交流电机特性(精)
交流电机非常状态下的运行特性
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电气教研室主任， 讲师， 现在合肥 工业大学攻读硕士学位， 究方 研
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《 机技７ 电 Ｋ》２ ０ 年 第 ４ ・ ｌ・ ０７ 期 ５
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幽９ 三相 电机椭 圆 磁场 产 生 的特 性 曲线
在 设 计控 制 电路 时一 定 要 限制 双 流供 电时 间 ， 并
加 限流 电 阻 。
５ 双 电流 供 电Ｉ ２ ｌ
在某些机床线路中， 有时需要使一个正常高 速运行 的电机能 够短时间低速运 行以实现准确 定位。 人们自然想到变频调速方案 ， 但如果这种 定位不是经常性 的， 则采用下面的双流供 电电路 也可实现高精度定位。 所谓双电流供 电就是在定
（ ）Ｙ型接 法 ａ
Ｏ
（ Ａ型接 法 ｂ）
图 １ 三相 电机双 流 供 电接 线 幽 ０
图 ８ 转 子 串 电阻 可 减轻 单 轴转 矩 效应
为了 获得 “ 电流 ” 电 ， 双 供 一般 采用定 子绕 组
电机的分类及功能特性
电机分类电机的种类1．按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。
1.1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。
1.1.1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。
1.1.1.1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。
1.1.1.2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。
1.1其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。
2．按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。
2.1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。
2.2异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。
2.2.1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。
2.2.2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3．按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4．按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。
4.1驱动用电动机划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
4.2控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。
5．按转子的结构划分：笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。
6．按运转速度划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
交流电动机
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
总目录 章目录 返回 上析
三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。 定子绕组—一次绕组 转子绕组—二次绕组 旋转磁通—主磁通 转子电路自行闭合，且转子转动 i1 i2 变压器： 变化 e － + U1 E1= 4.44 f N1 + e1 e2 E2= 4.44 f N2 － + u1 － + E 、E 频率相同，都等
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第7章 交流电动机
本章要求：
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。 2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
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电机：实现电能和机械能相互转换的电气设备。 有发电机和电动机两种运行形式。 电动机的分类： 交流电动机 电动机 直流电动机
同步电动机
异步电动机 三相电动机
鼠笼式
单相电动机
绕线式
他励、并励电动机
串励、复励电动机
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7.1 三相异步电动机的构造
1.定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 三相绕组
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7. 2. 3 转差率
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描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
n0 n s n 100% 0 运行中: 起动瞬间：s = 1
常用电动机类型及特点
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.而异步电机那么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,本钱高,但由于单相电源方便,且调速方便,因此广泛用于电开工具、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,以限制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号, 用来限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应信号,用来限制和调整转速；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;•无级调速,调速范围广,过载水平强;•软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置；•效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%〜60%,仅节电一项一年收回购置本钱；•可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单；•耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长；•没有无线电干扰,不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型；•根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机.2、无刷直流电机与有刷直流电机直流无刷电机和直流电机是2个概念.虽然直流无刷电机名字带直流,实际上是不是直流电机.从分类上来看,直流电机是一类,而直流无刷电机那么属于同步电机. 〔1〕无刷电机的优点•无电刷、低干扰：没有了有刷电机运转时产生的电火花,极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰.•噪音低,运转顺畅：没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,发热量低,效率高,噪音低,对于模型运行稳定性是一个巨大的支持.•寿命长,低维护本钱：无刷电机的磨损主要是在轴承上,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可.但有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的〔2〕从趋势上论,无刷减速电机可能取代有刷减速电机•适用范围：无刷电机通常被使用在限制要求比拟高,转速比拟高的设备上, 如航模,精密仪器仪表等对电机转速限制严格,转速到达很高的设备；通常动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机,工厂的电动机,家用的抽油烟机等；•使用寿命：无刷电机通常使用寿命在几万小时这个数量级,主要取决于轴承的不同；通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时,到达使用极限就需要更换碳刷；•使用效果：无刷电机通常是数字变频限制,可控性强,从每分钟几转,到每分钟几万转都可以很容易实现.碳刷电机启动以后工作转速恒定,调速不是很容易,串激电机也能到达20000转/秒,但是使用寿命会比拟短.•节能环保方面：相对而言,无刷电机采用变频技术限制的会比串激电机节能很多,最典型的就是变频空调和冰箱.•维修方面：碳刷电机需要更换碳刷,而无刷电机,使用寿命很长,日常维护根本不需要.•噪音方面：与是否是有刷电机无关,主要是看轴承和点击内部组件的配合情况.3、无刷直流电机与交流电机无刷直流电机,定子是旋转磁场,拖着转子磁场转动；交流同步电机,也是定子旋转磁场拖着转子磁场转动；它们的不同是,旋转磁场旋转的原因不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变是转子转动的快慢；这样,它们的调速方法就不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120 度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；只要改变交流电变化的快慢,就能改变电机的转速,即变频调速；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变只与转子转动的快慢相关；只要改变转子的转速就可以调速,而转子的转速与电压成正比,改变电压就可改变转速,即调压调速；直流调速不改变电机的负载性质,而交流调速改变了负载的性质；交流调速〔变频〕,频率不同时,交流电机的感抗大小不同,负载性质随之改变,是一个极不稳定的系统,很难实现精细调速.直流调速〔变压〕,电压不同时,直流电机的电阻大小不变,负载性质不变,是一个非常稳定的系统,很容易实现精细调速,几个毫伏的电压速度都可以分辨.由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体,没有激磁损耗的问题,由于转子中无交变磁通,其转子上既无铜耗又无铁耗,综合效率比同容量异步电动机高出10〜20%左右〔依据功率大小而定〕.无刷直流电动机具有高效率、高转矩、高精度的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的机械,同时具有体积小, 重量轻,可作成各种体积形状,产品性能超越传统直流电机的所有优点,是当今最理想的调速电机.比拟：直流电机具有优良的启动特性和调速特性,但造价较高；交流电机造价低,电源方便,但启动特性和调速特性稍差；4、无刷直流电机与交流伺服电机直流无刷电机：无刷直流电机感应反电动势也是梯形波的.无刷直流电机的限制需要位置信息反应,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术, 构成自控式的调速系统.限制时各相电流也尽量限制成方波,逆变器输出电压根据有刷直流电机PWM 的方法进行限制即可.本质上,无刷直流电机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴.交流伺服电机：通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子,感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供.永磁同步电机限制系统常采用自控式,也需要位置反应信息,可以采用矢量限制〔磁场定向限制〕或直接转矩限制的先进限制方式.区别：方波和正弦波限制导致的设计理念不同.最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频〞实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机,由于从其限制和驱动电源以及限制对象的角度看,称之为“无刷直流电机〞也算是适宜的.四、电机调速1、直流电机调速：转子电路串联电阻〔短时调速〕、转子电路电压〔广泛应用,调节范围0—基速〕、改变磁通〔只能提升转速,基速以上,恒功率调速〕〔1〕电压调速：可控电源调速、PWM 〔脉宽调制〕调速〔广泛应用〕与老式的可控直流电源调速系统相比,PWM调速系统有以下优点：a、采用全控型器件的PWM调速系统,其脉宽调制电路的开关频率高,因此系统的频带宽,响应速度快,动态抗扰水平强.b、由于开关频率高,仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流,电枢电流容易连续,系统的低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,同时电动机的损耗和发热都较小.c、PWM系统中,主电路的电力电子器件工作在开关状态,损耗小,装置效率高,而且对交流电网的影响小,没有晶闸管整流器对电网的“污染〞, 功率因数高,效率高.d、主电路所需的功率元件少,线路简单,限制方便.目前,受到器件容量的限制,PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统.国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速2、交流电机调速：〔1〕三相异步电动机：a、变极对数调速方法：改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数到达调速目的. 特点：具有较硬的机械特性,稳定性良好；无转差损耗,效率高；接线简单、限制方便、价格低；有级调速,级差较大,不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性.本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等.b、变频调速：改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法.变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流一直流一交流变频器和交流一交流变频器两大类,目前国内大都使用交一直一交变频器.其特点：效率高,调速过程中没有附加损耗；应用范围广,可用于笼型异步电动机；调速范围大,特性硬,精度高；技术复杂,造价高,维护检修困难.本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合.c、串级调速：绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,到达调速的目的.根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高；装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%—90% 的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行,预防停产；晶闸管串级调速功率因数偏低, 谐波影响较大.本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用.九串入附加电阻：绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行.串入的电阻越大,电动机的转速越低.此方法设备简单,限制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上.属有级调速,机械特性较软.e、定子调压调速：由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻.为了扩大稳定运行范围,当调速在2：1以上的场合应采用反应限制以到达自动调节转速目的.调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种.晶闸管调压方式为最正确.调压调速的特点：调压调速线路简单,易实现自动限制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低.调压调速一般适用于100KW 以下的生产机械.f、电磁调速：特点：装置结构及限制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低.本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械.g、液力耦合器调速：特点：功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低；尺寸小,能容大；限制调节方便,容易实现自动限制.本方法适用于风机、水泵的调速.〔2〕单相异步电动机：〔和力矩电机相比,它恒转矩；和变频电机相比它不节能；和直流电机相比,它限制的精度低；〕单相异步电动机和三相异步电动机一样,它的转速调节较困难.如采用变频调速那么设备复杂、本钱高.为此一般只进行有极调速,主要的调速方法有：a、串电抗器调速(降压调速)：将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而到达降低电动机转速的目的.此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调.多用在吊扇及台扇上.b、电动机绕组内部抽头调速：通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而到达改变电动机内部气隙磁场的大小,到达调节电动机转速的目的.有L型和T型两种接法.c、交流晶闸管调速：利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而到达调速的目的.此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰.常用于电风扇的调速上.五、电机启动1、直流电机启动(1)启动方法直接合闸起动：直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动.由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小,而转动体具有一定的机械惯性,起动的开始阶段电流很大最大可达额定电流的15〜20倍.由于电动机启动电流很大,所以启动转矩大,电动机启动迅速,但这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花.它只适用于功率不大于4千瓦小型电动机,如家用电器中的直流电机.串电阻起动：在启动时将一组启动电阻？串人电枢回路,以限制启动电流,而当转数上升到额定转数后,再把启动变阻器从电枢回路中切除.启动电流小,但是变阻器比拟笨重,启动过程中要消耗很多的能量.降电压起动：在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法来限制启动电濡要有一套可变电压的直流电源,这种方法只适合于大功率直流电机.〔2〕启动转矩直流电机的起动转矩由你自己设定,假设全压直接起动,可以到达额定转矩的多倍,这样将使机械损毁,所以必须参加启动电阻以减少起动电流从而减少起动转矩,一般参加的启动电阻使起动转矩为额定转矩的2-2.5倍左右,这样电机及机械可以承受,启动过程也能加快.2、交流电机启动〔1〕启动方法全压启动：在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动.优点是操纵限制方便,维护简单,而且比拟经济.主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw的电动机不宜用此方法.自耦减压起动：利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式.它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%.并且可以通过抽头调节起动转矩. 至今仍被广泛应用.Y-A起动：正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机,在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,降低起动电流,减轻对电网的冲击.起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3.适用于无载或者轻载起动的场合.同任何别的减压起动器相比拟,其结构最简单,价格也最廉价.除此之外,当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行,这样能使电动机的效率有所提升,并节约了电力消耗.软起动器：利用可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,起动效果好但本钱较高.可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响.另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时.因此可控硅元件的故障率较高,由于涉及到电力电子技术, 因此对维护技术人员的要求也较高.变频器：由于涉及到电力电子技术,微机技术,因此本钱高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度限制要求高的领域.总之,星三角起动,自藕减压起动因其本钱低,维护相对软起动和变频限制容易,目前在实际运用中还占有很大的比重.但因其采用分立电气元件组装,限制线路接点较多,在其运行中,故障率相比照拟高.〔2〕启动转矩启动转矩表征了电动机的启动水平,启动转矩大于额定转矩,一般电机样板上标有两者的关系〔倍数〕,一般2倍左右,它与启动方式有关〔如星三角起动,变频调速起动等〕,直接起动鼠笼式一般为额定力矩的0.8到2.2倍.通常起动转矩为额定转矩的125%以上.与之对应的电流称为起动电流,通常该电流为额定电流的6倍左右.一般自耦变压器的抽头有65%和80%两组,需要较大启动转矩时接80%,否那么接65%；六、电机制动1、反接制动：在电机断开电源后,在电机的电源上加上与正常运行电源反相的电源,加快电机的减速.反接制动有一个最大的缺点：当电机转速为0时,如果不及时撤除反相后的电源,电时机反转.因此, 不允许反转的机械,如一些车床等,制动方法就不能采用反接制动了,而只能采用能耗制动或机械制动.2、能耗制动：定子绕组中通以直流电,从而产生一个固定不变的磁场,转子按旋转方向切割磁力线,产生一个制动力矩.由于是在定子绕组中通以直流电来制动,因而能耗制动又叫直流注入制动.在一些要求制动时间短和制动效果好的场合,一般不使用此制动方法.3、再生制动：当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时,转子绕组所产生的电磁转矩的旋转方向和转子的旋转方向相反,电机处于制动状态.此时,可以采取一定的举措把产生的电能回馈给电网, 因此,再生制动也叫发电制动.再生制动会出现在以下两种场合：1、起重机重物下降时,电机转子在重物重力的手动下,转子的转速有可能超过同步转速,此时,电机处于再生制动状态.2、变频调速时,当变频器把频率降低时,同步转速也随之降低.但转子转速由于负载惯性的作用,不会马上降低,此时,电机也会处于再生制动状态,直至拖动系统的速度也下降为止.4、机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法.如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器.七、伺服电机1、直流伺服电机与直流无刷电机直流无刷电机和直流伺服电机是2类,概念上不存在交集.简言之：直流伺服电机特指直流有刷电机.无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定.限制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以正弦波换相.电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境.2、交流伺服电机与直流伺服电机直流伺服电机：就是把直流电机加上编码器形成闭环限制,电机通过改变电的大小来改变电机的扭矩、速度等参数.直流伺服电机的结构和普通直流电机差不多,只是直流电机为满足低惯量采用细长电枢,盘形或空心杯的,或者改成了永磁电机,是最理想的调速系统,这就导致直流伺服电机比拟容易实现调速,限制精度较高.缺点是直流伺服电机有碳刷,容易造成电机的磨损,而且维护本钱高操作麻烦.交流伺服电机：是交流电机的一种,通过伺服驱动器的矢量限制理论限制电机的扭矩,速度、位置等等,交流伺服电机的转子电阻一般很大,这样可以预防自转,当限制电压消失后,由于有励磁电压,此时的交流伺服电机中会有脉振磁动势,交流伺服就是是一种带编码器的同步电机,效果比直流伺服稍微差一点,但维护方便.缺点是价格高、精度没直流的好!推荐使用交流伺服电机, 直流伺服电机太热,限制精度不好,使用寿命短.永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比拟,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定子绕组散热比拟方便.⑶ 惯量小,易于提升系统的快速性波纹管联轴器.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.八、步进电机。
项目三 交流电机类型及其控制技术
第四节 三相异步感应电动机的转矩与功率的关系
从定子输入到转子的功率（kw）
Pm
2 n0T
60
式中， T 为旋转磁场作用于转子导体所产生的转矩； n0 为旋转磁场的同步
转速。
当转子的转速为 n（r/min）时，转子产生的总机械功率（包括有用功率和损
耗的功率）（W）
2 nT
Pm 60
式中，n 为电动机转子转速。
2)制动运转状态。三相异步感应电动机的三种制动运转状态：反馈制动、反 接制动和能耗制动。一般情况下，电动汽车利用反馈制动回收能量可以达到车辆 所消耗能量的10%～15%,这对与电动汽车的节能有重要意义。
在反馈制动状态，感应电动机被电动车带动，并将一部分惯 性能量转换为转子钢耗，而大部分通过进入定子。除去定子铜 耗与铁耗后，电能反馈到电流转换器被转换并储存到动力电池 中，因此又称为发电制动。由于Te为负，s<0，所以反馈制动状 态的机械特性是电动状态机械特性向第三象限的延伸。
下降，如图 3-13 所示。
图 3-13 功率因数特性
(5)效率特性 效率特性η = f2(P2)。根据η = P2/ P1，P2 =0，η =0。P2 增加，η 提高，当 P2 增加到某一临界值时, η 又下降。这是因为铜损与电流有关，与电流平方成正比， 如图 3-14 所示。
图 3-14 效率特性
三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类，其中鼠笼 式应用最为广泛。
交流异步电机具有以下的特点。交流异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格 便宜、工作可靠、效率较高、无需保养等特点，特别是采用鼠笼式转子时，交流电 动机具有其他电动机不可比拟的优点，随着电子调速技术的发展，已成为电力拖动 选择的主要机型。
同步发电机的五种特性
同步发电机的五种特性
同步发电机，即转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机。
按结构可分为旋转电枢和旋转磁场两种。
当它的磁极对数为p、转子转速为n时，输出电流频率f=np/60（赫兹）。
同步发电机的五种特性: 空载特性短路特性零功率因数负
载特性同步发电机的外特性调节特性。
同步发电机是一种最常用的交流发电机。
在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
由于同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。
若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。
介绍
作发电机运行的同步电机是一种最常用的交流发电机。
在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
由于同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。
若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。
同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步发电机中电枢绕组采用单相。
表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。
这些特性是用户选用发电机的重要依据。
交流发电机
风扇与皮带轮
前、后端盖
如图所示，前端盖、后端盖是由非导磁材料铝合金制成的，漏磁少， 并具有轻便、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷架和电刷。
1．发电机原理
当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕 组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了6对相 间排列的磁极。磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形 成闭合磁路。
当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组 中产生交流电动势。如上图所示，由于三相绕组是对称绕制的，所以产 生的三相电动势亦是对称的。 每相绕
式中：EΦ——电动势的有效值； C1——电机常数； n——转子的转速； Φ——磁极磁通。
发电机的基本原理
电磁感应：当磁通被在磁场里运动的导 体切割时，便在导体中产生电动势（感 应电动势）。若设法使磁通和导体产生 相对的切割运动，在导体中便能产生电 动势。这种现象称为“电磁感应”。发 电机积蓄由电磁感应产生的电动势，产 生电能（电压和电流）。
发电机基本原理
虽然单个导体在磁场里运动能产生电动 势，但是非常小。如果把二个导体首尾 连接起来，那么将产生二次电动势，结 果产生二倍电动势。以线圈形式的导体 在磁场中转动时，将产生较大的电动势， 从而形成电压和电流。发电机就是根据 这个原理，在磁场中转动线圈来产生电 能。
UN
U BE 2
带有中性点接线柱的发电 机，可用中性点电压来控制各种 用途的继电器工作。
图3.15 交流发电机中性点电压波形图
利用中性点电压提高发电机功率 有的发电机（如夏利发电机）的 整流器有8只整流管，其中两只整流管接 在中性点处（1只正极管和1只负极管）， 如图3.16所示。把中性点电压和三相绕组 并联输出，实践证明这样可提高发电机功 率10％～15％。 由于中性点电压的瞬时值是一个 三次谐波，其波峰在有些时候可能大于三 相绕组的最高值，此时，中性点正极管 VD7导通，其他三个正极管截止，由VD7供 给外电路高电压；同理，波谷也能小于三 相绕组的最低值，此时，中性点负极管 VD8导通，参与对外输出，这样就提高了 发电机的对外输出能力，提高了发电机的 输出功率。
交流电机结构及原理
负载特性：交流电机的负载特性是指电机在负载变化时其输出特性的变化情况。
负载类型：交流电机的负载类型包括恒转矩负载、恒功率负载和变转矩负载。
负载变化：交流电机的负载变化会影响电机的输出特性如转速、转矩、功率等。
负载特性曲线：交流电机的负载特性可以通过负载特性曲线来表示该曲线描述了电机在不同 负载条件下的输出特性。
交流电机的调速范围广可 以实现无级调速
交流电机的调速性能好可 以实现平滑调速
交流电机的调速效率高可 以实现高效调速
交流电机的调速稳定性好 可以实现稳定调速
PRT SIX
交流电机在工业自动化中广泛应用 于各种机械设备如传送带、泵和压 缩机等。
交流电机具有高效、可靠和稳定的 性能能够保证工业自动化设备的长 期稳定运行。
鼠笼式电机：结构简单成本低维护方便适用于低速、大扭矩场 合
绕线式电机：结构复杂成本高维护困难适用于高速、小扭矩场 合
鼠笼式电机：转子为笼型结构定子为绕组结构转子与定子之间 存在间隙
绕线式电机：转子为绕组结构定子为笼型结构转子与定子之间 存在间隙
鼠笼式电机：转子与定子之间存在电磁感应产生旋转磁场带动 转子旋转
交流电机工作原理： 通过交流电产生旋 转磁场带动电机转 子旋转
交流电机结构：定 子、转子、绕组、 磁铁等
交流电机控制：通 过控制电流频率和 相位来控制电机转 速和转矩
转矩的产生：由定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组相互作用产生 转矩的传输：通过定子与转子之间的气隙传递到转子 转矩的大小：与定子绕组电流、转子绕组电流、气隙大小等因素有关 转矩的方向：与定子绕组电流、转子绕组电流、气隙大小等因素有关
轨道交通：交流电机广泛应用于地铁、轻轨、高铁等轨道交通领域提供动力和牵引力。