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1、2010-20122010-2012学年第学年第I I学期学期 1 本章教学本章教学: : 一、教学要求：一、教学要求： pp掌握掌握交流伺服电动机交流伺服电动机结构、分类和作用等概念结构、分类和作用等概念 pp理解理解两相伺服电动机两相伺服电动机工工作原理（包括作原理（包括自转现象原因自转现象原因 及克服方法和措施等）及克服方法和措施等） pp了解了解两相伺服电动机两相伺服电动机控制方法控制方法 pp理解理解两相伺服电动机两相伺服电动机的静态特性的静态特性 pp了解了解两相伺服电动机两相伺服电动机的动态特性的动态特性 2 二、教学时间安排：3学时 三、主要内容： n两相异步交流伺服电动机 本
2、章重点：两相伺服电动机工作原理和静态特性 本章难点：两相伺服电动机的动态特性 本章教学本章教学: : 3 四、教学过程： 本章教学本章教学: : 两相两相异步异步交流伺服电动机交流伺服电动机 交流伺服电动机异步同步 异步交流伺服电动机两相三相 4 3.1.1 3.1.1 异步电动机的结构特点异步电动机的结构特点 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 pp 定子（固定部分）定子（固定部分） pp 转子（旋转部分）转子（旋转部分） 5 vv 定子铁心、定子绕组定子铁心、定子绕组 三相，两相，单相。三相，两相，单相。 vv 转子：鼠笼式，绕线式。转子：鼠笼式，
3、绕线式。 笼式，构造简单，工作可靠。笼式，构造简单，工作可靠。 转子绕组闭合。转子绕组闭合。 3.1.1 3.1.1 异步电动机的结构特点异步电动机的结构特点 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 6 3.1.2 3.1.2 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 vv 旋转磁场加闭合的转子绕组旋转磁场加闭合的转子绕组旋转磁场旋转磁场 感应电流感应电流电磁转矩，与磁场同向。电磁转矩，与磁场同向。 vv 转子速度小于磁场转速，异步。转子速度小于磁场转速，异步。 vv 转子速度等于磁场转速，电流和转矩为零转子速度等于磁场转速，电流和转矩为零 。 vv 转子
4、速度大于磁场转速，转矩与磁场反向转子速度大于磁场转速，转矩与磁场反向 。 vv 旋转磁场由多相电流产生。旋转磁场由多相电流产生。 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 7 一、几个概念一、几个概念 两相对称电流：幅值相等，相位相差两相对称电流：幅值相等，相位相差9090。 3.1.3 3.1.3 旋转磁场旋转磁场 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 8 vv 一相绕组：串联在一起的一组线圈一相绕组：串联在一起的一组线圈 。 vv 电机极数：一相绕组通直流电时形成磁场的极数。电机极数：一相绕组通直流电时形成磁场的极
5、数。 vv 电角极对数电角极对数p p机械角度机械角度 vv 两相电机两相电机: :两相绕组轴线的夹角为两相绕组轴线的夹角为90/90/p, p,其中其中9090为电角。为电角。 vv 两相对称绕组：匝数相等，均匀分布。两相对称绕组：匝数相等，均匀分布。 3.1.3 3.1.3 旋转磁场旋转磁场 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 9 3.1.3 3.1.3 旋转磁场旋转磁场 二、两相对称绕组的磁场二、两相对称绕组的磁场 pp 两相两极电动机，电流变化一两相两极电动机，电流变化一 个周期，磁场在空中旋转一周。个周期，磁场在空中旋转一周。 一相电流反相，
6、磁场反转。一相电流反相，磁场反转。 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 10 3.1.3 3.1.3 旋转磁场旋转磁场 两相四极电动机两相四极电动机 pp电流变化一个周期，磁场转过半电流变化一个周期，磁场转过半 圈。一相电流反相，磁场反转。圈。一相电流反相，磁场反转。 二、两相对称绕组的磁场二、两相对称绕组的磁场 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 11 pp 电流变化一个周期时电流变化一个周期时 ，两相两极绕组磁场在空间旋转，两相两极绕组磁场在空间旋转 机械角机械角 电角。两相四极绕组磁场在空间旋转电角。两相
7、四极绕组磁场在空间旋转 机械角机械角 电角。电角。 pp 电流变化一个周期，两相绕组磁场在空间旋转电流变化一个周期，两相绕组磁场在空间旋转 电角电角 。 pp 设两相绕组极对数为设两相绕组极对数为 ，电源频率是，电源频率是 Hz Hz 。 pp 旋转磁场的转速（同步转速旋转磁场的转速（同步转速 ） 3.1.3 3.1.3 旋转磁场旋转磁场 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 3.1 3.1 异步电动机的结构特点和工作原理异步电动机的结构特点和工作原理 12 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 一、单相集中绕组的磁场一、单相集中绕组的磁场 集中绕组：集中绕组：绕组的两边分别放
8、在一个槽中。绕组的两边分别放在一个槽中。 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 13 pp 设线圈的匝数为设线圈的匝数为 ，通过线圈的电，通过线圈的电 流为流为 。 pp 磁路总磁势磁路总磁势 pp 气隙磁势气隙磁势 pp 直流的磁势是固定的方波。直流的磁势是固定的方波。 pp 若电流为若电流为 气隙磁势气隙磁势 pp 交流磁势是方波，位置固定，振幅的交流磁势是方波，位置固定，振幅的 大小和正负随时间做周期变化，频率大小和正负随时间做周期变化，频率 与电流相同。与电流相同。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组
9、磁场的分析 14 pp 方波分解为傅里叶级数方波分解为傅里叶级数 pp 基波基波 pp 基波振幅基波振幅 pp 第第i i次谐波的最大幅值是基波最大幅值次谐波的最大幅值是基波最大幅值 的的l l/ /i i倍。倍。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 15 pp 脉振物理量脉振物理量 ：空间和时间的函数，空间的位置（最大值或：空间和时间的函数，空间的位置（最大值或 波形对称轴的位置波形对称轴的位置 ）固定，振幅的大小和正负随时间周期）固定，振幅的大小和正负随时间周期 变化。变化。 pp 交流电的磁势是脉振磁势交流电
10、的磁势是脉振磁势 。 pp 脉振磁势的典型表达式脉振磁势的典型表达式 pp 在任何时刻，在空间都按余弦规律分布。磁势分布曲线幅在任何时刻，在空间都按余弦规律分布。磁势分布曲线幅 值的位置值的位置 ，位置始终不变。磁势幅值，位置始终不变。磁势幅值 的大小（的大小（ ）和符号随时间周期变化。）和符号随时间周期变化。 pp 基波和谐波都是脉振磁势。基波和谐波都是脉振磁势。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 16 pp 分布绕组：由分布绕组：由q q个绕组串联而成个绕组串联而成 , ,分布在分布在q q 个连续槽中。个连
11、续槽中。 pp 单相分布绕组的磁势为各集中单相分布绕组的磁势为各集中 绕组磁势之和。绕组磁势之和。 pp 单相分布绕组的磁场是阶梯波单相分布绕组的磁场是阶梯波 ，脉振磁场。，脉振磁场。 pp 有有q q 个线圈分布在个线圈分布在q q 个槽中，每个槽中，每 个槽中有个槽中有 匝，傅里叶级数匝，傅里叶级数 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 二、单相分布绕组的磁场二、单相分布绕组的磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 17 pp 基波基波 式中式中WW为每相绕组匝数；为每相绕组匝数； 为极对数；为极对数； 为基波磁势的最为基波磁势的最 大值。大值。
12、 pp 如果绕组电流为如果绕组电流为 ，绕组轴线的位置（即，绕组轴线的位置（即 磁势分布曲线幅值的位置）是磁势分布曲线幅值的位置）是 ，则磁势的基波分量，则磁势的基波分量 为为 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 18 pp 当时间一定时，当时间一定时， 是一个空间正弦是一个空间正弦 波，其幅值为波，其幅值为 /2/2，；当空间位置一定时，；当空间位置一定时， 是一个时间是一个时间 的正弦波，幅值是的正弦波，幅值是 /2/2，表示某一固定点处随时间按正弦，表示某一固定点处随时间按正弦 规律脉振的磁势。磁势波形幅值的
13、点，即规律脉振的磁势。磁势波形幅值的点，即 的点，的点， 这时有这时有 ，则，则 pp 波形幅值的位置随时间而变化，其中波形幅值的位置随时间而变化，其中x x 代表电角。代表电角。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 三、脉振磁势与旋转磁势三、脉振磁势与旋转磁势 脉振磁势脉振磁势 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 19 pp 旋转的角速度（电角）为旋转的角速度（电角）为 pp 转速为正，转速为正， 称为正向旋转的磁称为正向旋转的磁 场。场。 pp 因为一个圆周为因为一个圆周为22p p radrad（电角），所以该磁势波旋转的（电角），所以该磁势波
14、旋转的 速度可表示为速度可表示为 式中式中 和和 f f 分别为电流的角频率和频率。分别为电流的角频率和频率。 pp 同理可分析出同理可分析出 是一个反向旋转的是一个反向旋转的 磁势波，其幅值与旋转速度值和磁势波，其幅值与旋转速度值和 相同。相同。 pp 脉振磁势可以分解为两个速度相同但方向相反的旋转磁势脉振磁势可以分解为两个速度相同但方向相反的旋转磁势 ，每一旋转磁势振幅的大小不变，为原来脉振磁势最大值，每一旋转磁势振幅的大小不变，为原来脉振磁势最大值 的一半。的一半。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 20
15、pp 空间向量：在空间按正余弦规律分布的物理量。向量空间向量：在空间按正余弦规律分布的物理量。向量 的长度是空间分布曲线的幅值（绝对值），位置是空的长度是空间分布曲线的幅值（绝对值），位置是空 间分布曲线的一个（正的）幅值所在的位置。间分布曲线的一个（正的）幅值所在的位置。 pp 空间向量的加减运算同矢量的加减法。空间向量的加减运算同矢量的加减法。 pp 空间向量可以是脉振向量或旋转向量空间向量可以是脉振向量或旋转向量 。 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 四、空间向量四、空间向量 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 21 pp 向量向量 幅值位置幅值位置 pp 向量向量 幅值位置幅值位置 pp 向量向量 幅值位置幅值位置 3.2.1 3.2.1 单相绕组的脉振磁场单相绕组的脉振磁场 3.2 3.2 交流绕组磁场的分析交流绕组磁场的分析 22 3.2.2 3.2.2 两相绕组的非圆形旋转磁场两相绕组的非圆形旋转磁场 1 1两相绕组电流相位相同，产生脉振磁场。两相绕组电流相
