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1、1.1直流电机工作原理21.2直流电机结构31.3直流电动机调速51.3.1改变电枢回路电阻调速51.3.2 变电枢电压调速61.3.3改变励磁电流调速82.1异步电机的基本结构92.2交流电动机调速112.2.1交流调速装置与特点112.2.2变频调速132.2.3 V f比恒定控制142.2.4其他控制方式183.1总结与心得体会19#1.1直流电机工作原理图1.1直流电机原理图电枢绕组通过电刷接到直流电源上， 绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从 电刷A流入电枢绕组，从电刷B流出。电枢电流la与磁场相互作用产生电磁力 F，其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢
2、逆时针方向旋转。如上图a所示。当电枢转到上图b所示位置时，由于换向器的作用，电源电流 la仍由电刷 A流入绕组，由电刷B流出。电磁力和电磁转矩的方向仍然使电动机电枢逆时针 方向旋转。电枢转动时，割切磁力线而产生感应电动势，这个电动势（用右手定则判定） 的方向与电枢电流la和外加电压U的方向总是相反的，称为反电动势 Ea。它与 发电机的电动势E的作用不同。发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生 电流。而Ea是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。可见，电动机向负载输出机械功率的同时， 电源却向电动机输入电功率，电 动机起着将电能转换为机械能的作用。发电机和电动机两者的电磁转矩
3、 T的作用是不同的。发电机的电磁转矩是阻 转矩，它与原动机的驱动转矩 T1的方向是相反的。电动机的电磁转矩是驱动转 矩，它使电枢转动。电动机的电磁转矩 T必须与机械负载转矩T2及空载损耗转 矩To相平衡，即T= T2十T。当电动机轴上的机械负载发生变化时，则电动机的 转速、反电动势、电流及电磁转矩将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新 的平衡。可见，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然然都产生电动和电磁转矩，但两者作用截然相反。1.2直流电机结构我们讨论电机及其它电器的结构，目的在于了解它们各主要部件的名称、 作 用、相互组装及动作关系。以利正确选用和使用。电机的结构是由以下几方面的要
4、求来确定的。首先是电磁方面的要求：使电机产生足够的磁场，感应出一定的电动势，通过一定的电流，产生一定的电磁转 矩，要有一定的绝缘强度。其次是机械方面的要求：电机能传递一定的转矩，保 持机械上的坚固稳定。此外，还要满足冷却的要求，温升不能过高；还要考虑便 于检修，运行可靠等。从电机的基本工作原理知道，电机的磁极和电枢之间必须有相对运动，因此， 任何电机都有固定不动的定子和旋转的转子两部分组成， 在这两部分之间的间隙 叫空气隙。下面介绍直流电机的结构。图 1.1是直流电机结构图。图1.2直流电机结构图1风扇2 机座3 电枢4 主磁极 5 刷架6换向器7 接线板8 出线盒9换向磁极10 端盖 主磁极
5、：主磁极的作用是产生主磁通，主磁极铁心包括极心和极掌两部分。 极心上 套有励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。直流电机的磁极如图所示。 极掌的作用是使空气隙中磁感应强度分布最为合适。改变励磁电流If的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。换向磁极：在两个相邻的主磁极之间中性面内有一个小磁极， 这就是换向磁极。它的构 造与主磁极相似，它的励磁绕组与主磁极的励磁绕组相串联。 换向磁极的作用是 产生附加磁场，改善电机的换向，减小电刷与换向器之间的火花，不致使换向器烧坏主磁极中性面内的磁感应强度本应为零值， 但是，由于电枢电流通过电枢绕 组时所产生的电枢磁场，使主磁极中性面的磁感应强度不
6、能为零值。 于是使转到 中性面内进行电流换向的绕组产生感应电动势， 使得电刷与换向器之间产生较大 的火花。用换向磁极的附加磁场来抵消电枢磁场， 使主磁极中性面内的磁感应强度接 近于零，这样就改善了电枢绕组的电流换向条件， 减小了电刷与换向器之间的火 花。电刷装置：电刷装置主要由用碳一石墨制成导电块的电刷、 加压弹簧和刷盒等组成。固 定在机座上（小容量电机装在端盖上）不动的电刷，借助于加压弹簧的压力和旋转 的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。电刷数一般等于主磁极数，各同极性的电刷经软线汇在一起，再引到接线盒 内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。机座：机座用铸钢或铸铁制成。用来固定主磁极
7、、换向磁极和端盖等，它是电机磁 路的一部分。机座上的接线盒有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。端盖：端盖由铸铁制成，用螺钉固定在底座的两端，盖内有轴承用以支撑旋转的电 枢。转子又称电枢，是电机的旋转部分。它由电枢铁心、绕组、换向器等组成。 电枢铁心：电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，在外圆上有分布均匀的槽用来嵌放绕组。 铁心也作为电机磁路的一部分。绕组：绕组是产生感应电动势或电磁转矩， 实现能量转换的主要部件。它是由许多 绕组元件构成，按一定规则嵌放在铁心槽内和换向片相连， 使各组线圈的电动势 相加。绕组端部用镀锌钢丝箍住，防止绕组因离心力而发生径向位移。换向器：换向器由许多铜制换向片组成
8、，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。为了使电机安全而有效地运行，制造厂对电机的工作条件都加以技术规定。 按照规定的工作条件进行运行的状态叫做额定工作状态。电机在额定工作时的各种技术数据叫做额定值，一般加下标 e表示。这些额定值都列在电机的铭牌上， 使用电机前，应熟悉铭牌。1.3直流电动机调速直流电动机是指将直流电送到直流， 把直流电动机的电能转换成机械能。 这 里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。直流电机转速公式：n =la电枢电流(A);励磁磁通(Wb;R电枢回路总电阻(Q);CE电势系数,pN_7片，p为电磁对数,a为电枢并联支路数,N为导#体数。由式1可以看出，式中Ua、
9、Ra三个参量都可以成为变量，只要改变其 中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻Ra； (2)改变电枢供电电压Ua； (3)改变励磁磁通01.3.1改变电枢回路电阻调速各种直流电动机都可以通过改变电枢回路电阻来调速，如图1(a)所示。此时转速特性公式为乞-皿+心)n %式中Rw为电枢回路中的外接电阻(Q)。何(bj图1(a)改变电枢电阻调速电路 图1(b)改变电枢电阻调速时的机械特性 当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R=(Ra+Rw) 增大，电动机转速就降低。其机械特性如图1(b)所示。Rw的改变可用接触器或主令开
10、关切换来实现。这种调速方法为有级调速，调速比一般约为 2:1左右，转速变化率大，轻 载下很难得到低速，效率低，故现在已极少采用。1.3.2改变电枢电压调速连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。如前所述，改变电枢供电电压的方法有两种，一种是采用发电机 -电动机组 供电的调速系统；另一种是采用晶闸管变流器供电的调速系统。 下面分别介绍这 三种调速系统。1).米用发电机-电动机组调速方法：G M系统。图2 发电机-电动机调速电路(b)发电机-电动机组调速时的机械特性图2(a)所示，通过改变发电机励磁电流IF来改变发电机的输出电压 Ua,从 而改变电动机的转速n。在不同的电
11、枢电压Ua时，其得到的机械特性便是一簇 完全平行的直线，如图2(b)所示。由于电动机既可以工作在电动机状态，又可 以工作在发电机状态，所以改变发电机励磁电流的方向，如图2(a)中切换接触器ZC和FC,就可以使系统很方便地工作在任意四个象限内。由图可知，这种调速方法需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机和另一 台容量小一些的励磁发电机(LF)，因而设备多、体积大、费用高、效率低、安装 需打基础、运行噪声大、维护不方便。为克服这些缺点，50年代开始采用水银整流器(大容量)和闸流管这样的静止交流装置来代替上述的旋转变流机组。目前已被更经济、可靠的晶闸管变流装置所取代。#2).采用晶闸管变流器供电的调
12、速方法简称：V-M系统#0 (b)图3 (a)晶闸管供电的调速电路(b)晶闸管供电时调速系统的机械特性有闸管变流器供电的调速电路如图 3(a)所示。通过调节触发器的控制电压 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。在此调速方法 下可得到与发电机-电动机组调速系统类似的调速特性。其开环机械特性示于图 3(b)中。图3(b)中的每一条机械特性曲线都由两段组成，在电流连续区特性还比较 硬，改变延迟角a时，特性呈一簇平行的直线，它和发电机-电动机组供电时的 完全一样。但在电流断续区，则为非线性的软特性。这是由于晶闸管整流器在具 有反电势负载时电流易产生断续造成的。变电枢电压调速是直流
13、电机调速系统中应用最广的一种调速方法。在此方法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变， 只是改变电动机的供电电压，因而在 额定电流下，如果不考虑低速下通风恶化的影响(也就是假定电动机是强迫通风 或为封闭自冷式)，则不论在高速还是低速下，电动机都能输出额定转矩，故称 这种调速方法为恒转矩调速。这是它的一个极为重要的特点。如果采用反馈控制 系统，调速范围可达50:1150: 1,甚至更大。3)、直流斩波器或脉宽调速图4直流斩波器一电动机系统的原理图和电压波形Ud=(To n/T)Us= TUs式中T功率管开关器件的周期Ton开通时间T占空比。开关频率咼，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。低
14、速性能好，稳速精度高，调速范围宽。若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗绕能力强 开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗 也不大，因而全取代了 V M系统。133改变励磁电流调速：弱磁调速图6改变励磁电流调速曲线当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。由式1可看出,电动机的转速与磁通 （也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速n升高；反之，则n降低。与此同时，由于电动机的转矩 Te是磁通和电枢电流 la的乘积（即Te=C la ），电枢电流不变时，随着磁通 的减小，其转速升高, 转矩也会相应地减小。所以，在这种调速方法中，随着电动机磁
15、通的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电 动机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率调速。为了使电动机的容量能得到充分利用，通常只是在电动机基速以上调速时才 采用这种调速方法。采用弱磁调速时的范围一般为 1.5:13:1，特殊电动机可 达到5:1。这种调速电路的实现很简单，只要在励磁绕组上加一个独立可调的电源供电 即可实现而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言，可以相当满意，但因其结构夏杂，惯 量大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行。2.1 异步电机的基本结构异步电机主要由定子、转子和两端端盖组成。异步电机分为鼠笼式、绕线式 和换向器式鼠笼式最为通用散进怦讐定蛙汇芳绕组轴承轴承盖端盖接线盒机座（一）定子主要由三部分组成：定子铁芯、定子机座和定子线圈。但是在有些场合（比如作为机车牵引电机 的异步电机），定子没有专门独立的机座。定子机座和定
