“磁场总是沿着磁路最短的方向上走”实现转子磁极与定子旋转磁场磁极逐一对应，转子磁极转速与旋转磁场转速相同。特点：同步电机无论作为电动机还是发电机使用，其转速与交流电频率之间将严格不变。同步电机转速恒定，不受负载变化影响。 异步电机——原理：靠感应来实现运动，定子旋转磁场切割鼠笼，使鼠笼产生感应电流，感应电流受力使转子旋转。转子转速与定子旋转磁场转速必须有转速差才能形成磁场切割鼠笼，产生感应电流。 区别：（1）同步电机可以发出无功功率，也可以吸收；异步电机只能吸收无功。（2）同步电机的转速与交流工频50Hz电源同步，即2极电机3000转、4极1500、6极1000等。异步电机的转速则稍微滞后，即2极2880、4极1440、6极960等。（3）同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。同步电动机可以用以改进供电系统的功率因素。 同步电机无法直接启动：刚通电一瞬间，通入直流电的转子励磁绕组是静止的，转子磁极静止；定子磁场立即具有高速。假设此瞬间正好定子磁极与转子磁极一一对应吸引，在定子磁极在极短的时间内旋转半周的时间之内，会对转子产生吸引力，半周之后将会产生排斥力。由于转子有转动惯量，转子不会转动起来，而是在接近于0的速度下左右震动。因此同步电机需要鼠笼绕组启动。转速差使其产生感应电流，而感应电流具有减小转速差的特性（四根金属棒搭成井形，内部磁场变密会减小面积，变疏会增加面积，阻止其变化趋势），因而会使转子转动起来，直到感应电流与转速差平衡（没有电流就不会有力，因而不会消除转速差，猜测与旋转阻力有关）。 1.3永磁、电磁、感磁（构成定子、转子） 永磁——永磁铁 电磁——通电线圈 感磁——无电闭合绕组、鼠笼 永磁和电磁大多数情况下可以互换，感磁需要有旋转磁场的场合才能用，在三相同步电机中经常作为启动与电磁/永磁共用于转子。 1.4有刷无刷 电机有刷和无刷对电机结构影响很大，刷指的是转子通电时的电刷换向器、或者滑环。
摘要： 电机：也称电动机（俗称马达），是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电动机被广泛应用的推动力来自直流电动机的问世，在1870年时比利时的工程师格拉姆发明了这种实用机械，并把它大量制造出来，而后还不断的对电动机的效率进行提高。电动机的另一个研究单位德国西门子也在努力研究，几乎也是在格拉姆成功的同一时间，西门子推出了电机车，这个不烧油的车在柏林工业展览会上获得一片喝彩声。交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的，最早的交流电动机根据电磁感应原理设计，结构比起直流电动机更为简单，同时也比起只能使用在电车上的直流电动机用途更广泛，它的发明让电动机真正进入了家庭电器领域。交流电动机问世之后，同步电动机、串激电动机、交流换向器电动机等也逐步被人们发明出来，并投入实际的生产，为人们的生活提供更多便利。电动机的发明和应用对人类来说具有极大的意义，可以说它为人类生活带来了翻天覆地的变化。 关键字：电动机分类原理应用 第一章电动机的分类 1.1 电动机的分类 电动机按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。其中交流电机还可分：同步电机和异步电机。同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。如图一
电机分类及选型 一、电机分类： 电机是发电机和电动机的统称。其中发电机分为三相同步发电机和单相同步发电机。而电动机分为同步电动机和异步电动机。并且异步电动机更加广泛使用。异步电动机又分为：三相异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机还分为铸铁壳和铝壳两种，一般铸铁居多（标注字母Y、Y2、AS、JO2、JW、YS），铝壳较少（标注字母MS）。单相异步电动机包含有：1.单相电容起动异步电动机:YC(CO2)、JY、MC（铝壳）；2.单相电阻起动异步电动机:YU(BO2)、JZ 、MU(铝壳)；3.单相电容运转异步电动机:YY(DO2)、MY(铝壳)；4.单相双值电容异步电动机:YL、ML(铝壳)；5.罩极电动机。 二、电机主要性能对比：
三、电机型号命名： Y 2 100 L 2 — 4 系第中机铁极 列二心座心数 代次高长长 号设 计 1、系列代号: Y 2、设计代号: 2为第二次设计(改进) 1 为第一次设计 3、中心高H:从电机轴伸中心轴线至底脚平面的高度。按标准有：56、63、71、80、90、100、112、132、160、180、225、280、315及以上(中型电机) 4、机座长（L）:按长短分S—短、M—中、L—长 5、铁心长:1—短、功率小；2—长、功率大 6、极数:影响电机转速。约：2极—2850r/min 4极：1450r/min 6极—930r/min 8极：720r/min 四、电机主要性能指标： 效率η:输出功率/输入功率0.4～0.9 功率因素:Cosφ0.6～0.98 起动转矩:0.5～3.0 起动电流:起动电流/额定电流=4～7倍 最大转矩:1.6～2.2倍 最小转矩:大于1.2倍
安徽新闻出版职业技术学院教案 科目电机与拖动技术基础年级15 包装自动化技术 1 班任课教师付学敏第 4 章三相异步电动机 课 题 1、知识方面：了解三相异步电动机的基本结构、理解工作原理、电磁转矩和机械特教 性，理解起动、调速、制动方法。 学 2、德育方面：科学技术就是生产力。 目 3、技能方面：识别三相异步电动机的基本结构。 的 重三相异步电动机的感应电动式和磁动势 点三相异步电动机的工作原理 难三相异步电动机的工作特性 点 挂（ a）简化的三相绕组分布图 图（ b）按星形连接的三相绕组接通三相电源 或（ c）三相对称电流波形图 实（ d）两极绕组的旋转磁场 验 用 具 作 业
本 课 小 结 安徽新闻出版职业技术学院教师专用纸
导入：三相异步电动机结构简单、制造方便、坚固耐用、维护容易、运行效率高、工作特性好；和同容量的直流电动机相比，异步电动机的 重量约为直流电动机的一半，其价格仅为直流电动机的 l/3 左右；而且异步电动机的交流电源可直接取自电网，用电既方便又经济。所以大部 分的工业、农业生产机械，家用电器都用异步电动机作原动机，其单机容量从几十瓦到几千千瓦。我国总用电量的 2/3 左右是被异步电动机消耗掉 的。 教三相异步电动机的基本结构与工作原理 学过程一、基本结构 三相异步电动机主要是由定子部分（静止的）和转子部分（转动的）两大部分组成，定、转之间是空气隙。另外还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。 （一）异步电动机的定子结构 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。 1.机座 异步电动机的机座主要是固定和支撑定子铁心和绕组。中小型电机 一般采用铸铁机座、大中型电机采用钢板焊接的机座。电机损耗变成的 热量主要通过机座散出，为了加强散热面积，机座外部有很多均匀分布 的散热筋。机座两端面上安装端盖，端盖支撑转子，保持定、转子之间 的气隙值。 2.定子铁心 定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心 的铁损耗，定子铁心用厚的硅钢冲片叠成，硅钢片两面还应涂上绝缘漆，用以降低交变磁通在铁心中产生的涡流损耗。在定子铁心内圆上开有 槽，槽内放置定子绕组 ( 也叫电枢绕组 ) 。 3.定子绕组 异步电机的定子绕组是电动机电路部分。小型异步电动机定子绕组 通常由高强度漆包圆线绕成线圈嵌入铁心槽内；大、中型电机使用矩形 截面导线预先制成成型线圈，再嵌入槽内。每相绕组按一定规律连接，
交流电动机的工作原理 目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。 一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C 相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。??? 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 三.同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子如图1所示，从图中可看出来，它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并
电动机类型及特点 一、同步电机与异步电机区别：（均属交流电机） 结构：同步电机和异步电机的定子绕组是相同的，主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组，所以需要外加励磁电源，通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流（又称感应电机）。相比之下，同步电机较复杂，造价高。 应用：同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机效率较异步电机稍高，在2000KW以上的电动机选型时，一般要考虑是否选用同步电机。 二、单相异步电动机与三相异步电动机： 单项电动机：当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。通常根据电动机的起动和运行方式的特点，将单相异步电动机分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动和运转异步电动机、
单相罩极式异步电动机五种。 区别：三相异步电动机采用380V三相供电，单相电机是用220V的电源，而且都是小功率的，最大只有2.2KW 。相比于同转速同功率的三相电机，单项电机的效率低、功率因数低、运行平稳性差、且体积大，成本高，但由于单相电源方便，且调速方便，因此广泛用于电动工具、医疗器械、家用电器等。 三、无刷直流电机 1、无刷直流电机： 无刷直流电机是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机。无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机。直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成，在电动机内装有位置传感器检测电动机转子的极性，驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 特点： ●全面替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速； ●具有传统直流电机的所有优点，同时又取消了碳刷、滑环结构； ●可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载； ●体积小、重量轻、出力大； ●转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；
第四章交流电机理论基础 4.1 交流绕组与直流电枢绕组的根本区别是什么？ [答案] 4.2 构成交流电枢绕组并联支路的理想条件有哪些？ [答案] 4.3 产生脉振磁动势和产生圆形磁动势的条件各有哪些？ [答案] 4.4 将对称三相绕组接到三相电源的三个接线头对调两根后，其旋转磁动势的转向是否会改变？ [答案] 4.5 一台频率为50Hz的三相电机，通入频率为60Hz的三相对称电流，如电流的有效值不变，相序不变，试问三相合成基波磁动势的幅值，转速和转向是否会改变？ [答案] 4.6 a、b两相绕组，其空间轴线互成90o电角度，每相基波的有效匝数为Nk N1 (两相绕组都相同)，绕组为p对极，现给两相绕组中通以对称两相交流电流，即 试求绕组的基波合成磁动势及三相谐波合成磁动势的表达式f1(θ, t) 和f3(θ, t) ，写出两者的振幅计算式，并分别指出磁动势的转速及转向如何？ [答案]
4.7 三相对称交流定子绕组通入三相对称非正弦波电流，设此非正弦波电流包含有基波及3、5、7等奇次谐波分量，试分析分别由3、5、7次谐波电流所产生的三相合成磁动势基波和3、5、7次谐波的转速和转向。 [答案] 4.8 有一台汽轮发电机，定子槽数Z=36，极数2p＝2，采用双层叠绕绕组，节距y1＝14，每个线圈匝数N c＝1，并联支路数a＝1，频率为50Hz。每极磁通量Φ1＝2.63Wb。试求： (1) 导体电势E c1； (2) 匝电势E t1； (3) 线圈电势E y1； (4) 线圈组电势E q1； (5) 相电势E 1。 [答案] 4.9 一台三相交流异步电动机，定子采用双层短距叠绕绕组，Y联结，定子槽数Z＝48，极数2p＝4，线圈匝数N c＝22，节距y1＝10，每相并联支路数a＝4，定子绕组相电流I=37A，f＝50Hz，试求： (1) 一相绕组所产生的磁动势波； (2) 三相绕组所产生的合成磁动势波。 [答案] 4.10 一台三相六极交流对称定子绕组，在A、B、C相绕组中分别通以三相对称电流i A=10cosωt A；i B＝10cos(ωt-2π/3) A；i C＝10cos(ωt-4π/3) A，试求： (1) 当i A＝10 A时，三相合成磁动势基波的幅值的位置； (2) 当i B＝10 A时，三相合成磁动势基波的幅值的位置； (3) 当i A从10 A下降至5 A时，基波合成磁动势在空间转过多少圆周? [答案]
电动机的基本结构及工作原理 交流电机分异步电机和同步电机两大类。异步电机一般作电动机使用，拖动各种生产机械作功。同步电机分分为同步发电机和同步电动机两类。根据使用电源不同，异步电机可分为三相和单相两种型式。 一、异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子两部分组成。因转子结构不同又可分为三相笼型和绕线式电机。 1、三相异步电动机的定子： 定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场以驱动转子旋转。定子铁心是电动机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由0.35～0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成圆筒形状，安装在机座内。定子绕组是电动机的电路部分，安嵌安在定子铁心的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种。一般小型异步电机采用单层绕组。大中型异步电动机采用双层绕组。机座是电动机的外壳和支架，用来固定和支撑定子铁心和端盖。 电机的定子绕组一般采用漆包线绕制而成，分三组分布在定子铁心槽内（每组间隔120O），构成对称的三相绕组。三相绕组有6个出线端，其首尾分别用U1、U2；V1、V2；W1、W2表示，连接在电机机壳上的接线盒中，一般3KW以下的电机采用星形接法（Y接），3KW以上的电机采用三角形接法（△接）。当通入电机定子的三相交流电相序改变后，因定子的旋转磁场方向改变，所以电机的转子旋转方向也改变。 2、三相异步电动机的转子：
转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子的作用是产生感应电动势和感应电流，形成电磁转矩，实现机电能量的转换，从而带动负载机械转动。转子铁心和定子、气隙一起构成电动机的磁路部分。转子铁心也用硅钢片叠压而成，压装在转轴上。气隙是电动机磁路的一部分，它是决定电动机运行质量的一个重要因素。气隙过大将会使励磁电流增大，功率因数降低，电动机的性能变坏；气隙过小，则会使运行时转子铁心和定子铁心发生碰撞。一般中小型三相异步电动机的气隙为0.2～1.0mm，大型三相异步电动机的气隙为1.0～1.5mm。 三相异步电动机的转子绕组结构型式不同，可分为笼型转子和绕线转子两种。笼型转子绕组由嵌在转子铁心槽内的裸导条（铜条或铝条）组成。导条两端分别焊接在两个短接的端环上，形成一个整体。如去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，由此而得名。中小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝转子，即把熔化了的铝浇铸在转子槽内而形成笼型。大型电动机采用铜导条；绕线转子绕组与定子绕组相似，由嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组构成，绕组作星形形联结，三个绕组的尾端连结在一起，三个首端分别接在固定在转轴上且彼此绝缘的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻相连，用于起动或调速。 3、三相异步电动机的铭牌： 每台电动机上都有一块铭牌，上面标注了电动机的额定值和基本技术数据。铭牌上的额定值与有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的依据。下面对铭牌中和各数据加以说明： 型号异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特殊环境代号等。产品代号表示电动机的类型，用汉语拼音大写字母表示；设
(一) P M S M 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 (2)d/q 轴磁链方程： 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。 (3)转矩方程： 把它带入上式可得: 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq ，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为： 这里，t k 为转矩常数，32 t f k p ψ=。 (4)机械运动方程： 其中，m ω是电机转速，L T 是负载转矩，J 是总转动惯量(包括电机惯量和负载惯量)，B 是摩擦系数。 (二) 直线电机原理 永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图1为其转变过程。
第四章 三相异步电动机 一、 填空（每空1分） 1. 如果感应电机运行时转差率为s ，则电磁功率，机械功率和转子铜耗之间的比例是 2:P :e Cu P p Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50Hz ，50Hz ，50sHz ，50sHz 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ) 5. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ， 2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转 矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 6. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 ，1Hz ， 720r/min ，2Hz 7. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 8. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 9. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 10. . 11. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁
习题及思考题 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，满载时电动机的转 差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min. 转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反 转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设在额定负 载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min
④ 转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤ 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4 当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增 加？ 因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被 磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,。定子的感 应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高。 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的 转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小。 转速不变。 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法。 ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm 型号 P N /k W U N /V 满载时 I st /I N Tst /T N T max /T N n N /r ·min -1 I N /A ηN ×100 cos φ Y132S-6 3 220/ 380 960 12.8/7.2 83 0.75 6.5 2.0 2.0
交流电机基础理论 常用的交流电动机有三相异步电机（感应电机）和同步电机。 异步电机可用于一般场所和无特殊性能要求的各种机械设备；同步电机既可作发电机使用，也可作电动机使用。 Y 系列三相异步电机 三相稀土永磁同步电机 4.1 交流电机基础理论 电磁场理论 4.1.1 交流电机的基本工作原理 原理： 基于定子旋转磁场（定子绕组内三相电流所产生的合成磁场）和转子电流 （转子绕组内的感应电流）的相互作用。
工作原理 定子绕组与电源的连接 4.1.2 交流电机的基本电路分析 由于转子转速不等于同步转速，把转速差（n0－n）与同步转速n0的比值称为 异步电动机的转差率，用S表示，即 三相异步电动机的结构 按结构分类： 鼠笼式异步电动机：结构简单，坚固，成本低。 绕线式异步电动机：通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。 4.2.1 三相异步电动机的基本结构 定子 定子由铁心、绕组与机座三部分组成。定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的。 定子绕组是电动机的电路部分由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边分别放在两个槽里。三相对称绕组AX，BY，CZ可连接成星型或三角形。
机座主要用于固定与支撑定子的铁心。 转子 转子有铁心与绕组组成。 异步电动机的转子绕组有鼠笼式、线绕式。 4.3.1 定子电路分析 定子由铁心、绕组与机座三部分组成；定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的。定子绕组是电动机的电路部分，由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边分别放在两个槽里。三相对称绕组AX，BY，CZ可连接成星型或三角形。 定子每相绕组中产生的感应电动势为： 有效值为： 定子电动势或电流的频率：
三相异步电动机的工作原理及特性 1 三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。2．三相异步电动机的转动原理 1）．基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。 图5-2 三相异步电动机工作原理 (1)．演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。 (2)．现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。 转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。 (3)．结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。
1).三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子构成,定子和转子之间有气隙. (1)定子 定子由铁心,绕组,机座三部分组成. 铁心由0.5mm 的硅钢片叠压而成; 三相绕组连接成星形或三角形; 机座一般用铸铁作成,主要用于固定和支撑定子铁心. (2)转子 转子由铁心和绕组组成. 转子同样由硅钢片叠压而成,压装在转轴上; 转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种. 线绕式异步电动机还有滑环,电刷机构. 2).三相异步电动机的工作原理 1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的转速称之为同步转速; (2)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势; (3)转子绕组中感生电流; (4)转子电流在旋转磁场中产生力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了. 电动机的转速达不到旋转磁场的转速,否则,就不能切割磁力线,就没有感应电势,电动机就停下来了.转子转速与同步转速不一样,差那么一些,称之为异步. 设同步转速为no,电动机的转速为n,则转速差为 ; no-n; 电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S,S 是分析异步电动机运行情况的主要参数,且可得异步电动机的转速方程式为: 异步电动机的调速方法主要有三种:变磁极对数p;变转差率S;变频率f. 电动机启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、Y-△起动、软起动器、变频器。 1、全压直接起动： n n n S -=p f n 600=)1(60S p f n -=
第四章三相异步电动机 一、填空(每空1分) 1.如果感应电机运行时转差率为,则电磁功率,机械功率与转子铜耗之间得比例就是 = 。 答 2.★当三相感应电动机定子绕组接于得电源上作电动机运行时,定子电流得频率为 ,定子绕组感应电势得频率为 ,如转差率为,此时转子绕组感应电势得频率 ,转子电流得频率为。 答 50Hz,50Hz,50sHz,50sHz 3.三相感应电动机,如使起动转矩到达最大,此时= ,转子总电阻值约为 。 答 1, 4.★感应电动机起动时,转差率 ,此时转子电流得值 , ,主磁通比,正常运行时要 ,因此起动转矩。 答 1,很大,很小,小一些,不大 5.★一台三相八极感应电动机得电网频率,空载运行时转速为735转/分,此时转差率为 ,转子电势得频率为。当转差率为0、04时,转子得转速为 ,转子得电势频率为。 答 0、02,1Hz, 720r/min,2Hz 6.三相感应电动机空载时运行时,电机内损耗包括 , , ,与 ,电动机空载输入功率与这些损耗相平衡。 答定子铜耗,定子铁耗,机械损耗,附加损耗 7.三相感应电机转速为,定子旋转磁场得转速为,当时为运行状态;当时为运行状态;当与反向时为运行状态。 答电动机, 发电机,电磁制动 8.增加绕线式异步电动机起动转矩方法有, 。 答转子串适当得电阻, 转子串频敏变阻器 9.★从异步电机与同步电机得理论分析可知,同步电机得空隙应比异步电机得空气隙要 ,其原因就是。 答大,同步电机为双边励磁 10.★一台频率为得三相感应电动机,用在频率为得电源上(电压不变),电动机得最大转矩为原来得 ,起动转矩变为原来得。 答 , 二、选择(每题1分) 1.绕线式三相感应电动机,转子串电阻起动时( )。 A 起动转矩增大,起动电流增大; B 起动转矩增大,起动电流减小; C 起动转矩增大,起动电流不变; D 起动转矩减小,起动电流增大。 答 B 2.一台50三相感应电动机得转速为,该电机得级数与同步转速为( )。 Ａ４极,; Ｂ６极,;
电机的分类和应用 众所周知，电机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移;尤其是对电机的速度、位置、转矩的精确控制。但电机根据不同的应用会有不同的设计和驱动方式，咋看下好像选型非常复杂，因此为了人们根据旋转电机的用途，进行了基本的分类。下面我们将逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电机——控制电机和功率电机以及信号电机。 控制电机 控制电机主要是应用在精确的转速、位置控制上，在控制系统中作为“执行机构”。可分成伺服电机、步进电机、力矩电机、开关磁阻电机、直流无刷电机等几类。 1. 伺服电机 伺服电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。一般地，伺服电机要求电机的转速要受所加电压信号的控制;转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;转矩能通过控制器输出的电流 进行控制;电机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。
伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电机是一般的直流电机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电机。当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无刷电机。 2. 步进电机 所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目前，比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。