1、,单相异步电动机,一、 单相异步电动机的工作原理,结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）转子一般用鼠笼式。,N,S,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,在电流正半周,定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：,脉动磁场的分解,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,（正向）,（反向）,可见，起动转矩为零。转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。1当n0时，转矩T0，此时的电磁转矩是驱动性质的，电机属于正转运行 2当n当n=0时，转矩T=0，显然这是不行的，电机将无
2、法起动，即，我们希望当转速=0时，转矩不应为零！ 由此可见，单个绕组通电，电机可以运行，但不能起动，因此必须有两相绕组才行。,单相异步电动机的关键问题是如何起动的问题，而起动的必要条件是： 1）定子具有空间不同相位的两个绕组 2）两相绕组中要通入不同相位的交流电流第一个条件显然应该是满足的，所以，现在的关键问题是如何实现电流的分相问题，根据分相方法的不同，我们把单相异步电动机又分为：,二、 单相异步电动机的分类和起动方法 1）单相电阻分相起动异步电动机 2）单相电容分相起动异步电动机 3）单相电容运转异步电动机 4）单相电容起动与运转异步电动机 5）单相罩极式异步电动机 下面，我们分别来看一下
3、，各种类型的单相异步电动机： (一)、分相式异步电动机,1、电容分相式起动,接近90,电容分相式单相异步 电动机起动原理,t=t0,磁场逆时针 方向旋转,t=t0,t=t1,启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。,工作原理,优点： 1）如果电容器的电容量配的合适，可以实现两个电流之间的相位差为90， 2）副绕组的容性可以抵消一些本身所有的感抗，使电抗减小，所以副绕组的匝数不象电阻分相时受到限制，从而可以增加一些，使的磁动势增加。 这两点的实现，可以使我们得到一个接近圆形的磁动势，即较大的
4、起动转矩，而起动电流还会下降！,2、单相电阻分相起动异步电动机,这种电动机，由于两相绕组中电流的相位相差不大，所以，气隙磁动势是一个椭圆形，因此起动电流比较大，而起动转矩却不是很大。,(二)、罩极式单相电机,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,图中电机的转动方向：顺时针 旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的 磁通领先。,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器
5、械、自动化仪表等。,三、单相电机的使用,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。,两相交流伺服电动机,伺服电动机（执行电动机），它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。根据使用电源的
6、不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1100瓦。,一、工作原理伺服电动机就是两相异步电动机，定子侧绕组再空间相差90度摆放，转子是鼠笼式的。,1、自转现象：如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。 2、如何克服：显然,我们需要的是当控制信号为零时,转子的转速也为零,从机械特性图上我们可以看出,只要转子旋转的方向和电磁转矩的方向相反,就
7、可以实现此目的,那么.从我们以前所学的知识可得:,使电机制动到停止，从而消除“自转”增加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的Sm+1，使正向旋转的电机在控制电压消失后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机制动到停止；若电机反向旋转，则在控制电压消失后的电磁转矩为正值，也为制动转矩，如图,3、改变控制电压的方法： 1）幅值控制： 如图所示，幅值控制通过改变控制电压的大小来控制电机转速，此时控制,电压与励磁电压之间的相位差始终保持90电角度。若控制绕组的额定电压,那么控制信号的大小可表示ccN , 称为有效信号系数，那么以cn为基值，控制电压 的标么值为：,当有效信号系数时，控制电压 与 的幅值相
8、等，相位相差90电角度，且两绕组空间相差90电角度。此时所产生的气隙磁通势为圆形旋转磁通势，产生的电磁转距最大；当时，控制电压小于励磁电压的幅值，所建立的气隙磁场为椭圆形旋转磁场，产生的电磁转矩减小。越小，气隙磁场的椭圆度越大，产生的电磁转矩越小，电机转速越慢，在时，控制信号消失，气隙磁场为脉振磁场，电机不转或停转。 幅值控制的交流伺服电动机的机械特性和调节特性如下图所示。图中的转矩和转速都采用标么值。,2）相位控制:这种控制方式通过改变控制电压 与励磁电压 之间的相位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅值保持不变。如图所示，励磁绕组直接接到交流电源上，而控制绕组经移相器后接到同一交
9、流电压上， 与 的频率相同。而 相位通过移相器可以改变，从而改变两者之间的相位差 ,Sin称为相位控制的信号系数。改变 与 相位差的大小，可以改变电机的转速。相位控制的机械特性和调节特性与幅值控制相似，也为非线性。,3）幅值相位控制:如图所示,我们还可以通过同时改变幅值和相位的方法来实现对控制电压的改变:,幅度相位控制线路简单，不需要复杂的移相装置，只需电容进行分相，具有线路简单、成本低廉、输出功率较大的优点，因而成为使用最多的控制方式。,交流测速发电机,一、交流测速发电机的结构和工作原理：1、结构介绍：在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上
10、互差90电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组，如图所示。,2、工作原理：工作时，励磁绕组接频率为f的单相交流电源，此时显然沿着直轴方向将会产生一个脉振磁动势D， 1）当转子不动时，脉振磁动势D在空心杯转子中感应出变压器电势，产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场D，也为d轴，都与处于q轴的输出绕组无磁通交链。 2） 当转子运动时，转子切割直轴磁通D，,在杯型转子中感应产生旋转电势E r，其大小正比于转子转速n，并以励磁磁场D的脉振频率f交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势E r在杯型转子中产生交流短路电流I r，其大小正比于E r，其频率为E r的交变频率f，若忽视杯型转子的漏抗
11、的影响，那么电流I r所产生的脉振磁通q的大小正比于E r，在空间位置上与输出绕组的轴线（q轴）一致，因此转子脉振磁场q与输出绕组相交链而产生感应电势E，据上分析有：,输出绕组感应产生的电势E实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压U，其大小正比于转速n，其频率为励磁电源的频率f。当然，这里也存在着不可避免的误差。,3、误差分析： 非线性误差只有严格保持直轴磁通d不变的前提下，交流异步测速发电机的输出电压才与转子转速成正比，但在实际中直轴磁通d是变化的，为了减小转子漏抗造成的线性误差，异步测速发电机都采用非磁性空心杯转子，常用电阻率大的磷青铜制成，以增大转子电阻，从而可以忽略转子漏抗，与此同时使杯型转子转动时切割交轴磁通q而产生的直轴磁势明显减弱。另外，提高励磁电源频率，也就是提高电机的同步转速，也可提高线性度，减小线性误差。,剩余电压当转子静止时，交流测速发电机的输出电压应当为零，但实际上还会有一个很小的电压输出，此电压称为剩余电压。 相位误差,
