第五章交流电动机的工作原理及特性
交流伺服电机
交流伺服电机交流伺服电机是一种广泛应用于工业自动化领域的电机类型，在现代生产中发挥着重要作用。
交流伺服电机通过内置的编码器反馈系统，可以实现精确的位置控制和速度控制，从而提高了生产效率和产品质量。
本文将介绍交流伺服电机的工作原理、应用领域以及优势特点。
工作原理交流伺服电机通过电子控制系统控制电流的大小和方向，从而控制电机转子的位置和速度。
其工作原理包括位置控制回路、速度控制回路和电流控制回路。
位置控制回路接收编码器反馈信号，比较目标位置和当前位置之间的差异，通过控制电流大小和方向来驱动电机转子转动至目标位置。
速度控制回路根据编码器反馈信号和设定速度值之间的差异，控制电机的转速。
电流控制回路则根据速度控制回路的输出，控制电机的电流大小和方向，以实现精确的速度控制。
应用领域交流伺服电机广泛应用于各种自动化设备和机械领域，如工业机器人、数控机床、包装设备、印刷设备等。
在这些领域，交流伺服电机可以提供精确的位置控制和速度控制，满足高效生产的需求。
同时，在医疗设备、航空航天等领域也有着重要应用，用于控制精密的运动系统。
优势特点交流伺服电机相比其他类型的电机具有以下优势特点：•高精度：交流伺服电机具有较高的控制精度，可以实现微米级的定位精度，适用于需要高精度控制的应用。
•高效率：交流伺服电机运行稳定，能够提供较高的效率，降低能源消耗，节省生产成本。
•响应速度快：交流伺服电机响应速度快，可以在短时间内实现从静止到目标速度的转变，提高生产效率。
•可编程控制：交流伺服电机可以通过程序控制实现各种运动模式和轨迹规划，满足不同应用的需求。
总体而言，交流伺服电机在工业自动化领域具有重要地位，通过其高精度、高效率和快速的特点，为生产提供了稳定可靠的动力支持。
本文简要介绍了交流伺服电机的工作原理、应用领域以及优势特点，希望能够帮助读者更好地了解交流伺服电机的基本知识。
第五章 交直流电动机
第六章 交直流电动机
第一节 三相异步电动机
一、三相电动机的分类
用途: 将电能转换为机械能，并输出机械转矩。 笼型 分类: 转子结构
绕线型
安装结构形式 卧式
立式
冷却方式 自冷式、自扇冷式、 他自扇冷式、管道通风式 防护形式 开启式、防护式、 封闭式、防爆式
第六章 交直流电动机
第一节 三相异步电动机
i2
i3
wt
V2
W2
•
•
V1
()电流入
首端流入，尾端流出。
W1
U2
尾端流入，首端流出。 如 w t = 0 时刻 i1 = 0 i2为负值 i3为正值
(•)电流出
第六章 交直流电动机
第一节 三相异步电动机
1 .当
wt = 0
U1 W2 U 2 V2
时
i
i1=0
i1
0
V1
i2
i3
wt
i3
W1
i2
U1
第六章 交直流电动机
第一节 三相异步电动机
其中:
第一相: U1——U2 第二相: V1 —V2 第三相: W1—— W2
U1、 V1、 W1为绕组的首端；U2、V2、W2为绕组的末端。 Y系列与JO系列电动机出线端标志对照表
定子绕
组名称 旧代号 第一相 第二相 第三相 A B C 首 端 JO系列 D1 D2 D3 出 线 端 标 志 末 端 Y系列 U2 V2 W2
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U2
V2
W2
W2
U2
V2
W2
W2
U2
V2
第六章 交直流电动机
第五章交流伺服电动机
圆形磁场
3.幅值相位控制（电容控制）
激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源， 当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激 磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电 压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
交流伺服电动机的机械特性如图所示。 n
o
T 不同控制电压下的机械特性曲线 n=f(T), U1=常数
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
2.伺服电动机和伺服系统
2.4 交流伺服电机(AC Servo Motor)
结构特点和工作原理
交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个 空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。
f1
c1
c2
f2
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2.伺服电动机和伺服系统
工作原理：
与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入 两对称电流，就会在气隙中产生圆形旋转磁场，转子导体 切割磁场所感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁 转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就 发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变， 从而实现对转速的控制。 区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。 对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱， 转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2） 无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以 后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体 积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。
交流电机的绕组、电动势和磁动势
N极面
S极面
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
N
NS
S
N
S
A
X
单层绕组的特点： (1)最大并联支路数等于极对数； (2)不能利用短距绕组消除高次谐电势和磁势； (3)线圈数少，绕线和嵌线的工时少； (4)无层间绝缘，下线方便，槽利用率高；
YA Z B
C
X
例 3：Q＝36，2P＝4，绘制 a=1的三相单层交叉式 绕组展开图。
1、计算绕组参数； 2、画槽电动势星形图，划分相带； 3、连接A相绕组，画A相绕组展开图； 4、画B、C相绕组展开图。
例 4 ：Q=24；2P=2；要求绘制三相单层同心式绕组。
18槽2极单层同心式绕组（a=1）
A
B
C
X
Y
Z
24 槽 4 极单层整距绕组
绕组结构参数？ y=？τ=？ q=？ α=？
24槽4极单层整距绕组
三相4极24槽单层整距绕组
两个图的区别？ 三相4极24槽单层链式绕组
判断：绕组的结构型式及绕组结构参数
τ
τ
τ
τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
同步电机
异步电机
同步电机：多用作发电机，也用作电动机，可改 变电网功率因数。
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。
两种类型的交流电机涉及三个共同部分：
◆交流绕组的基本结构 ◆交流绕组中感应的电动势 ◆交流绕组产生的磁动势
5.1 交流电机的基本工作原理
一、同步发电机的基本工作原理
二、异步电动机的基本工作原理
第五章--交流电动机的工作原理及特性
第五章--交流电动机的工作原理及特性-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第五章交流电动机的工作原理及特性、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，求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。
解：同步转速：n0=60f/p=60*50/2=1500r/min因为转差率：S=(n0-n)/ n0，所以转子转速：n=(1-S) n0=*1500=1470r/min转子电流频率：f2=Sf1=*50=1H Z、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答：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相与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。
、有一台三相异步电动机，其nN =1470r/min，电源频率为50HZ。
设在额定负载下运行，试求：①定子旋转磁场对定子的转速；②定子旋转磁场对转子的转速；③转子旋转磁场对转子的转速；④转子旋转磁场对定子的转速；⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。
解：因为三相异步电动机中的旋转磁场是由定子电流和转子电流共同产生的，故定子旋转磁场与转子旋转磁场实际上是同一个磁场。
因为转子转速n N =1470r/min，电源频率为50HZ，所以同步转速n=1500r/min。
①定子旋转磁场对定子的转速为1500 r/min；②定子旋转磁场对转子的转速为30 r/min；③转子旋转磁场对转子的转速为30 r/min；④转子旋转磁场对定子的转速为1500 r/min；⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速为0 r/min。
、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答：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，转子电流也增加，定子的感应电动势因为转子的电流增加而变大，所以定子的电流也随之提高。
三相异步电动机的基本结构和工作原理ppt课件
由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到
电源的三根导线中的任意两根对精调选p即pt 可。
17
（一）旋转磁场
（1）旋转磁场的产生
图 6.2.2 精选二pp极t 旋转磁场
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假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹 槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端A、B、C接三相 交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。
精选ppt
9
假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相 绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组A、B、C的
旋转磁场的旋转方向为从A→B→C，即向顺时针方向旋转。
精选ppt
15
如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，例 如，将B，C两根线对调，使B相与C相绕组中电流的相位对调，如 图所示。
精选ppt
16
此时A相绕组内的电流超前C相绕组内的电流2 /3，而C相绕 组内的电流又超前B相绕组内的电流2 /3，用上述同样的分析方法
此时的合成磁场如图 （d）所示，合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 。
精选ppt
14
按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁 场也在不断旋转，故称旋转磁场。
2．旋转磁场的旋转方向
A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2 /3，而B相绕组内的 电流又超前C相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的A→B→C ，
电流（相序为A—B—C）的瞬时值为：
iAImsi nt
机电传动控制重点
第一章概述了解机电传动控制系统的发展概况。
第二章机电传动系统的动力学基础【重点内容】运动方程式及其含义；多轴拖动系统中转矩折算；机电传动系统稳定运行的条件;分析系统的稳定平衡点.【难点】机电传动系统稳定运行的条件；分析系统的稳定平衡点.第三章直流电机的工作原理及特性【重点内容】直流电动机的机械特性；启动,调速,制动的各种方法；启动，调速,制动的各种方法的优缺点和应用场所。
【难点】启动，调速,制动的各种方法。
第四章机电传动系统的过渡过程【基本内容】在了解过渡过程产生的原因和研究过渡过程的实际意义的基础上,掌握机电传动系统在启动，制动过程中转速，转矩和电流的变化规律，掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.【重点内容】掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.第五章交流电动机的工作原理及特性【重点内容】1.异步电动机的工作原理，基本结构，旋转磁场的产生;2。
异步电动机的机械特性;3.异步电动机的启动，调速和制动的方法（与直流电动机进行比较）；4。
学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态;5。
掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理;6。
了解同步电动机的结构特点，工作原理,运行特性及启动方法;7。
掌握各种异步电动机和同步电动机的使用场所.【难点】异步电动机的旋转磁场的产生；分析异步电动机的运行状态;异步电动机的启动,调速和制动的方法.第六章控制电机了解机电传动控制系统中一些常用的控制电机种类，名称，结构等。
【重点内容】掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点.第七章机电传动控制系统中电动机的选择【一般要求】在了解电动机的发热与冷却规律的基础上,重点掌握电动机容量的选择,并熟悉电动机的种类,电压,转速和结构型式的选择原则.【重点内容】重点掌握电动机容量的选择原则及方法，可以通过统计法或类比法进行选择.第八章继电器—接触器控制系统【一般要求】在熟悉各种控制电器的工作原理，作用,特点表示符号和应用场所的基础上,着重掌握继电器—接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理，学会分析较复杂的控制线路,并通过训练学会设计一些较简单控制线路.【重点内容】结合书中内容及附录1，附录2，掌握各电器符号及标准;掌握基本线路的分析设计,提高改错能力；掌握机床启动,正反转,制动，保护等主电路及控制线路的设计.第九章可编程序控制器【一般要求】在了解可编程序控制器的基本组成，工作原理，特点和用途的基础上，重点掌握F 系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例。
第五章三相交流电路分析
第五章三相交流电路分析在电力系统中，交流电路是最常见的一种电路类型。
为了正确地分析和设计交流电路，我们需要了解三相交流电路的特性和分析方法。
一、三相交流电路的特性1.三相电源：三相交流电路由三个交流电源组成，每个电源的电压和频率相同，相位差为120度。
常见的三相电源包括三相发电机和三相变压器。
2.平衡载荷：三相交流电路中的负载应该是均衡的，即等压等阻等容。
这意味着每个负载元件都具有相同的电阻、电容或电感值，并且吸收相同的功率。
3.平衡三相电压：在理想情况下，每个负载元件都会获得相等的电源电压。
在实际情况下，由于线路阻抗、电源不平衡等因素，三相电压可能会有轻微的差异。
4.动态平衡：三相交流电路中的电压和电流在时间上是随时间变化的，但在任何给定时刻，三相电源的总功率应该是恒定的。
二、三相交流电路分析方法为了分析三相交流电路，我们可以使用以下方法：1.改为等效单相电路：可以将三相电路转化为等效的单相电路。
这可以简化分析过程，因为单相电路更容易处理。
对于平衡负载情况，可以使用等效电路法将三个相位合并为一个相位。
2.转移功率定理：我们可以使用转移功率定理来计算三相电路的功率。
转移功率定理表明，三相电路的总功率等于单相电路的总功率之和。
3.无功功率的计算：在三相交流电路中，无功功率通常用于表示电路中的电容器和电感器的能量交换。
我们可以使用虚功率和功率角的概念来计算和分析无功功率。
4.常见的三相电路：在实际应用中，有许多常见的三相电路，如三相电动机驱动电路和三相电源变换器。
对于这些常见电路，我们可以使用一些特定的分析方法进行计算和设计。
三、三相交流电路的应用三相交流电路广泛应用于各个领域，特别是在电力系统中。
以下是一些常见的应用：1.电力系统输电：电力系统中的高压输电线路通常使用三相交流电路。
由于三相电路的优点，如功率传输高效和成本低廉，使得三相交流电路成为电力系统的首选之一2.电动机驱动：工业生产中的各种电动机通常使用三相交流电路进行驱动。
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5.6 三相异步电动机的制动特性
由于电源反接，T 变负，与N相反， 成为制动转矩，与 负载转矩一起，使 电机减速并停止。
a bc
过零时切断电源,否则 电动机将反向启动。
49
5.6 三相异步电动机的制动特性
由于反接制动电 流很大，应在定 子中串入电阻。 特性曲线变为3， ad e
50
5.6 三相异步电动机的制动特性
46
5.6 三相异步电动机的制动特性
一种是负载是位能 转矩的下放重物时。 一种是发生在变极 或变频调速时。
电机吸收的功率 反馈给电网。也 是发电制动。
47
5.6 三相异步电动机的制动特性
2、反接制动
a.电源反接 正转运行时，
突然改变通电相 序，特性曲线变 到第三象限，由 于惯性作用，N不 能突变，只能过 渡到第二象限。
当电机为三角形联结时：1-6、2-4、3-5 点封接，同时外接电源。
15
5.2 三相异步电动机的定子和转子
把电动机的电磁关系同变压器类似。
设定子和转
R1
子每相绕组匝数 为N1和N2，旋转 磁场的磁感应强
u1
i1 e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
度近于正弦分布。
定、转子电路
16
一、定子电路分析：
e1
N1
d
dt
E 1U 1U 1
mE1 U1
2f 1 4 .4 f f4 1N p61 n0Φ 0 m
二、转子电路分析：
e2
N2
d
dt
E24.44 f2N2Φm E204.44 f1N2Φ m
f2 S f1 转子电流的频率随速度的变
化而变化。
17
设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感
抗为R2和X2，且有：X22 f2Ll2
5.6 三相异步电动机的制动特性
3、能耗制动 由于反接制动在准 确停车上有困难， 易造成反车，能量 损耗也较大。
能耗制动是先断开 电源，加低压直流 电于定子，建立一 个固定不变的磁场。
曲线。
25
第五章：交流电动机的工作原理及特性
U2U1Un
降低电压U，Sm 和 n0不变，曲线左移， 降低电压U，在同一 负载下，N下降，T 下降，S增大，I2增 大，将使电机发热。
26
第五章：交流电动机的工作原理及特性
定子回路串电阻或电抗， 会引起电动机端电压下 降，与降压相似，但最 大转矩要大一些。
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极
(•)电流出
Y
n A
0
Z
iA Im sint
iB Im sint 120 iC Im sint 240
C
B
iA iB iC
Im
X
t
()电流入
6
iA
iC C iB
A
ZX Y B
Y
t 0
C
iA iB iC
Im方向：
向下
7
同理分析，可得
其它电流角度下 的磁场方向：
34
5.4 三相异步电动机的启动特性
这与Y-Δ降压启动的情况一样，只是在Y-Δ 降压启动时 K 1 3 ，而自耦变压器降压启 动的K值是可以调节的 。
特点：K值可调，较灵活。 但缺点是：它体积大，重量重，价格高， 修理麻烦。常用于不经常启动、启动转矩 较大、容量较大的电动机上。
35
5.4 三相异步电动机的启动特性
21
1、固有 特性曲线
分析四个特 殊点的情况， 并进行讨论。 理想空载点： T=0 S=0 N=N0
额定运行点：
T=Tn n=nN S=Sn
TN
9.55 PN NN
22
启动点：
T=Tst n=0 s=1
临界点：
T=Tmax
n=Nm
s=Sm
Tst
K
R2 U2 R22 X220
23
Sm R2 X20
27
第五章：交流电动机的工作原理及特性
改变电源频率，使用在
恒转矩情况下，保证磁通
不变。Tmax不变。 n0 f
Sm
1 f
T st
1 f
结论：则频率下降后， Tmax不变，Tst和 Sm增 大， n0 下降。
28
第五章：交流电动机的工作原理及特性
转子串电阻： N0和Tmax不变。 Tst和 Sm随R2的 增大而增大。机 械特性曲线变软。
4、变频调速
由于 n f ，若 能够连续改变频 率，可实现平滑 调速。多用于鼠 笼式异步电动机。 可采用SCR和 PWM调速。
44
第五章：交流电动机的工作原理及特性
5.6 三相异步电动机的制动特性 5.7 单相异步电动机 5.8 同步电动机
45
5.6 三相异步电动机的制动特性
1、反馈制动
由于某种原因， 使 n n0 ，S小于0， 电动机进入发电状 态。此时转子反向 切割磁力线，故电 流、转矩均反向， T起制动作用。
e. 延边三角形启动
这种方法也属于降压启动，由于接法原因， 使启动电流和启动转矩都较大。使用较少。
应根据实际情况，合理选择电动机启动方法。 2、绕线式异步电动机的启动方法
由于鼠笼式异步电动机具有启动力矩小， 启动电流大等特点，不能满足某些高启动转矩 低启动电流的要求，故用绕线式异步电动机。
36
5.4 三相异步电动机的启动特性
Im
iA iB iC
t
n 0 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
t60
n0
A
Y
Z
n0
A
Y
Z
C
B
X
t 120
C
B
X
t 180 8
旋转磁场的旋转方向
旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA iB iC
iA iC iB
Im
Im
t
t
n0
n0
改变电机的旋转方向：换接其中两相
9
旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则
它只适应于绕线式电动 机，是有级调速，随转 速降低，特性变软，启 动电阻兼作调速电阻用， 它多用在重复短期运 要考虑发热和低速损耗。 转的起重运输设备中。
41
3、改变极对数调速
用于多速鼠笼式电机，不需要平滑调速， 只要几个特定速度，以双速电机使用最多。 其主要是改变每相定子绕组中电流的方向， 通过改变定子绕组接线方式来实现。
29
第五章：交流电动机的工作原理及特性
5.4 三相异步电动机的启动特性
三相异步电动机启动的主要要求： 要有足够大的启动转矩，启动要快、平滑， 启动电流要小，启动时安全、可靠、操作简 便，功耗小等。 由于三相异步电动机启动时N = 0，S = 1，从 而引起很大的转子和定子电流，而转子功率 因数很低，启动转矩不大。为解决这个矛盾， 采用不同的启动方法。（启动的危害）
2
三相异步机的工作原理
工作原理：它是基于电磁感应和电磁力的原理。 定子旋转磁场（合成磁场）和转子电流的相互 作用。
异步电动机的由来。转子和旋 转磁场之间的转速差是保证转
s n0 n
子旋转的主要因素。S的取值范
n0
围0-1。也是很重要的一个物理
量。 思考定子旋转磁场的产生的原因？
5
旋转磁场的产生
动转矩将减少，能量消耗大，不经济。它适合 于不经常启动或用于空载、轻载的电动机。 c. Y-Δ降压启动
适合于电动机为Δ接法。 Y启动，待电动 机速度上升到一定值后， 切换到Δ运行。
32
5.4 三相异步电动机的启动特性
Y启动的线电流是Δ启动线电流的三分之 一，同时Y启动启动转矩也是Δ启动转矩的三 分之一。
•
B
•
SX
C Y
极对数 p 2
13
极对数和转速的关系
A
Y' C'
A Z
N •B
•
30
CS'
X' •
n0
NZ •
•X
X' S
•
B'
•N
S
X C
• ZN'
SC
Z'
A' Y t 0
A' t60
n0
60f p
(转/分）
Im
iA iB iC t
14
定子绕组接线方式
定子绕组每相都由许多线圈组成，其首 端和末端通常都接在电动机的接线盒内的接 线拄上。 当电机为星形联结时： 1、2、3点封成星点，6、 4、5点接电源。
特点：设备简单，经济，启动电流小。 缺点：启动转矩小，只适合于轻载和空载 启动。
33
5.4 三相异步电动机的启动特性
d. 自耦变压器降压启动
自耦变压器的三个绕组连成星形接 于三相电源，使接于变压器副边的电动 机降压启动，待电动机速度上升到一定 值后，切除自耦变压器。
KU2 N2 1 U1 N1
I1KI2K2Ist
b.倒拉反接制动
使用在起重机下放位 能负载时，为使下降速度 不致太快，在转子中串入 较大的电阻。
在位能性负载的作用 下，电动机沿曲线2减速 过零，并在D点稳定运行。
51
5.6 三相异步电动机的制动特性
a b c d
进入第四象限后，N 变负，S大于1，是反 接制动。它是一种能 稳定运转的制动状态。
52
a. 逐级切除电阻法
与直流电机相似，转 子串入电阻，逐步切 除，并保证在整个启 动过程中，有较大的 启动转矩。
Ta1 TATL 37
5.4 三相异步电动机的启动特性
b. 频敏变阻器启动法