同步电机及微控电机ppt课件.ppt

淮北职业技术学院机电工程系6.1 6.1 同步电机的根本任务原理及其分类同步电机的根本任务原理及其分类6.2 6.2 同步发电机的运转同步发电机的运转6.3 6.3 同步电动机无功功率的调理同步电动机无功功率的调理第六章第六章 同步电机及微控电机同步电机及微控电机6.4 6.4 微控电机微控电机淮北职业技术学院机电工程系6.1 6.1 同步电机的根本任务原理及其分类同步电机的根本任务原理及其分类一、三一样步发电机的根本任务原理一、三一样步发电机的根本任务原理大小：大小：频率：频率： 励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速 旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势 相序：由转子的转向决议相序：由转子的转向决议波形：由波形：由 可知，波形可知，波形取决于取决于 的空间分布的空间分布淮北职业技术学院机电工程系二、同步电机的分类二、同步电机的分类按运转方式，同步电机分发电机、电动机和调相机按构外型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式旋转磁极式同步电机按磁极外形，又分隐极式和凸极式两种按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。

汽轮发电机普通作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低同步电动机、柴油发电机和调相机普通作成凸极式按冷却介质和冷却方式分，有空外冷、氢冷、水内冷淮北职业技术学院机电工程系三、同步电机的主要构造三、同步电机的主要构造 1 1、定子：、定子： 同同步步电电机机的的定定子子有有时时也也称称为为电电枢枢，，由由定定子子铁铁芯芯、、电电枢枢三三相绕组、机座和端盖等部件所组成相绕组、机座和端盖等部件所组成 与异步电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上那么有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，由于资料规范尺寸的限制，必需做成 扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成淮北职业技术学院机电工程系2 2、转子：、转子： 同步电机的转子有两种构外型式，即凸极式和隐极，同步电机的转子有两种构外型式，即凸极式和隐极， 1〕凸极式：转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。

2〕隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布 区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子构造上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式构造 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机 汽轮发电机：转速高，采用隐极式 水轮发电机：转速低，采用凸极式淮北职业技术学院机电工程系对同步发电机额定值之间关系为：对同步发电机额定值之间关系为：额定运转时加在额定运转时加在三相定子绕组上三相定子绕组上的线电压的线电压 指电机额定运转时，输出功率的保证值同步发电机是指输指电机额定运转时，输出功率的保证值同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是出的额定视在功率或有功功率，单位是KVAKVA或或KWKW电动机额定容电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KWKW调相机用调相机用KVAKVA或或KvarKvar表示在额定运转形在额定运转形状下三相定子状下三相定子绕组的线电流绕组的线电流.四、同步电机的额定值四、同步电机的额定值淮北职业技术学院机电工程系6.2 6.2 同步发电机的运转同步发电机的运转6.2.1 6.2.1 同步发电机的电枢反响同步发电机的电枢反响　　  同步发电机转子由原动机拖动到同同步发电机转子由原动机拖动到同步转速，转子绕组通以恒定的直流励磁步转速，转子绕组通以恒定的直流励磁电流，定子电枢绕组开路，称为同步发电流，定子电枢绕组开路，称为同步发电机的空载运转。

电机的空载运转 励磁电流If单独建立的励磁磁动势Ff产生的主、漏磁通主、漏磁通均随转子旋转，在气隙中构成旋转磁场主磁通交链电枢绕组，在电枢绕组中感应电动势；漏磁通不交链电枢绕组，不在电枢绕组中感应电动势，不参与定、转子之间的能量转换 电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化， 这种影响称为电枢反响淮北职业技术学院机电工程系 电枢反响的性质取决于电枢磁动势基波和励磁磁动势基波之间的相对位置，即与空载电动势和电枢电流之间的夹角ψ有关 一、 ψ=0 ° 时的电枢反响 这里需求留意：我们习惯上称转子磁极轴线为直轴，用d来进展表示，而N，S极之间的中线为交轴，用q来进展表示所以，由于交轴磁势的存在，使合成磁势的轴线的位置产生一定的位移，幅值发生一定的变化 电枢磁动势 与转子磁势 相加后才是气隙中的合成磁动势淮北职业技术学院机电工程系二、二、ψ=90 °时的的电枢反响枢反响 ：： 显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电枢反响显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电枢反响是去磁效果。

是去磁效果淮北职业技术学院机电工程系三、三、ψ=-90 °时的的电枢反响：枢反响： 显然，此时的电枢反响是增磁的，所以电显然，此时的电枢反响是增磁的，所以电枢磁势称之为直轴增磁电枢磁势枢磁势称之为直轴增磁电枢磁势淮北职业技术学院机电工程系四、四、ψ=恣意角度恣意角度时的的电枢反响枢反响 ：：       在在这里要留意是里要留意是电流滞后流滞后电动势还是超前是超前电动势电流滞后流滞后电动势时，，产生直生直轴电枢磁枢磁势，，对主磁极起主磁极起去磁作用去磁作用         与与      同相位，起交磁作用；同相位，起交磁作用；电流流超前超前电动势时，直，直轴分量分量电流流产生的直生的直轴磁磁势对主极主极磁磁势起增磁作用交起增磁作用交轴分量分量电流流产生的交生的交轴磁磁势对主主极磁极磁势起交磁作用起交磁作用    总之，当同步之，当同步发电机供机供应滞后滞后电流流时，，电枢磁枢磁势除了一部分除了一部分产生交生交轴电枢反响外，枢反响外，还有一部分有一部分产生直生直轴去磁去磁电枢反响；当枢反响；当电电机供机供应超前超前电流流时，，电枢磁枢磁势除了一部分除了一部分产生交生交轴电枢反响外，枢反响外，还有一部分有一部分产生生直直轴增磁增磁电枢反响。

枢反响这个个结论非常重要，它非常重要，它对发电机机性能性能产生影响淮北职业技术学院机电工程系6.2.2 6.2.2 同步电抗同步电抗 同步电抗是同步电机中一个重要参数，它的同步电抗是同步电机中一个重要参数，它的大小对同步电机的性能有很大影响大小对同步电机的性能有很大影响 隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙是均匀分布的气隙是均匀分布的 其中的其中的 称为电枢反响电抗在同样大小电称为电枢反响电抗在同样大小电流情况下流情况下, ,假设假设 越大，电枢反响电势也越大，越大，电枢反响电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强因此表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强因此 的大小可以阐明电枢反响的强弱当然，电枢的大小可以阐明电枢反响的强弱当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应产生电动势产生电动势 所以在三相对称电流经过电枢绕组后，所产生的匝链定子绕组的磁通为〔 〕，两者在电枢绕组中所产生的全部电势为 式中 ： 称为隐极同步电机的同步电抗。

淮北职业技术学院机电工程系6.2.3 6.2.3 隐极同步发电机的负载运转隐极同步发电机的负载运转    一、负载电流对端电压的影响：一、负载电流对端电压的影响：    一一台台同同步步发发电电机机，，坚坚持持励励磁磁电电流流和和电电机机的的转转速速不不变变，，给给发发电电机机带带上上负负载载，，那那么么发发电电机机的的端端电电压压将将随随着着负负载载电电流流的的变变化化而而变变化化不不同同性性质质负负载载下下，，其其变变化化规规律律也也不不同同在在电电阻阻负负载载时时，，负负载载电电流流增增大大端端电电压压下下降降；；在在电电感感负负载载时时，，负负载载电电流流增增大大端端电电压压下下降降的的更更厉厉害害；；在在电电容容负负载载时时，，负负载载电电流流增增大大时时，，端端电电压压不不但但不不下下降降反反而而会会上上升升这这阐阐明明发发电电机机端端电电压压的的变变化化，，不不但但与与负负载载电流的大小有关，还与负载电流的性质有关电流的大小有关，还与负载电流的性质有关 二、隐极同步发电机的电势方程式：二、隐极同步发电机的电势方程式：    同步发电机在对称负载下运转，气隙中同步发电机在对称负载下运转，气隙中存在着两种磁势，即定子上的电枢磁势和存在着两种磁势，即定子上的电枢磁势和转子的磁极磁势。

在不思索磁路的饱和景转子的磁极磁势在不思索磁路的饱和景象时，运用迭加原理，以为它们各自独立象时，运用迭加原理，以为它们各自独立地产生相应磁通，并在电枢绕组内产生感地产生相应磁通，并在电枢绕组内产生感应电势 淮北职业技术学院机电工程系6.2.4 6.2.4 凸极同步发电机的负载运转凸极同步发电机的负载运转 当凸极同步发电机在对称负载下运转时，当凸极同步发电机在对称负载下运转时，气隙中也存在着两种旋转磁势，即转子上磁极气隙中也存在着两种旋转磁势，即转子上磁极磁势和定子上电枢磁势由于凸极电机中，转磁势和定子上电枢磁势由于凸极电机中，转子直轴和交轴上的气隙不等，在分析电枢磁势子直轴和交轴上的气隙不等，在分析电枢磁势影响时，必需按照式前面我们所分析的将磁动影响时，必需按照式前面我们所分析的将磁动势分解成直轴和交轴两个分量，然后和处置隐势分解成直轴和交轴两个分量，然后和处置隐极电机一样，不计及磁路的饱和景象，运用迭极电机一样，不计及磁路的饱和景象，运用迭加原理以为它们各自独立地产生相应的磁通，加原理以为它们各自独立地产生相应的磁通，并在电枢绕组内产生感应电势并在电枢绕组内产生感应电势。

可得：淮北职业技术学院机电工程系6.2.5 6.2.5 同步发电机的运转运转同步发电机的运转运转一、空载特性一、空载特性定义： 空载特性是发电机的根本特性之一它一方面表征了磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性、零功率因数负载特性配合，可确定电机的根本参数、额定励磁电流和电压变化率等      实践消费中，它还可以实践消费中，它还可以检查三相电枢绕组的对称性、检查三相电枢绕组的对称性、匝间短路、判别励磁绕组有匝间短路、判别励磁绕组有无缺点等无缺点等淮北职业技术学院机电工程系二、短路特性二、短路特性定义：短路时的等效电路短路时的等效电路1 1、短路特性、短路特性短路时,电枢反响为直轴去磁气隙电动势很小,感应气隙电动势的气隙磁通量很小,所以磁路不饱和所以短路特性是一条过原点的直线.此时是常数，有淮北职业技术学院机电工程系2.2.同步电抗的求取同步电抗的求取根据公式求xd不饱和值时,首先给定一励磁电流If，在空载特性的不饱和段或气隙线上确定对应If的E0值，然后在短路特性曲线上确定对应If的短路电流Ik的值,那么 求取xd饱和值时，首先在空载特性上取对应额定电压UN的励磁电流If0，再从短路特性上取出对应If0的短路电流Ik，那么 交轴同步电抗 第三篇　同步电机淮北职业技术学院机电工程系三、外特性三、外特性定义：外特性曲外特性曲线 当发电机带阻性和感性负载时，外特性是下降的，缘由是电枢反响的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降；带容性负载时且〔发电机负载的容抗大于同步电抗〕时，外特性是上升的，缘由是电枢反响的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。

      为了在不同功率因数下了在不同功率因数下时能能得到得到额定定电压，感性，感性负载时要增要增大励磁大励磁电流，容性流，容性负载时应减小减小励磁励磁电流淮北职业技术学院机电工程系四、调理特性四、调理特性定义：调整特性曲整特性曲线 在感性和阻性负载时，随着负载电流的添加，必需添加励磁电流，补偿电枢反响的去磁作用和漏阻抗压降，坚持端电压恒定；对容性负载，随着负载电流的添加，必需减小励磁电流 在功率因数一定情况下,根据调整特性曲线,可确定在负载变化范围内,维持电压不变所需的励磁电流的变化范围运转人员可利用调整特性曲线,使系统中无功功率的分配更合理一些淮北职业技术学院机电工程系 6.3 6.3 同步电动机无功功率的调理同步电动机无功功率的调理 同步电动机的功率因数是超前还是滞后，和发电机一样决议于励磁形状 1、过励时，电动机从电网中吸入超前的无功电流； 2、欠励时，从电网中吸入滞后的无功功率电流 显然，电动机的功率因数是可以经过改动励磁电流来进展调理的因此，如将同步电动机在过励形状下和感应电动机接在同一电网上，便可以使供电系统的功率因数提高。

这是它最可贵的优点 淮北职业技术学院机电工程系6.4 6.4 微微 控控 电电 机机 微控电机由驱动微电机和控制电机构成，简称为微控电机 在本质上和前面所讲的普通电机并没有区别,只是他们的偏重点不同而已普通旋转电机主要是进展能量变换，要求有较高的力能目的；而控制电机主要是对控制信号进展传送和变换，要求有较高的控制性能，如要求反响快、精度高、运转可靠等等控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件1.驱动微电机：用来拖动各种小型负载，功率普通都在驱动微电机：用来拖动各种小型负载，功率普通都在750W以下，以下，最小的不到最小的不到1W，外形尺寸较小，功率也小外形尺寸较小，功率也小2.控制电机：在自动控制系统中对信号进展传送和变换，用做执行元控制电机：在自动控制系统中对信号进展传送和变换，用做执行元件或信号元件要求有较高的控制性能，如：反响快、精度高、运件或信号元件要求有较高的控制性能，如：反响快、精度高、运转可靠等等主要有伺服电动机、步进电动机、旋转变压器、自整转可靠等等主要有伺服电动机、步进电动机、旋转变压器、自整角机和测速发电机等。

角机和测速发电机等淮北职业技术学院机电工程系6.4.1 6.4.1 伺服电动机伺服电动机 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，改动输入信号的大小和极性可以改动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 根据运用电源的不同，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直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围普通为0.1～100瓦淮北职业技术学院机电工程系一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机 直流伺服电动机实践上就是他励直流电动机，直流伺服电动机实践上就是他励直流电动机，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已只不过直流伺服电动机输出功率较小而已 输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上：假设把控制信号加到电枢绕组上，加到电枢绕组上：假设把控制信号加到电枢绕组上，经过改动控制信号的大小和极性来控制转子转速的经过改动控制信号的大小和极性来控制转子转速的大小和方向，这种方式叫电枢控制；假设把控制信大小和方向，这种方式叫电枢控制；假设把控制信号加到励磁绕组上进展控制，这种方式叫磁场控制。

号加到励磁绕组上进展控制，这种方式叫磁场控制二、交流伺服电动机：二、交流伺服电动机： 交流伺服电动机就是两相异步电动机，定子侧交流伺服电动机就是两相异步电动机，定子侧绕组在空间相差绕组在空间相差9090度摆放，转子是鼠笼式的可经度摆放，转子是鼠笼式的可经过幅值、相位或幅过幅值、相位或幅- -相控制法实现对其转速和转向的相控制法实现对其转速和转向的控制淮北职业技术学院机电工程系6.4.2 6.4.2 微型同步电动机微型同步电动机 微型同步电动机的定子构造与普通的同步电动机一样，可微型同步电动机的定子构造与普通的同步电动机一样，可以是三相的也可是单相的，但转子构造不同根据转子构造的以是三相的也可是单相的，但转子构造不同根据转子构造的不同，微型同步电动机主要分为永磁式、反响式、磁滞式等，不同，微型同步电动机主要分为永磁式、反响式、磁滞式等，另外为了提高力能目的，还将磁滞式与其他方式结合起来另外为了提高力能目的，还将磁滞式与其他方式结合起来一、永磁式微型同步电动机一、永磁式微型同步电动机 永磁式同步电动机功率小，构造简单，在电气仪表中运用较多淮北职业技术学院机电工程系二、反响式微型同步电动机二、反响式微型同步电动机 反响式微型同步电动机的转子用磁极资料和非磁反响式微型同步电动机的转子用磁极资料和非磁极资料拼镶而成，使其直轴方向的磁阻小而交轴方向极资料拼镶而成，使其直轴方向的磁阻小而交轴方向的磁阻大。

当反响式同步电动机定子绕组接交流电源，的磁阻大当反响式同步电动机定子绕组接交流电源，由于直轴和交轴的磁阻不同，从而构成磁阻转矩〔也由于直轴和交轴的磁阻不同，从而构成磁阻转矩〔也叫反响转矩〕，拖动负载同步运转叫反响转矩〕，拖动负载同步运转三、磁滞式微型同步电动机三、磁滞式微型同步电动机 转子磁滞资料层用硬磁资料制成，凭仗磁滞转矩而能自行起动，在起动过程中，磁滞角的大小仅仅取决于硬磁资料的磁化特性，而与旋转磁通势和转子转速无关，转子的硬磁资料在旋转磁化下，磁滞角是恒定的淮北职业技术学院机电工程系6.4.3 6.4.3 步进电动机步进电动机一、定义：是一种把电脉冲信号转换为角位移的电一、定义：是一种把电脉冲信号转换为角位移的电动机简单的了解：给一个电脉冲信号，电机前进动机简单的了解：给一个电脉冲信号，电机前进一步，因此被称之为步进电动机相对与模拟的电一步，因此被称之为步进电动机相对与模拟的电压信号，步进电机的控制信号是数字量，因此，更压信号，步进电机的控制信号是数字量，因此，更广泛的运用在数字控制场所广泛的运用在数字控制场所二、构造：二、构造：淮北职业技术学院机电工程系三、相关概念：三、相关概念： 1 1、静、静转矩矩T T：： 2 2、步距角、步距角 ：在静：在静转矩的作用下，矩的作用下，转子子齿每前每前进一步在一步在电机机圆周上所跨周上所跨过的的间隔，我隔，我们用一个角度来用一个角度来表示，叫做步距角。

表示，叫做步距角 3 3、拍、拍(N)(N)：每改：每改动一次通一次通电方式叫做一拍，常用方式叫做一拍，常用为三拍 4 4、通、通电循循环：控制：控制绕组各完成一次通各完成一次通电构成一构成一个通个通电循循环，，经过后面的分析，我后面的分析，我们可以可以发现，每，每经过一个通一个通电循循环，〔即，〔即对应一个一个2π2π的空的空间电角度〕角度〕转子子齿前前进一个一个齿距的距的间隔，因此，隔，因此，转子一个子一个齿距距对应一个一个2π2π的空的空间电角度 5 5、、单：每次改：每次改动通通电方式只需一个方式只需一个绕组通通电 6、双：每改动一次通电方式有两相绕组同时通电. 7、三相单三拍：三相单，双六拍；三相双三拍 因此,它的通电顺序为A-B-C-A,假设反向,即为A-C-B-A淮北职业技术学院机电工程系四、步四、步进电机的运用机的运用 步步进电动机是用脉冲信号控制的，一周的步机是用脉冲信号控制的，一周的步数是固定的，只需不数是固定的，只需不丢步，角位移步，角位移误差不存在差不存在长期期积累的情况，主要用于数字控制系累的情况，主要用于数字控制系统中，精度中，精度高，运高，运转可靠。

如采用位置可靠如采用位置检测和速度反响，亦和速度反响，亦可可实现闭环控制 步步进电动机已广泛地运用于数字控制系机已广泛地运用于数字控制系统中，中，如数模如数模转换安装、数控机床、安装、数控机床、计算机外算机外围设备、、自自动记录仪、、钟表等之中，另外在工表等之中，另外在工业自自动化消化消费线、印刷、印刷设备等中亦有运用等中亦有运用  淮北职业技术学院机电工程系6.4.4 6.4.4 旋转变压器旋转变压器一、定义：当旋转变压器的定子绕组施加单相交一、定义：当旋转变压器的定子绕组施加单相交流电时，其转子绕组输出的电压与转子转角成正流电时，其转子绕组输出的电压与转子转角成正弦余弦关系或线性关系等函数关系弦余弦关系或线性关系等函数关系二、分类：二、分类： 根据输出的函数关系的不同，旋转变压器可分根据输出的函数关系的不同，旋转变压器可分为很多类，其中正余弦旋转变压器，线性旋转变为很多类，其中正余弦旋转变压器，线性旋转变压器较为常用压器较为常用常在自动控制系常在自动控制系统中作解算元件统中作解算元件可进展矢量求解、可进展矢量求解、坐标变换、加减坐标变换、加减乘除运算微分积乘除运算微分积分运算，也可在分运算，也可在角度传输系统中角度传输系统中作自整角机运用。

作自整角机运用淮北职业技术学院机电工程系6.4.5 6.4.5 自整角机自整角机一、定义：一、定义： 在自动控制系统中，经常需求指示位置和角度的数值，在自动控制系统中，经常需求指示位置和角度的数值，或者需求远间隔调理执行机构的速度，或者需求某一根或多或者需求远间隔调理执行机构的速度，或者需求某一根或多根轴随着另外的与其无机械衔接的轴同步转动，这样，就出根轴随着另外的与其无机械衔接的轴同步转动，这样，就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同步传输角度的现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同步传输角度的一类控制电机一类控制电机二、分类：二、分类： 自整角机按自整角输出量可分为力矩式自整角机和控制自整角机按自整角输出量可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两种式自整角机两种三、运用：三、运用： 常用于位置和角度的远间隔指示，如在飞机、舰船中用常用于位置和角度的远间隔指示，如在飞机、舰船中用于角度位置、高度的指示，雷达系统中用于无线定位等等；于角度位置、高度的指示，雷达系统中用于无线定位等等；另一方面常用于远间隔控制系统中，如轧钢机轧辊控制和指另一方面常用于远间隔控制系统中，如轧钢机轧辊控制和指示系统、核反响堆的控制棒指示等等。

示系统、核反响堆的控制棒指示等等淮北职业技术学院机电工程系6.4.6 6.4.6 测速发电机测速发电机 测速发电机是一种丈量转速的微型发电机，它把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号与转速成正比： U2=Cn 测速发电机分直流和交流两大类。