2、电机基础

第一节：电动机电动机是一种将电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。电动机交流电动机直流电动机同步电动机异步电动机三相电动机单相电动机异步电机：转子转速n与磁场同步转速n0间存在一定差异1、三相异步电动机1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式绕组铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式绕组同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机按转子绕组的结构分为：鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图返回鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。3、工作原理1.旋转磁场旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。（1）旋转磁场的产生二极旋转磁场三相异步电动机的同步转速600pfn=min）r/(p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时，不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：旋转方向：取决于三相电流的相序0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相UiViWimItUiWiVimIt（3）旋转磁场的旋转方向方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源（4）转差（率）S：%10000=nnns异步电动机运行中:%9~1=s转差：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。转差率：转差与n0的比值。即：电动机起动瞬间:1,0==sn（转差率最大）00nnns=或电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果0nn=三相异步电动机的工作原理2E2I定子（三相对称电流I通入三相对称绕组）圆形旋转磁场(n1=60f1/P)以n1切割转子绕组转子导体受电磁力电磁转距转动（n）（右手定则）(左手定则)四、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B1.型号Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号2p=6→n0=1000r/min2.额定功率PNPN=3kW→转子轴上输出的机械功率3.额定电压UNUN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数4.额定电流ININ=7.2A三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B→定子三相绕组的额定线电流6.额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。5.联结方式通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B8.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。7.额定功率因数cosN额定负载时一般为0.7-0.9，空载时功率因数很低约为0.2-0.3。额定负载时，功率因数最大。实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。(3)易于控制。应用:轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。2、直流电机•直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。NS······NS2.1直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。1.他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。2.2直流电机的分类直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2.并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_IffRstR他励IaUM+_IffRstR+_IE并励4.复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。3.串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励UIa+_IfM复励U+_IMIa2.3直流电机的基本工作原理IU–+SbNacd直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U–+U–+电刷换向片U–+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。U–+EETnSbNdFFacII换向片电刷线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。•步进电动机（steppingmotor）•步进电动机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。3、步进电动机3.1步进电动机分类步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。•步进电动机是将脉冲信号转换为角位移或线位移。3.2步进电动机的工作原理1．单三拍控制方式按照A→B→C→A…的顺序通电。每改变一次通电状态，转子顺时针方向转30°。如果通电顺序改为A→C→B→A…，则电动机反转。（a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电B'C124AA'BC'3B'C24AA'BC'B'C124AA'BC'3312．六拍控制方式（a）A相通电（b）A、B相通电B'C124AA'BC'3B'C24AA'BC'B'C124AA'BC'331B'C124AA'BC'3（c）B相通电（d）B、C相通电按照A→AB→B→BC→C→CA→A…的顺序通电。每改变一次通电状态，转子顺时针方向转15°。若改变通电顺序，则电动机反转。3.3步进电动机优点•一是过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，步进电机使用时对速度和位置都有严格要求。•二是控制方便。步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显。•三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电动机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。测速电机是将转速转换成电压，并传递到输入端作为反馈信号。测速电机为一种辅助型电机，在普通直流电机的尾端安装测速电机，通过测速电机所产生的电压反馈给直流电源，来达到控制直流电机转速的目的。[2]•步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。直流测速发电机•直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3)不灵敏区要小。交流测速发电机有空心杯转子异步测速发电机、笼式转子异步测速发电机和同步测速发电机3种•异步测速发电机•①空心杯转子异步测速发电机：结构原理如图所示，主要由内定子、外定子及在它们之间的气隙中转动的杯形转子所组成。励磁绕组、输出绕组嵌在定子上,彼此在空间相差90°电角度。杯形转子是由非磁性材料制成。当转子不转时，励磁后由杯形转子电流产生的磁场与输出绕组轴线垂直，输出绕组不感应电动势；当转子转动时，由杯形转子产生的磁场与输出绕组轴线重合，在输出绕组中感应的电动势大小正比于杯形转子的转速，而频率和励磁电压频率相同，与转速无关。反转时输出电压相位也相反。杯形转子是传递信号的关键，其质量好坏对性能起很大作用。由于它的技术性能比其他类型交流测速发电机优越，结构不很复杂，同时噪声低，无干扰且体积小，是目前应用最为广泛的一种交流测速发电机。•②笼式转子异步测速发电机：与交流伺服电动机相似，因输出的线性度较差，仅用于要求不高的场合。•同步测速发电机•③同步测速发电机：以永久磁铁作为转子的交流发电机。由于输出电压和频率随转速同时变化，又不能判别旋转方向,使用不便，在自动控制系统中用得很少,主要供转速的直接测量用。•228.为了减小直流测速发电机的误差，使用时必须注意（）。•A、外接负载电阻尽可能大些B、外接负载电阻尽可能小些•C、外接负载电阻等于规定的最小负载电阻D、在直流测速发电机输出端并接滤波电路•230.交流测速发电机有空心杯转子异步测速发电机、笼型转子异步测速发电机和同步测速发电机3种，目前应用最为广泛的是（）。•A、同步测速发电机B、笼式转子异步测速发电机•C、空心杯转子异步测速发电机D、同步测速发电机和笼式转子异步测速发电机•295.当交流测速发电机的转子转动时，由杯形转子电流产生的磁场与输出绕组轴线重合，在输出绕组中感应的电动势的频率与（）。•A、励磁电压频率相同，与转速相关B、励磁电压频率不同，与转速无关•C、励磁电压频率相同，与转速无关D、转速相关•297.步进电动机的角位移或线位移与（）。•A、脉冲数成正比B、脉冲频率f成正比C、驱动电源电压的大小D、环境波动相关•298.三相单三拍运行、三相双三拍运行、三相单双六拍运行。其通电顺序分别是（）。•A、A－B－C－A、AB－BC－CA－AB、A-AB-B-BC-C-CA-A•B、AB－BC－CA－AB、A－B－C－A、A-AB-B-BC-C-CA-A•C、A－B－C－A、A-AB-B-BC-C-CA-A、AB－BC－CA－AB•D、A-AB-B-BC-C-CA-A、A－B－C－A、AB－BC－CA－AB•301.电动机的启动转矩必须大于负载转矩。若软启动器不能启动某负载，则可改用的启动设备是（）。•A、采用内三角接法的软启动器B、采用外三角接法的软启动器、C、变频器D、星—三角启动器•358.控制电缆的布线应尽可能远离供电电源线，（）。•A、用平行电缆且单独的走线槽B、用屏蔽电缆且汇入走线槽C、用屏蔽电缆且单独的走线槽D、用双绞线且汇入走线槽•359.步进电动机的（）与脉冲频率f成正比。•A、线位移或角位移B、线位移或转速nC、转速n或线速度vD、转速n或角位移•360.步进电动机有多种。若选用结构简单，步距角较小，不需要正负电源供电的步进电动机应是（）。•A、索耶式直线步进电动机B、永磁式步进电动机C、反应式步进电动机D、混合式步进电动机•419.与通用型异步电动机相比变频调速专用电动机的特点是：（）。•A、外加变频电源风扇实行强制通风；加大电磁负荷的裕量；加强绝缘•B、U/f控制时磁路容易饱和；加强绝缘；外加变频电源风扇实行强制通风•C、外加变频电源风扇实行强制通风；加大电磁负荷的裕量；加强绝缘•D、外加工频电源风扇实行强制通风；加大电磁负荷的裕量；加强绝缘•420.（）由于它的机械特性接近恒功率特性，低速时转矩大，故广泛用于电动车辆牵引。•A、串励直流电动机B、并励直流电动机C、交流异步电动机D、交流同步电动机•422.测速发电机产生误差的原因很多，主要有：（）、电刷与换向器的接触电阻和接触电压、换向纹波、火花和电磁干扰等。•A、电枢反应、电枢电阻B、电枢电阻C、电枢反应、延迟换向D、换向纹波、机械联轴器松动•423.步进电动机的驱动电源由运动控制器、脉冲分配器和功率驱动级组成。各相通