1、第一节：电动机第一节：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 1、三相异步电动机、三相异步电动机 1.定子 铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1-U2 V1-V2 W1-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
2、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：鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图结构示意图 三相绕线型三相绕线型转子结构图 返回返回 鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：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 3、工作原理、工作原理 1.旋转磁场旋转磁场 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 二极旋转磁场二极旋转磁场 三相异步电动机的同步转速 60 0 p f n=min）r/(p 1
3、 2 3 4 5 6 n0/(r/min)3000 1500 1000 750 600 500 f=50 Hz 时，不同极对数时的同步转速如下:同步转速 p 为任意值时：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：方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转和电源相接的任意两相互换，就可实现反转 正转 反转 A B C M 3 电 源 A B C M 3 电 源 （4 4）转差（率）S S：%10000?=nnns异步电动机运行中:%91=s转 差：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。
4、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四、三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 38
5、0 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B 1.型号 Y132S6 Y系列异步机 机座中心高度 机座长度代号 2p=6 n0=1 000 r/min 2.额定功率 PN PN=3 kW 转子轴上输出的机械功率 3.额定电压 UN UN=380 V 定子三相绕组应施加的线电压 磁极数 4.额定电流 IN IN=7.2A 三相异步电动机三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 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、 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。三相异步电动机三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B 8.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
7、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。N S N S 2.1 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的分类 直流电机按照
8、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。U Uf Ia M+_+_ If fR?stR他励 Ia U M+_ If fR?stR+_ I E 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 U Ia+_ If M 复励 U+_ I M Ia 2.3 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理 I S b N a c d 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
9、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。电刷 换向片 U +I F F T n 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 +E E T n S b N d F F a c I I 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（stepping motor）?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
10、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步进电动机的工作原理 1单三拍控制方式单三拍控制方式 按照ABCA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ACBA，则电动机反转。（a）A 相通电 （b）B 相通电 （c）C 相通电BC124AABC3BC24AABCBC124AABC3312六拍控制方式六拍控制方式（a）A 相通电 （b）A、B 相通电 BC124AABC3BC24AABCB
11、C124AABC331BC124AABC3（c）B 相通电 （d）B、C 相通电按照AABBBCCCAA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
12、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
13、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?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
14、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。?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?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
15、?230.交流测速发电机有空心杯转子异步测速发电机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
16、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、ABCA、ABBCCAAB、A-AB-B-BC-C-CA-A?B、ABBCCAAB、ABCA、A-AB-B-BC-C-CA-A?C、ABCA、A-AB-B-BC-C-CA-A、ABBCCAAB?D、A-AB-B-BC-C-CA-A、ABCA、ABBCCAAB?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
17、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n C、转速n或线速度v D、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
18、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、
19、脉冲分配器和功率驱动级组成。各相通断的时序逻辑信号由（）。?A、运动控制器给出 B、脉冲分配器给出 C、功率驱动级给出 D、另外电路给出?424.有电枢电压，电动机嗡嗡响但不转，一会出现过流跳闸。故障原因可能是（）。?A、电动机气隙磁通不饱和 B、电动机气隙磁通饱和C、励磁电路损坏或没有加励磁 D、电枢电压过低?426.电网电压正常情况下电网电压正常情况下，启动过程中软启动器“欠电压保护”动作。此故障原因不可能是（）。?A、“欠电压保护”动作整定值设定不正确 B、减轻电流限幅值C、电压取样电路故障 D、晶闸管模块故障?472.空心杯转子异步测速发电机主要由内定子、外定子及杯形转子所组成。以下正
20、确的说法是（）。?A、励磁绕组、输出绕组励磁绕组、输出绕组分别嵌在外外/内内定子上，彼此在空间相差90电角度?B、励磁绕组、输出绕组分别嵌在内/外定子上，彼此在空间相差90电角度?C、励磁绕组、输出绕组嵌在内定子上，彼此在空间相差180电角度。?D、励磁绕组、输出绕组嵌在外定子上，彼此在空间相差90电角度?473.异步测速发电机的定子上安装有（）。?A、一个绕组 B、两个串联的绕组C、两个并联的绕组 D、两个空间相差90电角度的绕组?475.高分辨率且高精度的办公自动化设备中，要求步进电动机的步距角小、较高的启动频率、控制功率小、良好的输出转矩和加速度，则应选（）。?A、反应式直线步进电动机
21、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?479.电网电压正常，电动机减速时变频器过电压报警。此故障原因与（）无关无关。?A、减速时间太短 B、制动电阻过大C、输出滤波电抗器问题 D、外电路中有补偿电容投入?517.测速发电机的用途广泛，可作为（）。?A、检测速度的元件、微分、积分元件速度的元件、微分、积分元件 B、微分、积分元件、功率放大元件?C、加速或延迟信号、执行元件、D、检测速度的元件、执行元件?518.永磁式直流测速发电机受温度变化的影响较小，输出变化小，（）。?A、斜率高，线性误差大 B、斜率低，线性误差大C、斜率低，线性误差小 D、斜率高高，线性误差小小?5
22、19.异步测速发电机的空心杯转子是用（）材料做成的。?A、低电阻 B、高电阻 C、低导磁 D、高导磁?521.旋转式步进电动机有多种。现代应用最多的是（）步进电动机。正确答案：A?A、反应式 B、永磁式 C、混合式 D、索耶式?522.步进电动机的驱动方式有多种，（）目前普遍应用。由于这种驱动在低频时电流有较大的上冲，电动机低频噪声较大，低频共振现象存在，使用时要注意。?A、细分驱动 B、单电压驱动 C、高低压驱动 D、斩波驱动?523.直流电动机启动时没加励磁，电动机会过热烧毁，原因是电动机不转时（），导致电枢电流很大。?A、电枢回路的电阻很小 B、电枢回路的反电动势很高C、电枢电压高 D、
23、电枢回路的反电动势为零?527.一台大功率电动机，变频调速运行在低速段低速段时电机过热。此故障的原因可能是（）。?A、电动机参数设置不正确 B、U/f比设置不正确?C、电动机功率小 D、低速时电动机自身散热不能满足要求?530.步进电动机在高频区工作产生失步的原因是（）。?A、励磁电流过大 B、励磁回路中的时间常数(T=L/R)过小?C、输出转矩随频率f的增加而升高 D、输出转矩随频率f的增加而下降?25.（）直流测速发电机的输出电压与转速成正比，转向改变将引起输出电压极性的改变。?26.（）直流调速装置安装应符合国家相关技术规范(GB/T3886.12001)。?27.（）步进电动机是一种由
24、电脉冲控制的特殊异步电动机，其作用是将电脉冲信号变换为相应的角位移或线位移。?28.（）三相单三拍运行与三相双三拍运行相比。前者较后者运行平稳可靠。?29.（）在直流电动机启动时不加励磁，电动机无法转动，不会飞车，电动机是安全的。?47.（）电磁式直流测速发电机虽然复杂，但因励磁电源外加，不受环境等因素的影响，其输出电动势斜率高，特性线性好。?48.（）在直流电机启动时，要先接通电枢电源，后加励磁电压。停车时，要先关电枢电压，再关励磁电源。?49.（）交流测速发电机有异步式和同步式两类，应用较为广泛的是异步测速发电机。?50.（）在直流电动机轻载运行时，失去励磁会出现停车故障。?66.（）他励式直流测速发电机结构简单，应用较为广泛。?67.（）测速发电机主要应用于速度伺服、位置伺服和计算解答等三类控制系统。?68.（）测速发电机作计算元件用时，应着重考虑其线性误差要小，电压稳定性要好，线性误差一般要求x0.050.1。?84.（）直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机不同。?85.（）电动机与变频器的安全接地必须符合电力规范，接地电阻小于4。?86.（）步进电动机的主要特点是能实现精确定位、精确位移，且无积累误差。
