大工20秋《电机学》辅导资料十八

网院作业

电机学辅导资料十八主    题：总复习二
学习时间：2021年1月25日--1月31日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：实现我们确立的奋斗目标，我们既要有“乱云飞渡仍从容”的战略定力，又要有“不到长城非好汉”的进取精神。全党全国各族人民更加紧密地团结起来，勿忘昨天的苦难辉煌，无愧今天的使命担当，不负明天的伟大梦想，下定决心，排除万难，在中国特色社会主义伟大道路上，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，前进！
摘选自《在纪念毛泽东同志诞辰一百二十周年座谈会上的讲话》
内    容：
我们这周主要复习课件4-6章涉及的基本概念。希望通过下面的内容能使同学们加深对这几章内容基本概念的理解。
一、三相异步电动机的基本结构和工作原理
    1.三相异步电动机的基本结构
    三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，其中定子是由定子铁心和定子绕组、机座与端盖等几部分组成的。转子由转子绕组、转子铁心和转轴等几部分组成。
    异步电动机的转子绕组有绕线型和笼型两种，根据转子结构不同，将异步电动机分为绕线转子异步电动机和笼型异步电动机两大类。
    2.异步电动机的工作原理
    三相异步电机的定子绕组是一个对称的三相绕组，如果将定子绕组接到三相交流电源上，在定子绕组中就会产生对称的三相交流电流，该电流在电机中产生的磁场是一种旋转磁场。以两极三相异步电动机为例，三相对称绕组的轴线在空间互差120°，为了简化分析，用互隔120°的三个线圈来代表，其首端分别为
末端分别为
。三相绕组的电流在相位上互差120°。
    两极异步电机的定子旋转磁场的转速为
。
    四极异步电机旋转磁场的转速为

    当电机有
个磁极时，旋转磁场的转速为

式中  
--旋转磁场的转速，又称同步转速。
      
--电机的极对数。
绕组是构成电机的关键部件。单相交流绕组产生的磁动势是脉振磁动势，三相对称绕组的合成磁动势是旋转磁动势。交流电机绕组的电动势计算与变压器绕组电动势计算相似，但必须考虑绕组的分布因数和短距因数。
异步电机的转子与基波旋转磁场之间存在着相对运动，在闭合的转子导体中产生感应电动势、电流，于是产生电磁转矩。
异步电机的转差率
是反映异步电机运行状态和负载情况的一个基本变量。
1）当
时，电机处于电动机状态；
2）当
时，电机处于发电机状态；
3）当
时，电机处于电磁制动状态。
二、三相交流电机的绕组
三相异步电动机是依靠定子绕组中通以三相交流电流产生旋转磁场工作的，因此定子绕组是三相异步电动机最重要的部件之一。
1.机械角度：电机的定、转子圆周可以从几何上分成360°，这个角度称为机械角度。
2.槽距角：相邻两槽之间的电角度称为槽距角。用
表示。


3.每极每相槽数：每个极下每相绕组所占有的槽数。用
表示。


    4.极距：旋转磁场每一磁极在定子内圆所占的距离。用
表示。
                           

    5.节距：线圈两个边之间的距离。用
表示。
    6.相带：每相绕组在一个极下连续占有的宽度。
    三、三相交流绕组的磁动势
    脉振磁动势：当整距线圈通入正弦变化的交流电流时，它所建立的气隙磁动势在空间沿定子内圆周方向作矩形分布，矩形波的幅值和方向随时间按正弦规律变化，但其轴线在空间保持固定位置，把这种磁动势称为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电流的频率，它所建立的磁场称为脉振磁场。
    根据教材介绍，我们知道当线圈中的电流为
，则气隙磁动势可写成


    按傅里叶级数将磁动势在
方向展开，可写成


式中      
称为基波磁动势。
         
称为基波磁动势的幅值。
         
称为
次谐波磁动势。
         
称为
次谐波磁动势的幅值。
四、同步电机
同步电机是由定子和转子组成的。其中定子又由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部件组成，转子由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组和转轴等组成。
同步电机的几种主要励磁方式：直流励磁机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁。
五、控制电机
控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号。
控制电机的种类繁多，其中包括：
1.伺服电动机
伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机（或称为执行元件），以实现对机械位置或角度的自动控制。伺服电动机具有可控性好、响应速度快、定位准确、调速范围宽等特点。
按工作电源的不同，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。
2.步进电动机
步进电动机又称为脉冲电动机，其功能是将电脉冲信号转变为响应的角位移或线位移。步进电动机作为执行元件用于数字控制系统中，按照控制脉冲的要求，迅速起动、反转、制动和无级调速，运行时能够不失步，无积累误差、步距精度高，广泛用于数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合。
步进电动机按结构分类，有反应式、永磁式和永磁感应式3种。
3.测速发电机
测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。
测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。
直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。
4. 自整角机
自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。
自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机，用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。发送机与接收机只有电气连接，没有机械连接。
自整角机按输出量的不同，分为力矩式和控制式两种。
5. 旋转变压器
旋转变压器是一种用于测量和传输转角信号的精密控制微电机。根据其在控制系统中的用途，旋转变压器可分为计算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。计算用旋转变压器作为解算元件主要用于三角函数运算和坐标变换等。数据传输用旋转变压器的功能与控制式自整角机相同，但精度要高于控制式自整角机，因此适用于高精度的同步控制系统。
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