电机学第八章

第八章异步电机拖动教案

第八章异步电动机拖动本章主要介绍异步电动机的机械特性及其在电机起动、调速、制动过程中的具体应用。

包括异步机三种不同的机械特性表示方法，鼠笼机的降压起动，绕线电机起动电阻计算，多种调速方法，异步机的制动等内容。

其中，机械特性是重点，其他具体问题都是在了解机械特性的基础上的进一步学习的。

1.了解三相异步电动机的电磁转矩公式，掌握三相异步电动机的的固有特性，了解三相异步电动机的人为特性。

2.了解负载的机械特性和电力拖动系统的稳定运行条件。

3.掌握异步电动机的起动指标及三相异步电动机的主要起动方法。

4.掌握异步电动机的调速指标及三相异步电动机的主要调速方法。

5.了解异步电动机的制动原理和制动方法。

第一节三相异步电动机的机械特性一、机械特性的三种表达式定义：异步电动机在定子电压、频、绕组参数固定时，电动机的转速与此电磁转矩之间的函数关系n=f(T)。

*因为转差率s=1-n/n1,也可以用s=f(T)从电磁转矩产生的物理过程，影响因素的角度来看，可以用物理表达式和参数表达式描述，考虑到应用的要求，可以使用实用表达式二、物理表达式1 公式：或者写成2 特点：*不含有转差率s*主磁通、转子电流、转子功率因数都是s的函数1)主磁通与s结论：当定子漏抗压降较小时，E1=U1,则主磁通=U1/4.44f1N1kw1,几乎不变当定子电流增大，定子压降增大，E1不等于U1，主磁通下降很多2）转子电流与s转子电流表达式:结论：转差率小时，转子电阻作用大，s增大，电流增大；转差率大时，转子漏电抗作用大，s增大，电流不变。

（漏抗与电流大小成正比）3）功率因数与s公式：结论：速度高，s小，功率因数变化小速度低，s大，功率因数变化大。

总结：电磁转矩公式类似直流电机，从物理概念上反映了电磁转矩是由气息磁通与转子电流的有功分量相互作用产生，符合左手法则。

三.参数表达式1．公式或写成2 特点：*可直接建立电磁转矩与定子电压、转差率（转速）的关系*确定特殊点1)同步运行点T=0,s=0,n=60f1/p2)最大转矩点T=Tmax,s= R2/X2(转子回路电阻与电抗之比值，所以可串电阻调节)异步电动机机械特性为二次方程式，所以在某一转差率sm 时，转矩有一最大值Tm，该值称为异步电动机的最大转矩。

第八章三相异步电动机的启动与制动

PN 28 TN 9550 9550 183.78N m nN 1455
正常启动要求启动转矩不小于Tst1,
8.2 三相笼型异步电动机的起动
设自耦变压器变比为 K N2 N1 ＜1，则直接起动时定子绕组的电压UN、电流Is与降压起动时承受的电压电流关系为
U N2 U N N1
I s U N 2 I s U N N1
图8.6 自耦变压器降压起动的一相线路
8.22
第8章三相异步电动机的启动与制动
3 pU R2 3 pU R2 Ts 2 2 2 2f1 ( X k X ) 2f1 ( Rk ( X k X )
8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动

2 1

2 1
式中的短路阻抗 Z k Rk jX k 在电动机设计后，电抗器因此，
X k 0.9Z k
3. 自耦变压器(起动补偿器)起动
方法：自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接自耦变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接加到电动机上。三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动的接线如图8.5所示，其起动的一相线路如图8.6所示。
8.21
图8.5 自耦变压器降压起动接线图
第8章三相异步电动机的启动与制动
最单
定子串电抗起动
u
u
u2
一般
ㄚ－△起动
1 3
1/3
简单
1/3 较复杂
自耦变压器 u u2 u2
延边三角形起动
0.66
0.5
0.5
简单
8.25
第8章三相异步电动机的启动与制动
软起动方法采用电子软起动来实现电动机的起动：（1）限流或恒流起动（2）斜坡电压软起动（3）转矩控制软起动。（4）转矩加脉冲突变控制（5）电压控制

电机拖动基础第八章电力拖动系统的动力学基础

第八章电力拖动系统的动力学基础(Dynamics basis of e-power dragging system)电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。

包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。

它们之间的关系如下本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性。

8.1电力拖动系统的运动方程式(kinematics equation)一.运动方程式电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。

根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：dtd J T T L em Ω=- 其中dtd J Ω 为系统的惯性转矩。

运动方程的实用形式： dt dn GD T T L em ⋅=-3752 系统旋转运动的三种状态1) 当L em T T =或0=dt dn 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。

2) 当L em T T >或0>dtdn 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。

3) 当L em T T <或0<dtdn 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。

二、运动方程式中转矩正、负号的规定首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：（1）电磁转矩em T 与转速n 的正方向相同时为正，相反时为负。

（2）负载转矩L T 与转速n 的正方向相同时为负，相反时为正。

传动机构生产负载控制设备电源（3）惯性转矩dtdn GD ⋅3752的大小和正负号由em T 和L T 的代数和决定。

三、各种形状旋转体转动惯量的计算1.分两种情况1）旋转轴通过该物体重心；2）旋转轴不通过该物体重心；2.几种常见旋转物体转动惯量的计算1）小球； 2）圆环体；3）圆柱体； 4）长方体（过重心）5）长方体（不过重心）； 6）圆锥体；7）圆柱体（圆杆，过重心） 8）圆柱体（圆杆，不过重心）8.2工作机构转矩、力、飞轮力矩和质量的折算(conversion)实际拖动系统为多轴系统，分析较为复杂——简化——引入折算概念——等效为单轴系统。

电机及应用第二版第八章直流电动机

第八章直流电机
第一节直流电动机的工作原理及可逆性第二节直流电动机的结构第三节直流电机的电动势、电磁转矩和功率第四节直流电动机的工作特性与机械特性第五节直流电动机的起动第六节直流电动机的调速及反转第七节直流电动机的制动第八节微型直流电动机结构简介
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第八章直流电机
本章要求
1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2. 掌握他励（并励）和串励直流电动机的电压与电流的关系式，接线图、机械特性。 3. 搞清他励（并励）和串励直流电动机的起动、反转和调速的基本原理和基本方法。
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直流电机是直流发电机与直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可作发电机运行，也可作电动机运行。作直流发电机运行时，将机械能转变成直流电能输出；作直流电动机运行时，则将直流电能转换成机械能输出。20世纪70年代以来，由于大功率半导体整流器件的广泛应用，直流电能的获得基本上靠将交流电通过整流装置变成直流电，而不采用体积大、价格贵的直流发电机发出直流电。因而本章重点介绍有关直流电动机的概念、特性与使用。
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直流电动机与交流电动机相比，虽然结构较复杂，使用维护较麻烦，价格较贵，但由于其具有调速性能好、起动转矩较大等优点，长期以来一直在起重机械、运输机械、冶金传动机构、精密机械设备及自动控制系统等领域获得了较广泛的应用。随着近些年来交流电动机变频调速技术的迅速发展，在许多领域中直流电动机已被交流电动机取代。可以预期，在不远的将来，除了一些由电池供电的微型直流电动机以外，它将被逐步淘汰。
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Ia ＋ U － 1 2 B A

电机设计讲稿第八章

电机设计讲稿第八章1.12.23.3二主要类型电机的典型结构简述，尽量使零部件符合标准化系列化通用化的要求，定子铁心确定轴向和周向固紧方式，转子铁心与转轴组合套轴式支架式，我国中小型电机系列有个系列个品种。

电机设计讲稿第八章2017-08-23 14:57:46 | #1楼第八章结构设计和机械计算结构设计和机械计算是电机设计的一个组成部分，它主要在电磁设计完成后进行，以解决机械部分的设计问题。

内容：电机的基本结构，结构设计的基本内容、原则和方法，电机主要零部件（机座、转轴、换向器及厚壁圆筒）的机械计算。

§8-1电机的基本结构型式（自学）一、总体结构的分类（一）按通风冷却系统分类空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等；氢、水等：封闭循环（二）按防护型式分类开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等（三）按安装结构型式分类IM1～IM9二、主要类型电机的典型结构简述（一）感应电机1、封闭式2、防护式3、箱型结构（二）同步电机1、凸极同步电机（1）卧式凸极同步电机（2）立式凸极同步电机2、隐极同步电机（三）直流电机§8-2 结构设计的基本内容、原则和方法一、结构设计的基本内容和原则1、结构设计的基本内容① 确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式、安装方式、通风系统等。

② 确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等。

③ 确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。

④ 核算零部件的机械性能。

2、设计原则① 应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行；② 所有结构型式一般应符合有关国家标准规定，如防护型式、轴承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸等；③ 尽量使零部件符合“标准化、系列化、通用化”的要求；④ 应具有良好的结构工艺性；⑤ 应考虑电机装拆和维修方便；⑥ 适当注意外形美观。

二、结构设计的方法（一）交流电机的结构设计1、确定总体结构2、确定定转子的结构① 定子结构设计的内容和方法定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；径向通风道元件的结构；如采用扇形片时，确定扇形片划分、鸽尾槽数目、尺寸、布型；大型还要确定铁心两端阶梯部分的具体结构；定子绕组：应先计算和作图求得端部尺寸；确定固定方式；作出定子的分装草图。

第八章直线电机

第八章直线电机本章基本要求•掌握直线电动机的工作原理•理解直线电机在工程中的应用以工程应用背景为引导，掌握直线的基本知识！一直线电机的概述二直线感应电动机三直线直流电动机四直线步进电动机五应用举例六小结直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。

•结构多样，可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种形式；•多电源工作，可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作；•满足多类需求，能满足高速、大推力的驱动要求，也能满足低速、精细的要求。

直线电机按其工作原理可分为直线电动机和直线驱动器直线电动机直线驱动器交流直线感应电动机（LIM）交流直线同步电动机（LSM）电磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可变阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超导体（SC）LSM 直线直流电动机（LDM）电磁式LDM永磁式LDM无刷LDMVR形LPMPM形LPM直线步进电动机（LPM）混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（LES）直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（LUM）直线发电机（LG）直线电机按其结构主要分为五类短初级短次级单边直线电动机双边直线电动机短次级短初级圆筒式结构从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化圆弧式直线电动机圆盘式直线电动机优点•省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。

•不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高。

•直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。

由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。

•直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。

•装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。

•大气隙导致功率因数和效率降低，功率因数和效率比同容量的旋转电机低；•启动推力受电源影响大，需要采取保护措施保证电源的稳定或改变电动机的有关特性来改善；缺点应用•军事领域：利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；•交通运输业：利用直线电机制成时速达500km以上的磁悬浮列车；•工业领域：用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的机械设备中；•精密仪器设备：例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等；•民用装置：如门、窗、桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等。

第08章-同步电机原理

图8-5 励磁磁通
-10-
第八章同步电机原理
二、凸极同步电动机的双反应原理
对于电枢磁动势Fa 单独在电机主磁路中产生磁通时的情况，则比励磁磁动势Ff 产生磁通时的情况复杂。由于Fa 与Ff 的空间位置不一定相同，所以只要Fa 与Ff 的空间位置不相同，就必然使Fa的方向不在直轴方向。对于凸极式同步电动机，由于气隙的不均匀，即使知道电枢磁动势Fa 的大小和位置，也无法求得磁通。
-22-
第八章同步电机原理
考虑以上这些关系，得
Pem

3
E0U s Xd
s in

3U
s
2

1 Xq

1 Xd

cos
s in
Pem

3
E0U s Xd
s in

3Us2 X d X q 2XdXq
sin 2
（8-19）（8-20）
接在电网上运行的同步电动机，已知电源电压Us、电源的
-13-
第八章同步电机原理
考虑到式（8-2）的关系，即有
Is Id Iq
（8-6）
即把电枢电流 Is 按相量的关系分解成两个分量：量是 Id ，另一个分量是 Iq ，其中 Id 产生磁动势
一个分
Fad ； Iq
产生磁动势 Faq 。
Id
Fad
Is
Iq
Faq
-14-
第八章同步电机原理
三、同步电动机的电压方程
1. 凸极同步电动机的电压方程
不管是励磁磁通 f ，还是直轴磁通 ad 和交轴磁通 aq，都
是以同步转速逆时针旋转，因此都要在定子绕组中产生相应的感

电机拖动_第八章_电力拖动系统动力学基础

物理意义:电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，而系统的运动状态取决于作用在电动机转轴上的各种转矩。
6
二
运动方程式中转矩的正负符号分析
电动机轴上的拖动转矩和阻转矩与电动机类型、运转状态、生产机械负载类型有关，运动方程式的一般形式为：
电机拖动基础
GD2 dn T (Tz ) 375 dt 以单轴拖动系统为例：
电机拖动基础
Tz Fz vz
2πn / 60 Fz v z Tz 9.55 n
F —— 工作机构直线作用力（N） v Z —— 重物提升或者下降的速度（m/s） Tz —— 直线作用力Fz折算为电动机轴上的阻转矩（N.m） 9.55 —— 单位换算系数
z
21
L
r12
L
0
4 L (l tan ) dl r14 dl 0 2 2
0.3mr 2
15
7. 圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且穿过它的重心
电机拖动基础
设密度为γ，则有
dm dr1 (2r sin ) L d (r cos ) (2r sin ) L
4
电机拖动基础
在工程中，系统的惯性作用常用飞轮惯量 GD 2 来表示 2 GD 2 转动惯量 J m 4g • m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N） •ρ与D——惯性（回转）半径与直径（m） • g——重力加速度，g=9.81m/s2 •GD2——飞轮惯量（N〃m2）,表示电动机转子与工作机构转动部分的飞轮惯量之和。 GD2=4gJ 注意：(1)GD2是表征转动系统惯性的一个物理量，是一个完整符号，不能简单地理解为两者的乘积。否者，意义完全不同 2 kg m (2)如果从产品目录中查出的飞轮惯量单位是，则需乘以9.81。

第8章控制电机(电机原理与电力拖动)

8.5 旋转变压器
旋转变压器从原理上说，相当于一台二次绕组可以转动的变压器。从结构上说，相当于一台两相绕线型异步电动机。旋转变压器的定、转子铁心由优质硅钢片或高镍合金片叠成。定、转子铁心槽内分别装有两个结构完全相同而互相垂直的绕组。转子绕组可由滑环和电刷引出或由软导线直接引出。当然，后者的转子转角会受到一定的限制。
1．交流伺服电动机
交流伺服电动机的定子与一般单相异步电动机的定子相似。定子绕组多制成两相，两相绕组在空间相差90°电角度。其转子结构有笼型和非磁性杯形两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同；非磁性杯形转子与杯形转子异步测速发电机的转子相似。
2．直流伺服电动机
在直流伺服系统中常用的是电磁式（他励式）和永磁式直流伺服电动机。其结构与普通他励式和永磁式直流电动机没有根本区别。所不同的是，伺服电动机电枢电流很小，换向并不困难，因此，都不装换向极，并且转子做得细长，气隙较小。
3．比例式旋转变压器
从原理上说，比例式旋转变压器与正余弦旋转变压器一样，不同之处是比例式旋转变压器的转轴上装有调整齿轮和调整后可以固定转子的机构，使用时，可将转子转到需要的角度后加以固定。
4．数据传输用旋转变压器
数据传输用旋转变压器的工作原理和用途与控制式自整角机相同，但精确度要比控制式自整角机高，其电路如图8-21所示。左边的旋转变压器称为旋变发送机，右边的旋转变压器称为旋变变压器。
2．线性旋转变压器
这种旋转变压器的特点是在一定的转角范围内，输出电压与转子转角成正比。
由于θ很小，且用弧度为单位时，θ≈sinθ。因此，一般的正余弦旋转变压器在转子转角很小时即为线性旋转变压器。但是当θ=14°＝ 0.244.35 rad时，sinl4°=0.241 92，误差已达1 ％。因此，若要求在更大的转角范围内得到与转角成线性关系的输出电压时，简单地直接使用正余弦动的发展