数控机床交流伺服系统-交流电机的结构与调速原理.ppt

数控机床交流伺服系统无锡职业技术学院 魏昌洲 一、三相异步电动机的概述 1.主要用途 异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。例如，在工业方面，用于拖动中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械等；在农业方面，用于拖动水泵、脱粒机、粉碎机以及其它农副产品的加工机械等；在民用电器方面的电扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也都是用异步电动机拖动的。使用非常广泛。 2.特点 优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。 缺点：功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，这并不妨碍异步电动机的广泛使用。 对那些单机容量较大、转速又恒定的生产机械一般采用同步电动机拖动为好。因为同步电动机的功率因数是可调的(可使cosφ=1或领先)。 注意： 交流的有功率因数，是应为电压电流都是正弦规律变化的，导致在感抗容抗上电压电流有夹角，这个角就是功率因数角，直流中，因为电流电压已经不是正弦变化的了，所以，基本不存在功率因数。 3.种类 异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法。例如： (1)按定子相数分有 : ①单相异步电动机；②两相异步电动机；⑧三相异步电动机。 (2)按转子结构分有 :①绕线式异步电动机（1、2）；②鼠笼式异步电动机（1、2）。其中又包括单鼠笼异步电动机；双鼠笼异步电动机；深槽式异步电动机。 (3)按有无换向器分 : ①无换向器异步电动机；②换向器异步电动机。此外，根据电机定子绕组上所加电压大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机，高转差率异步电机，高转速异步电机等等。 异步电机也可作为异步发电机使用。单机使用时，常用于电网尚未到达的地区．又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。在异步电动机的电力拖动中，有时利用异步电机回馈制动，即运行在异步发电机状态。 和直流电机一样，三相异步电动机主要也由静止的定子和转动的转子两大部分组成。定子与转子之间有——个较小的气隙。图1表示绕线转子三相异步电动机的结构。 三、三相异步电动机的工作原理 直流电动机的工作原理是，通过一种静止的磁场与以传导方式通入电枢绕组中的电流相互作用而产生的一种恒定方向的电磁转矩，来实现拖动作用。 三相异步电动机的工作原理，就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作，以产生电磁转矩来实现拖动作用。 在三相异步电动机中实现机电能量转换的前提是产生一种旋转磁场。用什么方式产生旋转磁场?这是叙述三相异步电动机的工作原理时必须首先说明的问题。 旋转磁场的产生（点击观看演示） 所谓旋转磁场，就是一种极性和大小不变且以一定转速旋转的磁场。根据理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相电流时会产生一种旋转磁场。A一X、B一Y、C—Z三个线圈彼此互隔120o分布在定子铁心内圆的四周上，构成了对称三相绕组。这个对称三相绕组在空间的位移是B相从A相后移120o，C相从片相后移120o。当对称三相绕组接上对称的三相电源，则在该绕组中通过对称三相电流。若各相电流的瞬时表达式为： 综上所示的电流变化情况与旋转磁场旋转情况，可清楚地知道，当三相电流随时间变化经过一个周期T，旋转磁场在空间相应地转过360o，即电流变化一次，旋转磁场转过一转。因此，电流每秒钟变化f 1 (即频率)次（点击演示），则旋转磁场每秒钟转过f 1转。由此可知旋转磁场为一对极情况下，其转速n0(r／s)与交流电流频率的关系f1为： n0=f1 如果我们把三相绕组排列成如图3—3中所示。A、B、C三相绕组每相分别由两个线圈A一X、A`—B`，B一Y、B`一Y`，C—Z、C`—Z`，串联组成。每个线圈的跨距为1/4圆周，用同样方法决定三相电流所建立的合成磁场，仍然是一个旋转磁场。不过磁场的极数变为四个，即具有两对磁极，并且当电流变化一次，旋转磁场仅转过1／2转。如果将绕组按一定规则排列，可得到3对，4对或——般地说芦对磁极的旋转磁场。用同样方法去考察旋转磁场的转速n0与磁场极对数p的关系，可看到它们之间是一种反比例关系，即具有p对磁极的旋转磁场，电流变化一次，磁场转过1／p转。由于交流电源每秒钟变化f次，所以极对数为p的旋转磁场的转速为 : 用n0表示旋转磁场的这种转速，称为同步转速。 当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定于、转子之间的气隙内建立了以同步转速n旋转的旋转磁场。由于转子