交流异步测速发电机(第3章)
实验三 三相异步电动机空载、短路及负载实验
6)共取数据8～9组记录于表4-3中。
表4-3U1φ=U1N=220V（Δ）If=mA
序
号
I1L（A）
P1（W）
IF
(A)
T2
(N·m)
n
(r/min)
IA
IB
IC
I1L
PⅠ
PⅡ
≈
式中r1C是没有折合到75℃时实际值。
定、转子漏抗：
≈ ≈
(2)由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗
空载电阻
空载电抗
式中，P0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（Δ接法）。
激磁电抗
激磁电阻
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图4-2确定。
图4-2电机中铁耗和机械耗
4、作工作特性曲线P1、I1、η、s、cosφ1=f(P2)。
实验三三相异步电动机空载、短路及负载实验
一、实验目的
1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。
2、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、预习要点
1、异步电动机的工作特性指哪些特性？
2、异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？
3、工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目
1、空载实验。
2)合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。
3)合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值( 50mA或100mA)并保持不变。
4)调节负载电阻RL（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。
常用电机与控制—测速发电机
图 3 他励测速发电机接线图 直流测速发电机的主要特性也是输出电压正比转速。直流测速发电机的基本公式之 一是：
E＝TE·Φ·n 上式表明直流测速发电机的电动势 E 是正比于磁通Φ与转速 n 的乘积的。在他励测 速发电机中，如果保持励磁电压 U1 为定值，而磁通Φ也是常数；因此，E 正比于 n。 直流测速发电机的输出电压（即电枢电压）为：
常用电机与控制—测速发电机
在自动控制系统中，测速发电机一般用来测量和调节转速，或将它的输出电压反馈 到电子放大器的输入端以稳定转速。
测速发电机按电流种类可分为直流和交流两种。下面分别介绍交流测速发电机和直 流测速发电机的工作原理。
一、交流测速发电机 交流测速发电机分同步式和异步式两种，现以异步式发电机为例，介绍其工作原理。 它的定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组 1，另一个输出电压，称为输 出绕组 2；两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔 90°，其原理如图 1 所示。它的转 子一般为杯形转子，通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。此外，为了减少磁器的磁阻， 在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并联的导体 条组成，和鼠笼转子一样。
交流异步电动机原理
交流异步电动机原理
异步电动机是一种常用的电动机类型，具有简单结构、稳定性好、运行可靠等特点。
它的工作原理基于电磁感应现象。
异步电动机主要由定子和转子两部分组成。
定子上有若干组线圈，称为绕组，通以三相交流电流。
当电流通过绕组时，在定子内产生旋转磁场。
转子上具有导电材料形成的导条，处于磁场中就会受到电磁力的作用，从而引起转子旋转。
异步电动机的转速通常略低于同步转速，因为转子旋转的速度稍慢于旋转磁场的速度。
这种差异导致转子内部形成了旋转电场，进而在转子上产生感应电流。
这个感应电流会产生磁场，并与旋转磁场相互作用，最终使得转子开始旋转。
而转子在运动过程中，由于其导体的阻抗，感应电流不断减小，所以转子速度也会逐渐减小，直至与旋转磁场达到平衡转速。
异步电动机还有一个重要的特性是其启动特性好。
当三相电流加到电机的定子上时，该电动机会自动启动，而无需其他控制器。
由于异步电动机的工作原理较为简单，所以在各个行业和领域都得到了广泛应用，例如工厂、交通运输、家用电器等。
它能够提供可靠的动力输出，并且具有良好的经济性和适应性。
异步测速发电机的使用
当输出绕组接入负载Zn 后， 在绕组中就有电流I2 流过， 输出绕组的阻抗Z2就要对输出电压产生影响。 这时， 输出电压U2不等于电势E2， 而且电流I2也要产
生沿着输出绕组轴线方向的脉振磁通 2 ， 如图8 - 24 所示， 从而使原来转子在这个方向所产生的磁通2
发生改变， 这必然也会引起励磁绕组轴线方向的磁通
I2
E2
X
2 2
( R2
Rn
)2
(8 - 18)
图 8 - 26 输出绕组的去磁作用
图 8 - 27 负载与输出电压和相位移的关系
表 8 - 1 各种性质的负载对性能指标的影响
图 8 - 28 负载与线性误差关系
图 8 - 29 负载与相位误差关系
2 温度的影响
环境温度的变化和电机长时间工作的发热， 会使 定子绕组和杯形转子的电阻以及磁性材料的性能发生 变化， 这样就会对电机的性能产生影响， 使输出特性 不稳定。 例如当温度升高时， 由于电阻压降I1R1和I2R2 的增大及磁通Φ1和Φ2的减小， 就会使输出斜率下降。 又从图8-9和图8 - 25(a)中可以看出， 这时相位移φ将向 超前方向推移。
后， 会对输出斜率、 线性误差等特性产生影响， 因此
在补偿相移后， 电机的技术指标应重新测定。
目前应用得较多的是在输出回路中进行移相， 这
时， 输出绕组通过RC移相网络后再输出电压， 如图8
- 31所示。 图中主要通过调节C1和R1的值来对输出电 压 U2 进行移相； 电阻R3和R2组成分压器， 改变R2和 R3的大小可调节输出电压 U2 的值。 采用这种方法移 相时， C1、 R1、 R2、 R3及后面的负载一起组成了测 速发电机的负载阻抗。
异步测速发电机的使用
双闭环三相异步电动机调压调速的系统设计与仿真课程设计模板
第1章绪论1.1 双闭环三相异步电动机调压调速系统旳原理和构成调压调速即通过调整通入异步电动机旳三相交流电压大小来调整转子转速旳措施。
理论根据来自异步电动机旳机械特性方程式：其中，p为电机旳极对数；w1为定子电源角速度；U1为定子电源相电压；R2’为折算到定子侧旳每相转子电阻；R1为每相定子电阻；L11为每相定子漏感；L12为折算到定子侧旳每相转子漏感；S为转差率。
图1-1 异步电动机在不一样电压旳机械特性由电机原理可知，当转差率s基本保持不变时，电动机旳电磁转矩与定子电压旳平方成正比。
因此，变化定子电压就可以得到不一样旳人为机械特性，从而到达调整电动机转速旳目旳1.2 双闭环三相异步电动机调压调速系统旳工作原理系统主电路采用3个双向晶闸管，具有体积小。
控制极接线简朴等长处。
A.B.C为交流输入端，A 3.B3.C3为输出端，接向异步电动机定子绕组。
为了保护晶闸管，在晶闸管两端接有阻容器吸取装置和压敏电阻。
控制电路速度给定指令电位器BP1所给出旳电压，经运算放大器N构成旳速度调整器送入移相触发电路。
同步，N还可以得到来自测速发电机旳速度负反馈信号或来自电动机端电压旳电压反馈信号，以构成闭环系统，提高调速系统旳性能。
移相触发电路双向晶闸管有4种触发方式。
本系统采用负脉冲触发，即不管电源电压在正半周期还是负半周期，触发电路都输出负得触发脉冲。
负脉冲触发所需要旳门极电压和电流较小，故轻易保证足够大旳触发功率，且触发电路简朴。
TS是同步变压器，为保证触发电路在电源正负半波时都能可靠触发，又有足够旳移相范围，TS采用DY11型接法。
移相触发电路采用锯齿波同步方式，可产生双脉冲并有强触发脉冲电源（+40V）经X31送到脉冲变压器旳一次侧第2章双闭环三相异步电动机调压调速系统旳设计方案2.1 主电路设计调压电路变化加在定子上旳电压是通过交流调压器实现旳。
目前广泛采用旳交流调压器由晶闸管等器件构成。
它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角旳大小来调整加到定子绕组两端旳端电压。
直流测速发电机的工作原理
接触压降也大；电枢电流较大时，接触电阻小。可见接触电阻与电流成反比。只有电枢电流较
大，电流密度达到一定数值后，电刷接触压降才可近似认为是常数。考虑到电刷接触压降的影
响，直流测速发电机的输出特性，如图 3-6 所示。
图 3-5 有补偿绕组时的接线图
图 3-6 考虑电刷接触压降后的输出特性
由图 3-6 可见，在转速较低时，输出特性上有一段输出电压极低的区域，这一区域叫不灵 敏区，以符号 ∆n 表示。即在此区域内，测速发电机虽然有输入信号（转速），但输出电压很小， 对转速的反应很不灵敏。接触电阻越大，不灵敏区也越大。
5/6 nm 。
图 3-8 线性误差计算原理图
2．最大线性工作转速 nm 在允许的线性误差范围内的电枢最高转速称为最大线性工作转速。亦即测速发电机的额定 转速。 3．输出斜率 K g 在额定的励磁条件下，单位转速所产生的输出电压称为输出斜率。此值越大越好。增大负 载电阻，可提高输出斜率。 4．负载电阻 RL 保证输出特性在允许误差范围内的最小负载电阻值。在使用时，接到电枢两端的电阻应不 小于此值。 5．不灵敏区 ∆n 由于换向器与电刷间的接触压降 ∆U b ，而导致测速发电机在低转速时，其输出电压很低， 几乎为零，这个转速范围称为不灵敏区。 6．输出电压的不对称度 K ub
3．电刷位置的影响
4
当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格地位于几何中性线上，会造成测速发电 机正反转时输出电压不对称，即在相同的转速下，测速发电机正反向旋转时，输出电压不完全 相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时，电枢反应的直轴分量磁通若在一种 转向下起着去磁作用，而在另一种转向下起着增磁作用。因此，在两种不同的转向下，尽管转 速相同，电枢绕组的感应电动势不相等，其输出电压也不相等。
异步测速发电机的工作原理
异步测速发电机的工作原理
异步测速发电机的工作原理可以由图说明。
图中N1是励磁绕组，接单相沟通电源；N2是输出绕组，接入测量仪器作为负载。
转子是杯形结构，可看成一个导条数目特别多的鼠笼转子。
由于转子电阻较大，为分析便利起见，忽视转子漏抗的影响，认为感应电流与感应电动势同相位。
给励磁绕组N1加频率f1恒定，电压U1恒定的单相沟通电，转子以转速n旋转时，测速发电机的气隙中便会生成一个频率为f1、方向为励磁绕组N1轴线方向的脉动磁通φ1，φ1正比于U1：U1=4.44f1N1 φ1。
此外，杯形转子在旋转时切割φ1，而在转子中感应出电动势Er 机相应的转子电流Ir，Er和Ir与磁通φ1及转速n成正比，即：Ir∝ Er∝ φ1n。
转子电流Ir也要产生磁通，两者也成正比，即φr ∝ Ir。
图1 沟通异步测速发电机原理
磁通φr与输出绕组的轴线全都，因而在其中感应出电动势，两端就有一个输出电压U2。
U2正比于φr，即U2 ∝ φr。
依据上述关系就可得出，U2 ∝ φ1 ∝ U1n
上式表明，当励磁绕组加上电源电压U1，测速发电机以转速n转动时，它的输出绕组中就产生输出电压U2，U2的大小与转速成正比。
测量出U2的大小就可以得到转速n。
1。
国家开放大学《电机拖动应用技术》章节练一练参考答案
国家开放大学《电机拖动应用技术》章节练一练参考答案第一章1.直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中A.电枢绕组B.励磁绕组C.电枢绕组和励磁绕组2.直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）A.助磁B.不去磁也不助磁C.去磁3.如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）A.20%B.大于20%C.小于20%4.并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组（）。
A.分别独立连接电源B.串联相接C.并联相接D.一部分串接一部分并联相接5.直流电动机是把直流电能换成（）输出。
A.机械能B.电场力C.直流电压D.直流电流6.一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（×）7.一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）8.直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（×）9.直流电机单叠组元件两端应联接在相邻的两个换向片上。
（√）10.直流电机中一个磁极下所有导体电流向必须一致。
（√）11.换向器与电刷的作用是什么？参考答案：直流电机内部元件流的是交流；所以直流电动机电刷把外部供给的直流电引到换向器上，通过换向器上换向片的旋转，转换到元件上的为交流电；直流发电机内部发的是交流电，引到换向器的换向片上，旋转的换向器通过电刷把内部的交流转换外部的直流电。
12.直流电机有几中励磁方式，各自有什么的特点？参考答案：直流电机励磁方式：他励、并励、串励、复励；他励电机的励磁绕组与电枢绕组电源各自独立。
并励电机的励磁绕组并接在电枢绕组两端，共用一个电源；串励电机的励磁绕组串接在电枢绕组中，共用一个电源；复励电机有两套励磁绕组一个并接在电枢绕组中，一个串接在电枢绕组中，共用一个电源，按二者产生的磁场是增加还是减少，分为积复励和差复励。
第二章1.在直流电动机中机械特性最硬的一般为____。
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杯形转子
ER 2
10 Dn D l 10 n ke10 n l 60 60
转子切割电势与转速成正比。
控制电机
由于导条处于短路状态，因此其 中会产生电流，忽略导条漏抗的 影响时，其中电流为：
U1~ w1
ER2 IR2
I R2
ER 2 ke10 n RR RR
max
1-线性输出特性
U 2 LT max
2
2-实际输出特性
输出特性和线性误差
U max
3 v max v max 2
v
x
U max
U 2 LT max
100%
U 2 LT max
控制电机 U2
2 1
式中， Umax为实际输出电压与线性 输出电压的最大差值；U2lTmax为对应 于最大转速 n max（技术条件上有规定） 的线性输出电压。
U 1 E 2 jI 2 x2
I2 r2
r2
jx2 I. 2 ZL U 2
.
U2
I2 I2
U2
E2
1 2
E2
.
E I Z U 2 2 2 2
控制电机
3、容性负载，在测速发电机转速一定时，负 载阻值减小，输出电压的大小增加和相位增加。
jI2 x2
鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率 大，但是它的特性比较差、线性误差大、 转子惯性大， 通常只用于精度要求不高 的系统中。
U1~
w1
ER2 IR2
E2 w2 U2~
10
2
n
杯形转子
控制电机
空心杯转子异步测速发电机的精度比较高，线形 误差小，转动惯量小，应用在要求精度比较高的 系统中，是最广泛应用的一种异步测速发电机。
E2
励磁 绕组 接U1
i0
Fo=W1i0
dt d eR WR dt
e 1 W 1
控制电机 d
1、励磁磁通 在W1的 轴线上脉振，与W1和 转子导体相环链。 2、与输出绕组W2的 轴线垂直，不穿过W2 ， W2轴线 因此其中此时不感应 电势。
e2=0
W1轴线
励磁绕组
E1
10
ER
1
1
R2
R2
n
O
U2
1000
2
E2 w2
n（r/min）
n
U2~
10
杯形转子
3.4 交流异步测速发电机的使用
在选用时，应根据系统的频率，电压，工作转速的 范围和具体用途来选择交流测速发电机的规格。用作解 算元件的应着重考虑精度要高，输出电压稳定性要好； 用于一般转速检测或做阻尼元件时，应着重考虑输出斜 率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。
位移
E U ~1
1
I 1 r1 E1 U 2
I1 E R2 I R2
w1
ER2 IR2
β ψ θ
2
E2 w2 U2~
10
E2
1 2
n
E1
杯形转子
控制电机
三、剩余电压Us
测速发电机的激磁绕组已经供电，转子处于 不动情况下（即零速时）输出绕组所产生的电压， 此即剩余电压，又称为零速电压。
U2 = k n
其主要用途有两种： 运算元件和阻尼元件。
o
n
控制电机
3.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理
一、交流异步测速发电机结构
定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为 励磁绕组1；另一个输出电压，称为输出绕组2； 两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔90°。
U1~
U2~
控制电机 转子一般为杯形转子，通常是由非铁磁材料（硅锰青 铜）制成的空心薄壁圆筒，为了减少转子漏电抗、增 加电阻。此外，为了减少磁路的磁阻，在空心杯形转 子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视 作由无数并联的导体条组成，和鼠笼转子一样。
控制电机
控制电机 所以，当转子旋转时，转子导体切割磁场φ10 ，感应电势 ER 2，产生电流IR 2。建立磁场φ2 ，该磁场在输出绕组中 感应电势ER2，其大小与转速成正比。且与励磁电压同频 率。 U
2
U1~ w1
ER2
n 2
IR2
E2 w2
o
n
U2~
10
杯形转子
3.3 异步测速发电机的特性和主要技术指标
U2
U 1 E2
I2 r2
r2
jx2 I. 2 ZL U 2
.
U2
E2
.
E2
I2 I2
1 2
E I Z U 2 2 2 2
控制电机
4、感性负载，在测速发电机转速一定时，负 载阻值减小，输出电压的大小减小和相位减小。
U 1 E 2 jI x 2 2
2
U1~
w1
ER2 IR2
E2 w2 U2~
10
n
杯形转子
控制电机
综上所述究竟采用哪种负 载，主要根据系统的需要而定， 通常总是希望保持输出电压的 大小不受不在阻抗的影响。因 此，多数采用电阻电容性负载。
U1~
w1
ER2 IR2
2
E2 w2
U2~
10
n
杯形转子
控制电机
二、激磁电源的影响
交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳定， 会直接引起输出电压的不稳定，因而影响输出特性的线 形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速 发电机，都采用专用的电源供电，其电源的幅值和频率 不受其他因素的影响。
一、负载性质对输出特性的影响及改善方法 测速发电机正常工作 时,其输出电压仅为转速的 函数不受负载的性质和大 小的影响,实际工作中输出 电压的大小和相位与负载 的大小和性质有关 。
U1~
w1
ER2 IR2
2
E2 w2
U2~
10
n
杯形转子
控制电机
1、负载阻抗足够大时，在测速发电机转速一 定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的大小和相 位几乎不变。 2、电阻负载，在测速发电机转速一定时，负 载阻值减小，输出电压的大小减小和相位增加。
励磁绕组 U1~ U1~ 输出绕 组
U2~
U2 ~
控制电机
交流测速发电机结构图
励磁绕组
输出 绕组
控制电机
交 流 测 速 发 电 机 定 转 子 铁 心
控制电机
下 好 线 的 定 子
控制电机
二、工作原理
W1为励磁绕组、W2为输出绕组 U1~ w1
E1
ER IR
(一)、当n=0时，物理过程
w2
1、是脉振磁通 U2~ 2、与励磁绕组W1的轴线一致， 杯形转子 10 与输出绕组W2的轴线垂直。 d 3、与W1和转子导体相匝链。 e 1 W 1 dt 励磁绕 d i F =W i 0 o 1 0 eR WR 组接U1 dt （交流） e2=0
Us
Usj
Us0
0
α
产生剩余电压的原因是多 种多样的，它由两部分组成： 一部分是固定分量Us0，其值与 转子位置无关；另一部分是交 变分量Usj，它的值与转子位置 有关，当转子位置变化时，其 值作周期性的变化。
控制电机
四、输出斜率
与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输 出斜率Un通常也规定为转速1000r/min时的输出电压。 输出斜率越大，输出特性上比值U2/ n越大，测速 发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样 尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的 输出斜率较小，一般为0.5~5V/kr/min。 U~ w U2 E I Un
第 3 章 交流异步测速发电机
中国矿大信电学院
第3章 交流异步测速发电机
3.1 交流异步测速发电机概述 3.2 交流异步测速发电机的结构和工作原理
3.3 交流异步测速发电机的特性和主要技术指标
3.4 交流测速发电机的使用 3.5 交流异步测速发电机的应用举例
第3章 交流异步测速发电机
本 章 要 求：
2
U1~
w1
ER2 IR2
E2 w2
U2~
10
杯形转子
控制电机
为了便于衡量实际输出特性的线性度， 一般把实际输出特性上对应于 23 v （为最 大相对速度）的一点与坐标原点的连线作为 线性输出特性，直线与曲线之间的差异就是 误差，这种误差通常用线性误差（又称幅值 U2 相对误差）x 来度量。 1
一、输出特性和线性误差 测速发电机输出电压与转速间的关系 U2=f(v) 称为输出特性。 上式中v为相对速度，它是实际转速n与同步转 速ns的比值，即v = n / ns 。 理想的测速发电机输出电压应正比 于它的转速，即U2= Kv 。但是实际 的异步测速发电机输出电压与转速 间并不是严格的线性关系，而是非 线性的。 n
熟练掌握交流测速发电机的工作原理。 了解交流测速发电机的结构和型式。 熟练掌握交流测速发电机的输出特性。 搞清交流测速发电机的误差及其减小方法。 搞清交流测速发电机的性能指标。 熟练掌握交流测速发电机的应用。
3.1
交流异步测速发电机概述
交流异步测速发电机是一种测量转速 或转速信号的元件。理想的测速发电机的 输出电压U2与它的转速n成线性关系，如 图所示，其数学表达式为：U2
U2
I2 I2
r2
jx2 I. 2 ZL U 2
.
U2
I2 r2
E2
.
1 2