《电机与变压器》第四版教材教案
XX市XX学校XX教研室
使用班级 XX级X班 XXX教室
绪论
一 电机在电能产生、传输、转换中的作用
电能在产生、传输、使用上拥有诸多的优势，这个过程中，电机起了关键性的作用。电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。 二、电能的产生
发电机：其他形式的能转化为电能
⑴火力发电：燃料的化学能 → 水和水蒸气的内能
→ 发电机转子的机械能 → 电能
⑵水力发电： 水的机械能 → 水轮机的机械能
→发电机转子的机械能 → 电能
⑶核能发电： 核能 → 水和蒸汽的内能
→发电机转子的机械能 → 电能
三、变压器在电能的传输中的作用
1.减小输电线电阻的方法来提高电能的传输效率，有色金属消耗大，安全系数低。 2.提高输电电压，有色金属消耗小，输电成本较低，安全系数高，故广泛使用。 四、电动机在电能的使用上的优点
三相异步电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪音低、寿命长、可靠性高、维护方便、启动转矩大等优点。 五、电机发展概况
蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后,19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命,使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命。 发展趋势：高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速。
第一单元变压器的分类、结构和原理
教学目的与要求：熟悉变压器的分类、结构、用途。掌握变压器工作原理，理解变压器空载试验和短路试验的目的、方法。
教学重点：变压器结构、原理、阻抗变换、外特性、损耗与效率。 教学难点：变压器原理分析、电压方程式、效率分析。 教学内容与步骤：
课题一变压器的分类和用途
变压器是一种能够改变交流电压的设备。除了用于改变电压之外，变压器还用于变换交流电流、变换阻抗以及相位等。 变压器的种类很多，分类方法也很多。电压在35kv及以下，容量在5～500kVA称为小型变压器，630～6300kVA称为中型变压器。 2.大型变压器。电压在110kV及以下，容量为8000～63000kVA的变压器。 3.特大型变压器。电压在220kV及以上，容量为3150kVA及以上的变压器。按用途可以把变压器分为
1.电力变压器：( 1)升压变压器（2）降压变压器（3）配电变压器（4）联络变压器。（5）厂用或所用变压器。
2.仪用变压器。诸如电流互感器、电压互感器，作为测量和保护装置。 3.电炉变压器。特点是输出电压低，限制短路状态下的工作电流。
4.试验变压器。特点是输出电压很高，可以高达100万伏，而电流很小，用于电气设备和绝缘材料的工频耐压试验。
5.整流变压器。一次侧输入交流，二次侧输出直流。用于需要直流电源的情况。
6.调压变压器。有自耦式调压变压器、感应式调压变压器和移圈式调压变压器等。 7.矿用变压器（防爆变压器）。 8.其他变压器。
按相数可以把变压器分为 1.单相变压器。用于单相负载或三相变压器组。 2.三相变压器。用于三相负载。
课题二变压器的结构与冷却方式 一、 变压器的结构
变压器油箱 分接开关 绝缘套管 测温装置 气体继电器（瓦斯继电器）
1、变压器绕组（线圈） ： 绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成 。绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势。 高压绕组：工作电压高的绕组； 低压绕组：工作电压低的绕组。绕组有同心式和交叠式。 同心式绕组：高低压绕组在同一芯柱上同芯排列，低压绕组在里，高压绕组在外，便于与铁芯绝缘，结构较简单。
交叠式绕组：高低压绕组分成若干部分形似饼状的线圈，沿芯柱高度交错套装在芯柱上。 2、变压器铁心：
1）变压器铁心材料 铁心是变压器磁路的主体，变压器铁心分为铁心柱和铁轭，铁心柱上套装绕组，铁轭的作用是使磁路闭合。为减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，提高铁心导磁能力，铁心采用含硅量约为5%，厚度为0.35mm或0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。
2）变压器铁心结构 变压器铁心分为心式结构和壳式结构。
（1）心式变压器：心式变压器的原、副绕组套装在铁心的两个铁心柱上，如下图所示。结构简单，电力变压器均采用心式结构。
（2）壳式变压器：壳式变压器的铁心包围绕组的上下和侧面。制造复杂，小型干式变压器多采用。
二、变压器的冷却方式
变压器的ONAN 冷却方式为内部油自然对流冷却方式，即通常所说的油浸自冷式。
变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的; 由于油浸变压器还分为油箱内部冷却方式和油箱外部冷却方式，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。
第一个字母：与绕组接触的冷却介质。
O--------矿物油或燃点大于 300℃的绝缘液体; K--------燃点大于 300℃的绝缘液体; L--------燃点不可测出的绝缘液体; 第二个字母：内部冷却介质的循环方式。
N--------流经冷却设备和绕组内部的油流是自然的热对流循环;F--------冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环; D--------冷却设备中的油流是强迫循环.
第三个字母：外部冷却介质。 A--------空气; W--------水;
第四个字母：外部冷却介质的循环方式。N--------自然对流; F--------强迫循环.
1、油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。
2、油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。
3、强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。
三、变压器的主要附件
1.气体继电器（瓦斯继电器）：
装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。内部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号；当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸。 2. 分接开关：
在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。 3. 绝缘套管：
装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。 4.安全气道（防爆管）：
装在油箱顶盖上，保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。 5. 测温装置：
监测变压器的油面温度。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。
课题三变压器的原理 变压器空载运行指变压器一次绕组接额定频率、 额定电压的交流电源，二次绕组开路的运行状态。 一、 变压器的空载运行 1.理想变压器的空载运行
空载电流还建立空载磁动势产生交变的磁通; 铁心磁导率远大于空气磁导率，绝大部分磁通沿铁心闭合， 同时交链一、二次绕组，称为主磁通Φ。另外有很少一部分磁通只交链一次绕组，主要沿非铁磁材料闭合，称为一次绕组的漏磁通
空载运行时，一次绕组所接电源为额定频率、额定电压的正弦交流电， 根据电磁感应定律，一次绕组的感应电动势为变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理:当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势式
E=4.44fNØm
式中：E--感应电势有效值 f--频率 N--匝数 Øm--主磁通最大值.不计一次、二次绕组的电阻和铁耗， 其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器 描述理想变压器的电动势平衡方程式为 e1(t) = -N1 d φ/dt e2(t) = -N2 d φ/dt 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化， 则有 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比）。 2.实际变压器的空载运行
空载运行时，空载电流i0产生励磁磁势F0，F0建立主磁通Φ，而交变磁通在原绕组内感应电势e1，单独产生磁通的电流为磁化电流i0w，i0w与电势E1之间的夹角是90°，故i0w是一个纯粹的无功电流。铁心中的磁通不变，一定存在损耗，为了供给损耗，励磁电流中除
了用来产生磁通的无功电流外，还应包括一个有功电流i0r，即im=i0w+i0r，其向量关系如图。-E1=imRm+jimXm=imZm，Xm是主磁通Φ引起的电抗，为励磁电抗。 二、变压器的负载运行 1.磁动势平衡方程
I1*N1=I2*N2 安匝相等，电流与匝数的乘积就是磁动势。 推论：I1/I2=N2/N1 电流比等于匝数反比。 2.电压方程式
3.阻抗变换
Z1=U1/I1 Z2=U2/I2 UI/U2=N1/N2=K(变比) Z1= K*K*Z2
例题1-1：收音机输出变压器N1=230匝；N2=80匝，原配阻抗8欧姆扬声器，现改为4欧姆，问N2改为多少？
Z1= K*K*Z2=(230/80)* (230/80)*8=66.13ohm K1=66.13/4开平方=4.07 N2=230/4.07=57匝。 4.变压器的外特性
变压器空载运行时，若一次绕组电压U1不变，则二次绕组电压U2也是不变的。变压器加上负载之后，随着负载电流I2的增加，I2在二次绕组内部的阻抗压降也会增加，使二次绕组输出的电压U2随之发生变化。另一方面，由于一次绕组电流I1随U2增加，因此I2增加时，使一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次绕组电动势E1和二次绕组电动势E2也会有所下降，这也会影响二次绕组的输出电压U2。变压器的外特性是用来描述输出电压U2随负载电流I2的变化而变化的情况。 5.电压调整率
一般情况下，变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加时，输出电压U2总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。当变压器从空载到额定负载（I2=I2N）运行时，二次绕组输出电压的变化值ΔU与空载电压U2N之比的百分值就称为变压器的电压变化率，用ΔU％来表示。
ΔU％=(U2n-U2)/ U2n*100%=ΔU/ U2n*100%
电压变化率反映了供电电压的稳定性，是变压器的一个重要性能指标。ΔU％越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变压器的ΔU％越小越好。常用的电力变压器从空载到满载，电压变化率约为3％～5％。 6.变压器的损耗及效率
变压器从电源输入的有功功率P1和向负载输出的有功功率P2可分别用下式计算
P1=U1I1COSφ1 P2=U2I2COSφ2两者之差为变压器的损耗ΔP，它包括铜损耗PC铁铁损耗PFe两部
分ΔP=PCu +PFe
1．铁损耗PFe 变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。基本铁损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，它决定于铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等。附加损耗则包括铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗、主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗等，附加损耗约为基本损耗的15％～20％左右。 变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关，而与负载电流的大小无关。当电源电压一定时，铁心中的磁通基本不变，故铁损耗也就基本不变，因此铁损耗又称“不变损耗”。
2．铜损耗PCu 变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗两部分。基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，而附加铜损耗是指由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。附加铜损耗约占基本铜损耗的3％～20％。在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”
3．效率 变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η，即 η=P2/P1*100%
课题四变压器的空载试验与短路试验 一、 单相变压器的空载试验
1. 实验目的 学习并掌握单相变压器参数的试验测定方法。
2. 试验器材 单相变压器 交流电压表 调压器 电能表 熔断器 自动空气开关 3. 试验线路图 p21 图1—18 4. 试验内容和步骤
二、单相变压器的短路试验
1.实验目的 测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，局部过热，局部绝缘不良等。 5. 2.试验器材单相变压器 交流电压表 调压器 电能表 熔断器 自动空气开关 3.试验线路图 p22 图1—19 4.试验内容和步骤 三、试验应注意事项
1、 试验电压一般应为额定频率、正弦波形，并使用一定准确等级的仪表和互感器。如果施加电压的线圈有分接，则应在额定分接位置。
2、试验中所有接入系统的一次设备都要按要求试验合格，设备外壳和二次回路应可靠接地，与试验有关的保护应投入，保护的动作电流与时间要进行校核。
3、联结短路用的导线必须有足够的截面，并尽可能的短，连接处接触良好。
第二单元变压器绕组的极性测定与连接
教学目的与要求：掌握变压器的极性判断、测量方法，正确连接组别。 教学重点：极性判断 三相绕组的首尾端判别 组别连接。 教学难点：5种常用的连接组接线、适用场合。
教学内容与步骤：
课题一单相变压器绕组的极性
一、 极性的意义 1. 直流电源的极性
2. 在直流电路中，电源有正负极之分。“+”表示正极性高电位， “-”表示负极性低电
位。直流电源的极性是恒定不变的。
3. 交流电源的极性 交流电每经过半个周期正负极变化一次。因此交流电源只存在瞬时极
性，电位的高低是暂时的，可变的。 4. 单相变压器的极性
变压器绕组的极性是指变压器一、二次绕组在同一磁通的作用下所产生的感应电动势之间的相位关系。变压器在运行时，它的一、二次绕组都是被同一个磁通所联系。在这个磁通的作用下，一、二次绕组中同时产生感应电动势，感应电动势的大小和方向虽然在不断变化着，但在同一瞬间是一定的。即一次绕组某一端子出现正极性时，二次绕组某一端子也出现正极性，而与其对应的另一端子必然出现负极性。我们把各个绕组瞬时极性相同的端子称为同极性端或同名端。常用黑点“·”或星号“ ”来标明。 5. 绕组的连接和极性的重要性 （1） 绕组的串联
分为正向串联和反向串联，正向串联时（两线圈异名端相接）电动势越串越大， 反向串联时（两线圈同名端相接）电动势越串越小。 正向串联E=E1+E2 反向串联E=E1-E2 （2） 绕组的并联
绕组并联时同名端接同名端，异名端接异名端，要求电压相等，不等则产生环流。谓之为顺并。反并无论电压是否相等都产生短路电流，因此不容许。 二、 变压器绕组的极性测定 1、直流法：
如图L 1L2线圈接在低压电池上，开关K闭合瞬间，在绕组L1L2、K1K2分别产生电动势e1和e2 。
若电压表正偏，说明e1和e2同方向，这时L1与K1、L2与K2为同极性端； 若电压表反偏，说明e1和e2反方向，这时L1与K2、L2与K1为同极性端。
因为当电流刚流进L1端时，L1端的感应电动势为正，而电压表正偏，说明K1端此时也为正。 2、交流法
将电流互感器一、二次线圈的L2和二次侧K2用导线连接起来，在二次侧通以1～5V的交流电压(用小量程)，用10V以下的电压表测量U2及U3的数值若U3=U1-U2，则L1与K1、L2 与K2同极性端。
课题二三相变压器绕组的连接及连接组别 1． 变压器联接组别标号的常用确定方法
确定变压器联接组别标号通常采用国际上规定的时钟表示法，即规定原绕组线电动势向量EAB当作钟表的指针固定指“12”位置，副绕组电动势向量Eab当作时针指向钟表的那个数字，该数字就是三相变压器联接组别的标号。下面以Yy0为例，阐述确定联接组标号的具体步骤。分别画出原绕组和副绕组接线图（见图1（a））。注意画图时同一芯柱的绕组上下对齐，找同一芯柱上的绕组感应电动势的同极性端。
图1 Yy0连接组
按照原边接线画出原边绕组的电势向量图。按照副边接线画出把A和a（见图1(b)）看成等电位点的副边绕组电势向量图。
在原、副绕组电动势向量图中找出对应的线电动势相位差。即Eab当作钟表的分针固定在“12”位置，Eab当作时针所指数字就是该变压器联接组别标号（图1中Eab指“12”，通常用“0”表示）。
联接组组成：原边接线、副边接线组别号。由此得图1的联接组为Yy0。 应用此法，对应每一个联接组别都要画出对应原边接线和副边接线的电势向量图，步骤繁琐，也容易出错，掌握起来有一定的难度，尤其对从事变电站运行的职工更是如此。笔者将所有的联接组别进行全面的分析，反复推敲，找出了它们之间的相互联系及变化规律，总结出了不用画向量图的简易确定联接组标号的方法。 2 变压器中各电动势向量的相位变化规律
用国际上规定的方法确定三相变压器的联接组别，较关键的步骤是画原、副绕组电动势向量图，找原、副边绕组对应的线电动势相位差。由于三相变压器结构的特点，三相变压器原、副绕组电动势向量的相位变化及相位差也有一定的规律可循。 三相变压器同一侧（原边或副边）各相电动势相位互等120°。 同一铁芯柱上原、副绕组相电动势要么同相，相位差为0°，要么反相，相位差为+180°（如图1 Yy0）。
不论怎样联接，电势向量组成的三角形为等边三角形。高压绕组线电势EAB和对应
的低压绕相线电势Eab之间的相位差总是30°的整倍数。 3 变压器联接组的变化规律
三相变压器的基本接线有星形联接（原边用符号“Y”表示，副边用符号“y”表示）和三角形联接（原边用符号“D”表示，副边用符号“d”表示）。原、副边的接线组合有Yy、Yd、Dy和Dd四种。每一种组合又有6个组别号，共有24种联接组，其变化规律如下。 第一，当原、副绕组接线方式相同时，联接组标号为偶数（如图1所示），当原副绕组接线方式不同时，联接线别标号为奇数（如图2所示）。
图2 Yd11连接组 第二，当原、副边接线相同、标记相同、极性也相同时，原、副绕组相对应线电势相位差为0。联接组别的标号为“0”，如Yy0。 当原、副边接线相同，标记相同，极性相反时，原、副绕组对应电势相位差为180°，联接组别的标号应为“6”（Yy6）。 第三，当原边接线、标记、极性固定时，副边绕组三相出线标记按相序移位一次，相当于副边相电动势顺时针转动了120°，联接组别在原来的标号上加“4”，如“0+4”时，标号为“4”；再移位一次副边相电动势，又顺转了120°，相当于“4+4”，标号为“8”（Yy8）。 第四，当有一侧的接线为三角形时，若标记不变，极性不变，但接线由顺序三角形改接成逆序三角形，对应的相电势变化了60°。当三角形接线在副边时，相当于钟表的时针逆时针转了60°，组别号减“2”；如yd1变为Yd11，三角形接线在原边时，相当于钟表的时针顺时针转了60°，组别号加“2”，如Dy11变为Dy1。
4 变压器联接组标号的应用 根据分析，只要记Yy0、Yd11（此种应用较多）和Dy11这三种联接组别的接线、标记和极性，通过看接线、看标记、看极性、按变化规律来确定。
课题三用交流法测定三相变压器绕组极性 一、实训目的
1．掌握测定三相变压器绕组极性的方法。
2．掌握三相变压器的连接方法和连接组校验方法。 二、实训内容
1．三相变压器相间极性和一、二次侧极性的测定。 2．校验Y，y0连接组。
3．连接Y，y6和Y，d5的三相变压器，并用实验方法验证。 三、实训步骤
其一：一、二次侧相应的线电势相位差随三相绕组的连接方式不同而变化；其二是相电势的波形要受到三相磁路结构和三相绕组连接方式影响。三相变压器磁路结构也有两
种：三相磁路互相关联的心式结构和三相磁路彼此独立的组式结构。三相绕组有多种接法，常用的有两种：星形连接，记为Y，当有中点引出线时记为YN；另一种是三角形连接，记为D。对应线电势之间的相位差用时钟法表示，如果一、二次侧绕组分别是Y和D连接，对应线电势相位差为30，则用Y，d1表示，三相变压器可有24 种连接组别，国家标准规定了5种标准连接组别：Y，yN0、Y，d11、YN，dll、YN，y0 和Y，y0，其中前三种是电力变压器的常用接法。
三相变压器绕组中相电势的波形决定于磁路中主磁通的波形。如果主磁通的波形是正弦波，则相电势也为正弦波，如果主磁通波形是平顶波（含较强三次谐波），则相电势波形为尖顶波（也含较强的三次谐波）。要得到正弦波主磁通，则励磁电流必须含有三次谐波，即为尖顶波。因此无中线的Y形联结的绕组中是不存在三次谐波电流。而心式磁路结构中，三次谐波磁通在主磁路中是没有通路的，只能沿漏磁路流通，因而被大大削弱，因此，心式变压器中相电势波形接近正弦波。倘若为Y，y组式变压器，三次谐波磁通在主磁路中能流通，因而其相电势波形为尖顶波，通常不被采用。而Y，d、YN，y 、Y ，yN 及D，y接法中因有三次谐波电流存在，故主磁通为正弦波，相电势波形也是正弦波或近似正弦波。在电力系统中，常常要进行变压器的并联运行，连接组别相同是并联运行的必要条件。 五、实训方法
1．三相变压器相间极性和一、二次侧极性的测定
（1）极性测定：①用万用表电阻挡测量12个出线端通断情况及电阻的大小，找出三相变压器高的六个端头，暂标记为U1、V1、W1 、U2、V2、W2。然后按图接线，将V2、W2两端用导线连接。
②在U相施加低电压，约UN的50%左右，用电压表测量
UV1V2、UW1W2U及
UV1W1U间电压，若
V1V2W1W2，，则说明V、W两相首端为同名端，标号正确。若V1W1则说明V、W两相首端为异名端，标号是错误的，应更换标号及连接端头。
③用同样的方法，在V相施加低电压，决定U、W相间极性。相间极性确定后，把高压绕组首未端作正式标记。
（2）测定三相变压器高、低压绕组极性
①在定好一次侧极性后，暂定二次侧的六个标记u1、v1、w1、u2、v2、w2并按图2-6-1（b）接线，此时一、二次侧都接为Y形，两中点间用导线连接。
UV1W1UV1V2UW1W2U②在高压边加三相电压，约为50%UN，用电压表分别测量
UU1U2UV1V2UWWUuu、、、、
1212Uv1v2、
Uw1w2、
UU1u1、
UV1v1、
UW1w1。若
UU1u1UU1U2Uu1u2时，则
UU1U2和
Uu1u2同相位，和
U1、u1端点极性相同标之为同名端，用“•”表示。若
反相位，U1、u1端点极性相反，称为异名端。
③用同样的方法观察
UU1u1UU1U2Uu1u2，则
UU1U2Uu1u2与
UV1v1与
UV1V2、Uv1v2的关系以确定V相的同极性端，观察
UW1w1、W1W2的关系以确定W相的同极性端。 2．校验Y，y0连接组
按图所示进行接线。用导线将U1、
Uw1w2U
u1端连在一起，将三相调压器调到其输出电压100V左右。用电压表分别测量电压、知：
UU1V1、
Uu1v1UV1v1、
UW1w1及
UV1w1数值，记录于表2-6-1中。根据Y，y0连接组的电压向量图可
2UUKK1 VWuv1111
UV1v1UW1w1K1Uu1v1
KUU1V1Uu1v1式中：为变压器的线电压比。
若实测结果与计算结果相同，则表明该变压器连接组别为Y，y0。 3．连接Y，y和Y，d5的三相变压器，并用实验方法校验 （1）按Y，y6连接组要求，正确连接三相变压器。
（2）用导线将U1、u1端联在一起，将三相调压器调到其输出电压100V左右。
（3）用电压表分别测量电压U1V1、u1v1、V1v1数值，记录于表2-6-2中。 （4）根据Y，y6连接组的电压向量图验算电压
W1w1u1v1 V1v1（5）按Y，d5连接组要求，重新连接三相变压器。
（6）用导线将U1、u1端联在一起，将三相调压器调到其输出电压100V左右。
UUUUV1w1Uu1v1K2K1UUK1U（7）用电压表分别测量电压U1V1、u1v1、V1v1、W1w1及V1w1数值 （8）根据Y，d5连接组的电压向量图验算电压
课题四电力变压器的铭牌参数
1.型号和含义
通常电力变压器型号表示中包含有绕组耦合方式、相数、冷却方式、调压方式、防护方式标示、额定容量、高压绕组额定电压等级等。
2.额定电压 变压器额定电压指的是高压侧的额定线电压有效值。
3.额定电流 变压器的额定电流为通过绕组线端的电流，即线电流的有效值。 4.额定容量： 在变压器铭牌所规定的额定状态下，变压器二次侧的输出能力。 5.变压器的绝缘强度与绝缘等级
变压器的绝缘强度也称绝缘水平，是设备及其绝缘部分相配合的水平，即耐受电压值。 二、新型变压器简介 1.环氧树脂干式变压器
（1）高、低压绕组全部采用铜带(箔)绕成;
(2)高、低压绕组全部在真空中浇注环氧树脂并固化,构成高强度玻璃钢体结构; (3)高、低压绕组根据散热要求设置有纵向通风气道;
(4)线圈内、外表面由玻璃纤维网格布增强; (5)绝缘等级有F、H级; 2.S9系式变压列油浸器
（1）铁芯采用阶梯形的三级接缝，表面涂刷固化漆，以降低损耗和噪声。损耗和空载电流
比老产品更低。
（2）高低压绕组均用无氧铜线绕制，高压绕组采用多层圆筒式结构，低压绕组采用圆筒式
结构和改进型螺旋式结构
（3）绕组结构新型，油道设计合理，采用新的绝缘结构，提高机械强度和抗短路能力。 3. S10系列油浸式变压器 比S9系式变压列油浸器更先进。
UUUUU
4.非晶合金铁心变压器 5.密封式变压器 6.卷铁心变压器
第三单元
教学目的与要求： 教学重点： 教学难点：
变压器并联运行、维护和检修
教学内容与步骤：
课题一三相变压器的并联运行
一、 三相变压器并联运行的原因
1、多台变压器并联运行时，如果其中一台变压器发生故障或需要检修，那么另外几台变压器可分担它的负载继续供电，从而提高了供电的可靠性。
2、可根据电力系统中负荷的变化，调整投入并联的变压器台数，以减少电能损耗，提高运行效率。
3、可根据用电量的增加，分期分批安装新变压器，以减少初期投资。
二、 变压器并联运行的条件
1. 连接组别序号相同，不同会引起短路。 2. 电压比相等，不等会造成环流。
3. 短路阻抗（或短路电压）相等，（不等会使容量分配不均，不能够充分利用）。 三、 并联运行接线
课题二变压器的维护及检修 一、 主变压器主体的起吊
起吊主体时，必须吊挂所有主吊攀，吊绳与垂线夹角不大于30°，各吊绳应满足受力要求，长度一定要相等且受力均匀合理。主体起吊时要保持平稳，倾斜不得大于10°。 二、 检查变压器主体是否受潮及其处理
1、化验箱底油样，并检测线圈的绝缘电阻等，当油的U≥40kV，含水量﹤20 ul /L；线圈的绝缘电阻R60、吸收比R60/R15、介损tgδ与出厂值无明显变化，则认为未受潮。 2、 用2500V摇表检测铁心对地绝缘，其绝缘电阻应不小于200MΩ。 3、受潮的变压器，应进行干燥处理。 三、 变压器器身检查的条件
1、雨、雾、雪和风沙天气，或者相对湿度大于75％时，不能进行检查。 2、 在户外吊罩检查产品时，要搭设临时防尘围墙，墙高高于油箱。 四、 正常情况下的检查
1、 220KV变压器在通常情况下可从箱壁人孔处进入油箱中的两侧进行内检；
2、上铁轭上的构件，可从箱盖上的法兰进行检查。如器身检查时没有异常情况，可不必吊罩检查。
3、放油后箱盖上的大法兰孔要进行适当遮挡，防止灰尘落入箱
4、内检过程中使用灯具必须有保护罩，不准在箱内更换灯泡，移动灯具和其它工具时注意不要损伤器身绝缘。
5、检查时，不允许将梯子搭在引线上；对于包有绝缘的引线不允许弯折、位移。 6不允许带有除工具外的其它物件。所用工具要有严格登记、清点制度，严防丢忘在油箱中。
7、器身暴露在空气中的允许时间。空气相对湿度在65％以下时：不超过16，或不超过12h。
8、空气相对湿度在65％～75％时：不超过12h；或不超过10h。 五、 检查器身内容
1、首先拆除油箱中运输用的支架和氮气监视装置。
2、所有紧固件是否有松动如有松动或脱落，应当复位、拧紧。
3、引线的夹持、捆绑、支撑和绝缘的包扎是否良好，如有移位、倾斜、松散等情况应当复位固定、重新包扎。
4、开关的传动、接触是否良好。如出现倾斜、位移的故障应查明原因予以解决。 5、如果器身出现位移时，应检查其绝缘是否有损伤；引线与套管、开关与操动杆的正常安装位置有无影响，有关的电气距离能否保证。如不能保证与箱盖上构件的正常安装位置，应当吊心复位。
6、 2500V摇表检测铁心与夹件间的绝缘是否良好；铁心是否一点可靠接地。 7、 检查完毕后，清除油箱中的残油、污物。然后先安装与油箱相联的组件。 8、进入油箱中检查的同时可安装套管。 六、 抽真空和真空注油
1、在确认变压器和有关管路系统的密封性能良好的情况下，方可进行抽真空。抽真空的管路接至变压器主导气联管端头的阀门上。 2、 变压器的有载开关油室与变压器油箱应用U型管在专设位置上连通，以便开关油室同时抽真空，抽真空前开关油室中的油应放出来；注油管路也要联结起来，以便能使开关油室与变压器油箱同时注油。
3、抽真空前应将冷却器上下联管处的蝶阀全都打开；水冷却器中不能承受真空的仪器应当隔离开来，将仪器联结处的蝶阀关闭起来。
4、抽真空时气体继电器两端的蝶阀，必须处于关闭位置。保证金属波纹储油柜不受损坏。4.5 抽空或真空注油过程中如果遇到降雨或下雪，最好是停止抽空可注油存放，待晴天后再重新抽空。
5、抽真空的最初一小时内，当残压达到20KPa时，如无异常情况，继续提高真空度直到残压为0.3KPa，且持续抽真空8h以上，开始真空注油。
6、条规定，每小时注入的油量应当小于5000L，注满油的时间大于6h，注满油后仍保持真空度4h以上，然后再解除真空，拆除U型管等密封管接口。
7、补加油。真空注油结束后，从储油柜注油口向储油柜中加油 。加油时将气体继电器两端的蝶阀打开。按金属波纹式储油柜说明书补油。
8、注满油后静置48h，然后打开套管、冷却（散热）器、联管等上部的放气塞进行排气，待油溢出时关闭塞子。
9、密封性能试验：变压器密封性能试验，使油箱内维持20kPa～30kPa的压力，用油柱静压法试漏时，静压24h；加压试漏法时，加压时间为24h，应无渗漏。 10、在抽真空过程中，若发现渗漏要及时处理，检查渗漏位置的参考方法： (1) 详细倾听联结处是否有吱吱进气声音，有声音处即渗漏部位。
(2) 将香点燃，使其烟沿安装的可疑部位移动，检查上部时用板状物将烟挡住使之不离开检查部位。当发现烟被吸向里倾斜时，此位置即渗漏处。 七、投入运行前的检查
1、检查各组件的安装是否符合其安装使用说明书的要求。 2、温度计座中是否充填了变压器油
3、套管的中间法兰上的接地端子是否可靠的接地 4、吸湿器中的吸附剂是否合格，吸湿器是否畅通等等
5、气体继电器两端和冷却（散热）器上下联管，或油箱管接头处的蝶阀是否处于开启位置。
6、开关的指示位置是否正确，三相是否一致，转动是否灵活，有载开关油室中是否注满了油。
7、 升高座中的套管型电流互感器的端子是否接好，不允许二次开路运行。 8、变压器主体和铁心接地套管等，是否可靠的一点接地。 9、储油柜、高中压套管中的油面是否合适。
10、各种保护、控制、测量等装置的电源、控制和信号等接线是否正确；信号与动作是否准确。冷却器的吹风装置、控制系统是否无误、油泵的转向油流方向是否正确、风机运转是否正常。
11、集中冷却时，油、水管路的配接是否符合要求，是否畅通，有无渗漏。 12、 各分接位置的变比是否正确（注意操动机构的指示位置是否正确）。 13、各分接位置的直流电阻与出厂值比较，在不同温度下电阻值的换算如下：R75（T+t）=Rt（T+75），式中：R75-环境温度为75℃时直流电阻值(Ω),Pt-环境温度为t℃时直流电阻值，T=235（铜线组），t-环境温度（℃）。
14、检测各绕组绝缘电阻R60、吸收比R60/R15、介质损耗率tgδ，与标准 值比较应无明显变化。
15、 检测变压器极性、升高座中电流互感器极性、电流比等。 16、 检测油箱中的油质，应符合U≥50KV,含水量≤15 ul /L。 八、 投入运行前的试验 1、空载升压试验
试验前将气体继电器的讯号接点改接至跳闸回路，过流保护时限整定为瞬时动作。然后由变压器电源侧接入电源（因电源侧油保护装置，当出现异常情况时，可迅速切除电源）。接入电源后徐徐升压至额定电压，保持30min，此时可测量空载损耗和空载电流与出厂值比较。
2、空载冲击合闸试验
先将气体继电器的过流保护复位。保护断路器合闸时三相同步时差应小于0.01秒。冲击合闸电源为系统额定电压，宜于高压侧投入。合闸冲击数最多为5次，合闸冲击过程中，如果电压值有一次达到最大值时，则不再继续试验视为合格（包括首次），假如冲击合闸5次均未出现最大值时，也视为合格，（中性点接地的变压器，进行冲击时应当接地）。
长时间空载运行，在额定电压下，空载连续运行6h，油顶层温升不超过50K时，可不开启冷却器。
3、各种试验结束后，将气体继电器的信号复原至报警回路，跳闸接点复原至跳闸回路，调整好过流保护值。
4、试验后对油进行气相色谱测量，与试验前数据比较有无变化。 九、 运行与维护
1、首先开启冷却装置（ 水冷却器先开油泵，后开水泵），待其运行正常后（运行一小时以上），变压器再投入运行。
2、 变压器运行中，可利用铁心接地套管（铁心由套管引至箱外接地）检测铁心情况，测量时先接入表后再打开接地线，注意开路瞬间有高压。测量后仍可靠接地。
3、 变压器运行中的监视，在运行初期要加强巡视和预防性检测。在运行最初的1个月中，每周至少取1次油样进行化验与色谱分析；化验结果都正常，以后即按能源部运行规程进行正常色谱监测。
4、运行中的变压器的最低油质标准： 耐压≥40KV，含水量≤25mg/L, tgδ≤2％(90℃) 5、 各组件的运行维护和定期检测。
6、 强油风冷却式变压器，当风冷却器的风扇停运，潜油泵仍在运转时，变压器允许运行时间按油面温升不超过53K控制。
十、 变压器在低负载运行时，开启部分冷却器可带多少负载，按下式计算：
式中，Sn—开部分冷却器n支所带的负载，KVA；P—变压器满载运行时每支冷却器的散热负荷KW，P=（PO+PK）/（N-1）KW，N—冷却器总支数，PO—额定电压额定频率下空载损耗KW；PK—满载时相应分接时的负载损耗KW；SH—变压器额定容量KVA；n—开启的冷却器支数（n≤N-1）。新投入变压器 5年 10年 检修前的材料、工具准备工作 ：吊大盖检查器身检修铁芯、线圈分接开关、引出线检修附件、油枕、防爆筒、套管、热虹吸、呼吸器、各部阀门。检修冷却装置、散热器、电动机、风扇电源、油管路清扫外壳、喷漆。检查二次回路、仪表、保护装置，瓦斯继电器校验、压力表、温度计、热工引线等。处理绝缘油 必要时干燥器身 10、装配变压器 11进行规定的测量和试验 12 接地部分检查 13变压器投入运行
变压器中修 5年 更换新矽胶（净油器）变压器外壳清扫检查油管路、阀门
变压器小修 半年 检查并消除已经发现并能就地消除的缺陷检查各部引线接头、清扫外壳及瓷瓶油枕下部积水器中放水、检查油位调整110KV套管油位、清理油标及瓷瓶检查防爆膜密封、呼吸器、瓦斯和温度计完好预防性试验消除各部渗漏 检修前的准备工作
大修前的准备 ①技术 ②组织 ③材料 ④油务 ⑤工具 编制大修项目、进度订特殊检修项目的方案和技术标准查变压器大小修历史记录、运行记录，制订缺陷一览表查渗漏点，做出标记和记录用备品备件、工具、材料准备，落实专项材料3、２Ｔ吊链２个（尺寸能满足要求）4、卡环、钢丝套、恍绳 5、扳手、划垫刀、喷漆工具等２、工作负责人检查、落实工作后，方可申请停电 添写检修工作票，检查安全措施。 第四单元特殊用途的变压器 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点：
教学内容与步骤：
课题一自耦变压器
只有一组线圈，并且分割成两组或以上，其中一组视为初级绕组，其他的则视为次级绕组。它的功能只可以升压和降压，但没有隔离电路为某两部分的功能。
（1） 单相自耦的结构：
结构分为变压器机芯和机箱二大部分。它的机芯主要由绕组和铁芯构成，机箱主要由箱体和面板指示（电压/电流指示）等部分构成。
（2）.单相自耦变压器的原理： 基于电磁感应原理，将一次绕组和二次绕组套在共同的铁芯上，彼此之间通过磁路和电路的相互耦合，实现能量从一次绕组向二次绕组的传递。 （3） 单相自耦变压器是适用场合
单项自耦变压器广泛应用于工业、交通、邮电、国防、铁路、科研等领域的大型机电设备、金属加工设备、生产流水线、电梯、医疗器械、刺绣轻纺设备、空调、广播电视及大楼照明等需要稳定电压的用电设备。
课题二仪用变压器
一、 电流互感器
作用：电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。
1）电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联
2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故 3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路。
4）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。
二、 电压互感器 1、结构和工作原理
电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。 2.电压互感器的选用
1．电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如，测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。
2．电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继 电保护装置或自动装置的电压线圈并联。
3．接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。
4．电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全
5．为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。
课题三电焊变压器 电焊变压器是一个降压变压器。在次级线圈的两端是被焊接工件和焊条，引燃电弧，在电弧的高温中产生热源将工件的缝隙和焊条熔接。
电焊变压器有自身的特点，就是具有电压急剧下降的特性。在焊条引燃后电压下降；在焊条被粘连短路时，电压也是急剧下降。这种现象产生的原因，是电焊变压器
的铁芯特性产生的。
电焊机的工作电压的调节，除了一次的220/380电压变换，二次线圈也有抽头变换电压，同时还有用铁芯来调节的，可调铁芯的进入多少，就分流磁路，进入越多，焊接电压越低。
一． 可调电抗器的电焊变压器
次级输出端串联了电抗器，限制短路电流。 二． 磁分路动铁式电焊变压器
用铁芯来调节的分磁，可调铁芯的进入多少，就分流磁路，进入越多，焊接电压越低。
三． 动圈式电焊变压器
课题四小型单相变压器的设计
一、小型单相变压器的设计
自制小型单相变压器或者维修损坏的变压器都可以参照本方法。 1、 变压器的视在功率和一次电流
总视在功率PS，诺二次侧为多绕组时，则输出总视在功率为二次侧各绕组输出视在功率的总和：
PS＝U2 I2＋U3I3＋……＋UnIn
变压器输入功率与输出功率之间的关系是：
PS1＝PS／η（W） 式中η——变压器的效率。η总是小于1，对于功率1KW以下的变压器：η＝0.8～0.9。 知道变压器输入视在功率PS1后，就可以求出输入电流I1 I1＝PS1／U1×（1.1～1.2）（A）
式中U1—— 一次侧的电压有效值（V），一般就是外加电源电压； 1.1～1.2——考虑到变压器空载励磁电流大小的经验系数。
2、变压器的结构形式
铁芯是用涂绝缘漆的硅钢片叠成，铁芯配套的塑形模压骨架：王字形骨架便于高低压绕组可以分开来绕制。
3.变压器铁芯截面积S S＝K0√PS（cm ²） 式中PS——变压器总输出功率（W） K0——经验系数，其大小与PS的关系来选用。根据计算所得的S值，还要实际情况来确定铁芯尺寸a与b的大小，S＝a×b（cm ²） 式中a——铁芯中柱宽（cm ） b——铁芯净叠厚（cm ）
4、绕组的匝数计算
E＝4.4 E＝4.44f W BmS×10ˉ4(V)
设W0表示变压器感应1V电动势所需绕的匝数，即：W0＝W／E＝10^4／4.44fBmS（匝／V）式中Bm——磁感应强度，单位为T。不同的硅钢片，所允许的Bm值也不同：冷扎硅钢片D310取1.2～1.4T；热扎硅钢片D41、D42取1～1.2T； D43取1.1～1.2T； 5、计算导线直径 St＝I／j（mm²） 电流密度一般选用j＝2～3A／mm²，变压器短时工作时可以取j＝4～5A／mm²。如果取j＝2.5A／mm²时，则：d＝0.715√I（mm）。 6、线圈结构和的窗口核算
根据选定的窗高h计算绕组每层可绕的匝数nj。 nj＝h－（2～4mm）／d′ 式中d′——包括绝缘厚的导线外径（mm）。（b）对于自制的无边框框架 nj＝0.9 [h－（2～4mm）]／d′ 式中h——铁芯窗口高度； 0.9——考虑到绕组框架两端各空出5%地位不绕线；2～4mm——考虑到匝间绕得不够紧密的尺寸裕量。于是每组绕组需绕的层数mj为： mj＝W／nj（层） 第五单元电动机的基础知识 教学目的与要求：
教学重点： 教学难点：
教学内容与步骤：
课题一电动机的种类和用途 一、按防护式分电动机的种类、特点和用途 1. 开启式电动机
开启式电机机壳未全封闭，机身、前后端盖都留有散热孔，无散热风扇，自冷。简单的说就是电机的端盖有开口，从外部能看到内部的线包，电机转动时风扇的风能通过端盖的开口将线包的温度带走，叫开启式电机。 适用于干燥、室内、外部环境条件好的地方。
2、 防护式电动机
防护式电动机的外壳有通风孔，但能防止水滴铁屑等物从上面或与垂直方向夹45 0角以内掉进电机内部。然而潮气灰尘还是能侵人。这种电机的结构通风好，电机内部热量能直接扩散到外部。价格便宜，适用于干燥、灰尘少清洁的地方。 3、封闭式电动机
封闭式电动机的定、转子绕组铁心等，全部装在一个封闭的机壳中，能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵人电机内部。但它的密封并不十分严密，不能浸在水中工作。对于广大农村中凡是尘土飞扬、水花四溅的地方，如农副产品加工，打谷场、水泵、木工机械、饲养场等，可以广泛地使用这种电动机。
4、 防暴式电动机
防爆电机是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机,运行时不产生电火花。 防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械。
三、 按电能种类分电动机的种类、特点和用途 1、三相异步电动机
（1）鼠笼式：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。
（2）绕线式：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。 2、直流电动机
串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
课题二异步电动机的结构 （一）定子（静止部分）
1、定子铁心
作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。
构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在
铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。 定子铁心槽型有以下几种：
半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。
半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。 2、定子绕组
作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。
构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。
（1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 （2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。 （3）匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。 电动机接线盒内的接线：
电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。 3、机座
作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。
构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。 （二）转子（旋转部分）
1、三相异步电动机的转子铁心：
作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。 2、三相异步电动机的转子绕组
作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。 构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。
（1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕
组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。
（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。
特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。 （三）三相异步电动机的其它附件 1、端盖：支撑作用。
2、轴承：连接转动部分与不动部分。 3、轴承端盖：保护轴承。 4、风扇：冷却电动机。
课题三三相异步电动机的拆装 1 、拆卸异步电动机
（ 1 ）拆卸电动机前，先拆除电动机与外部电气连接的连线，并做好相位标记。 （ 2 ）拆卸步骤 a 、带轮或联轴器； b 、前轴承外盖； c 、前端盖； d 、风罩 e 、风扇； f 、后轴承外盖； g 、后端盖； h 、抽出转子； i 、前轴承； j 、前轴承内盖； 后轴承； l 、后轴承内盖。
（ 3 ）皮带轮或联轴器的拆卸 拆卸前，先在皮带轮或联轴器的轴伸端作好定位标记，用专用位具将皮带轮或联轴器慢慢位
出。拉时要注意皮带轮或联轴器受力情况务必使合力沿轴线方向.
（ 4 ）拆卸端盖、抽转子
拆卸前，先在机壳与端盖的接缝处作好标记以便复位。均匀拆除轴承盖及端盖螺栓拿下轴承盖，再用两个螺栓旋于端盖上两个项丝孔中，两螺栓均匀用力向里转将端盖拿下。对于
小型电动机抽出转子是靠人工进行的，为防手滑或用力。
（ 5 ）轴承的拆卸、清洗
拆卸轴承应先用适宜的专用拉具。拉力应着力于轴承内圈，不能拉外圈，拉具顶端不得损坏转子轴端中心孔（可加些润滑油脂）。在轴承拆卸前，应将轴承用清洗剂洗干净，检查它是
否损坏，有无必要更换。
2 、装配异步电动机
（ 1 ）用压缩空气吹净电动机内部灰尘，检查各部零件的完整性，清洗油污等。 （ 2 ）装配异步电动机的步骤与拆卸相反。装配前要检查定子内污物，锈是否清除，止口
有无损坏伤，检查轴承盖配合是否合适。
（ 3 ）轴承装配可采用热套法和冷装配法。 二、注意事项
1 、拆移电机后，电机底座垫片要按原位摆放固定好。
2 、拆、装转子时，不得损伤绕组，拆前、装后均应测试绕组绝缘及绕组通路。 3 、拆、装时不能用手锤直接敲击零件，应垫铜、铝棒或硬木，对称敲。 4 、装端盖前应用粗铜丝，从轴承装配孔伸入钩住内轴承盖，装配外轴承盖。 5 、用热套法装轴承时，只要温度超过 100 度，应停止加热。
6 、清洗电机及轴承的清洗剂（汽、煤油）不准随使乱倒，必须倒入污油井。 7 、检修场地需打扫干净
课题四异步电动机的工作原理
一、旋转磁场的产生
三相电机绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。三个相同的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2在空间的位置彼此互差120°，分别放在定子铁心槽中。当把三相线圈接成星形，并接通三相对称电源后，那么在定子绕组中便产生
iU=Imsinωt iv=Imsin(ωt−120°) iw=Imsin(ωt+120°) 国产的异步电动机的电源频率通常为50Hz。对于已知磁极对数的异步电动机，可得出对应的旋转磁场的转速，如表所示。
异步电动机磁极对数和对应的旋转磁场的转速关系表
p n1 (r/min) 1 3000 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 二、异步电动机转动特点及转差率
通常把同步转速n1与转子转速n二者之差称为“转差”，“转差”与n1的比值称为转差率(也叫滑差率)，用s表示，即s=（n1−n）/ n1 。同步转速当同步转速n1一定时，转差率的数值与电动机的转速n相对应，正常运行的异步电动机，其s很小，一般s=0.01~0.05。
四、 三相异步电动机的主要参数及相互关系
1、空载运行时，它产生的电磁力必须克服轴与轴之间的摩擦和转子旋转所受风阻等产生的空载转矩，即Tem=T0，电动机才能稳定运行。而T0一般很小，所以电磁转矩也很小，但其转速很高，几乎接近同步转速。
2、异步电动机轴上带负载转动时，也必须符合动力学的规律，即只有在电动机的电磁转矩与机械负载的反抗力矩相平衡时，即Tem=TL时，电动机才能以恒速运行。如果电动机的电磁转矩大于反抗力矩，即Tem>TL时，电动机将产生加速运行。反之，如果Tem 三相异步电动机的铭牌举例： 1、型号： Y112M-4中“Y”表示Y系列鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机），“112”表示电机的中心高为112mm，“M”表示中机座（L表示长机座，S表示短机座），“4”表示4极电机。 有些电动机型号在机座代号后面还有一位数字，代表铁心号，如Y132S2-2型号中S后面的“2”表示2号铁心长（1为1号铁心长）。 2、额定功率：电动机在额定状态下运行时，其轴上所能输出的机械功率称为额定功率。 3、额定速度：在额定状态下运行时的转速称为额定转速。 4、额定电压：额定电压是电动机在额定运行状态下，电动机定子绕组上应加的线电压值。Y系列电动机的额定电压都是380V。凡功率小于3KW的电机，其定子绕组均为星型联接，4KW以上都是三角形联接。 5、额定电流：电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源取用的线电流值称为额定电流。 6、防护等级：指防止人体接触电机转动部分、电机内带电体和防止固体异物进入电机内的防护等级。 防护标志IP44含义： IP——特征字母，为“国际防护”的缩写； 44——4级防固体（防止大于1mm固体进入电机）；4级防水（任何方向溅水应无害 影响）。 7、LW值：LW值指电动机的总噪声等级。LW值越小表示电动机运行的噪声越低。噪声单位为dB。 8、工作制：指电动机的运行方式。一般分为“连续”（代号为S1）、“短时”（代号为S2）、“断续”（代号为S3） 9、额定频率：电动机在额定运行状态下，定子绕组所接电源的频率，叫额定频率。我国规定的额定频率为50HZ 10、接法： 表示电动机在额定电压下，定子绕组的连接方式（星型联接和三角形联接）。当电压不变时，如将星型联接接为三角形联接，线圈的电压为原线圈的，这样电机线圈的电流过大而发热。如果把三角形联接的电机改为星型联接，电机线圈的电压为愿线圈的1/，电动机的输出功率就会降低。 第六单元三相异步电动机的运行 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点： 教学内容与步骤： 课题一三相异步电动机的启动 异步电动机在接通电源后，从静止状态到稳定运行状态的过度过程。在起动的瞬间，由于转子尚未加速，此时n2=0，s=1，旋转磁场以最大的相对速度切割转子导体，转子感应电 动势的电流最大，致使定子起动电流I1Q也很大，其值约为额定电流的4～7倍。尽管起动电流很大，但因功率因数甚低，所以起动转矩TQ较小。 过大的起动电流会引起电网电压明显降低，而且还影响接在同一电网的其他用电设备的正常运行，严重时连电动机本身也转不起来。如果是频繁起动，不仅使电动机温度升高，还会产生过大的电磁冲击，影响电动机的寿命。 一、笼型异步电动机的直接起动 直接起动，就是利用刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压的电流上，故又称全压起动。直接起动的优点是起动设备和操作都比较简单，其缺点就是起动电流大、起动转矩小。对于小容量异步电动机，因电动机起动电流较小，且体积小、惯性小、起动快，一般说来，对电网、对电动机本身都不会造成影响。因此，可以直接起动，但必须根据电源的容量来限制直接起动电动机的容量。 1．定子电路串接电阻起动 起动时，先合上电源隔离开关Q1，将Q2扳向“起动”位置，电动机即串入电阻RQ起动。待转速接近稳定值时，将Q2扳向“运行”位置，RQ被切除，使电动机恢复正常工作情况。由于起动时，起动电流在RQ上产生一定的电压降，使得加在定子绕组的电压降低了，因此限制了起动电流。调节电阻RQ的大小可以将起动电流限制在允许的范围内。采用定子串电阻降压起动时，虽然降低了起动电流，但也使起动转矩大大减小。 定子串电阻降压起动线路图 / 假设定子串电阻起动后，定子端电压由U1降低到U1时，电动机参数保持不变，则起动电流 / 与定子绕组端电压成正比，于是有U1/U1=I1Q/I′1Q=Ku定子串电阻降压起动，只适用于空载和轻载起动。由于采用电阻降压起动时损耗较大，它一般用于低电压电动机起动中。 2．星/三角降压起动 对于正常运行时定子绕组规定是三角形联结的三相异步电动机，起动时可以采用星型联结，使电动机每相所承受的电压降低，因而降低了起动电流，待电动机起动完毕，在接成三角形，故称这种起动方式为星/三角降压起动。起动时，先将控制开关SA2投向星型位置，将定子绕组接成星型，然后合上电源控制开关SA1。当转速上升后，再将SA2切换到三角形运行的位置上，电动机便接成三角形在全压下正常工作。 星-三角起动转矩降低的倍数与电流降低的倍数相同。由于高电压电动机引出六个出线端子有困难，故星/三角起动一般仅用于500V以下的低压电动机，且又限于正常运行时定子绕组作三角联结。常见的额定电压标为380/220V的电动机，其意思是：当电源线电压为380V时用星形联路，线电压为220V时用三角形联结。显然，当电源线电压为380V时，这一类电动机就不能采用星—三角降压起动。星—三角降压起动的优点是起动设备简单，成本低，运行比较可靠，维护方便，所以广为应用。 3．自耦变压器降压起动 自耦降压起动是利用自耦变压器将电网电压降低后再加到电动机定子绕组上，待转速接近稳定值时在将电动机直接接到电网上。起动时，将开关扳到“起动”位置，自耦变压器一次侧接电网，二次侧接电动机定子绕组，实现降压起动。当转速接近额定值时，将开关扳向“运行”位，切除自耦变压器，使电动机直接接入电网全压运行。 自耦压降起动原理图 为说明采用自耦变压器降压起动对起动电流的限制和对起动转矩的影响，取自耦变压器一相电路分析即可，如图3—33所示。已知自耦变压器的电压比Ku=N1/N2=U1/U2=I′2Q/I′1Q（U1为电网相电压；U2为加到电动机一相定子绕组上的自耦变压器输出电压，I′1Q为电网相自耦变压器一次侧提供的降压起动电流；I´2Q为自耦变压器二次侧提供给电动机的降压起动电流）。 自耦变压器一相电路 设直接起动时，电网提供给电动机的电压起动电流为I1Q，加给定子绕组的相电压为U1。则根据起动电流与定子绕组电压成正比的关系，电动机定子绕组电流： I′2Q/I1Q=U2/U1=1/Ku 起动转矩降低的倍数与起动电流降低的倍数相同。自耦变压器的二次侧上备有几个不同的电压抽头，以供用户选择电压。例如，QJ型有三个抽头，其输出电压分别是电源电压的55%、64%、73%，相应的电压比分别为1.82、1.56、1.37；QJ3型也有三个抽头，分别为40%、60%、80%。Ku=2.5、1.67、1.25。 在电动机容量较大或正常运行时联成星形，并带一定负载起动时，宜采用自耦降压起动，它根据负载的情况，选用合适的变压器抽头，以获得需要的起动电压和起动转矩。此时，起动转矩仍有削弱，但不致降低1/3（与星—三角降压起动相比较）。 自耦变压器的体积大、重量重，价格较高，维修麻烦，且不允许频繁移动。自耦变压器容量的选取，一般等于电动机的容量；每小时内允许连续起动的次数和每次起动的时间，在产品说明书上都有明确的规定，选配时应注意。 课题二三相异步电动机的调速 三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 三、串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 课题三三相异步电动机的反转与制动 一、三相异步电动机的反转 只要改变旋转磁场的旋转方向，可使三相异步电动机的反转。 三相异步电动机的反转的方法： 将三相异步电动机两相绕组与交流电源的接线互相对调，则旋转磁场的旋转方向反向，三相异步电动机反转。 二、三相异步电动机的制动 一）制动的概念 所谓制动，就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转（或限制其转速）。制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。 二）制动的方法 （一）机械制动 利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。 常用的方法：电磁抱闸制动。 1、电磁抱闸的结构： 主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。 制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。断电制动型性能是：当线圈得电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用，当线圈失电是，闸瓦紧紧抱住闸轮制动。通电制动型的性能是：当线圈得电时，闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当线圈失电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用。 2、电磁抱闸制动的特点 优点：电磁抱闸制动，制动力强，广泛应用在起重设备上。它安全可靠，不会因突然断电而发生事故。 缺点：电磁抱闸体积较大，制动器磨损严重，快速制动时会产生振动。 (二）电气制动 1、能耗制动 2、 反接制动 1、能耗制动 1）能耗制动的原理： 电动机切断交流电源后，转子因惯性仍继续旋转，立即在两相定子绕组中通入直流电，在定子中即产生一个静止磁场。转子中的导条就切割这个静止磁场而产生感应电流，在静止磁场中受到电磁力的作用。这个力产生的力矩与转子惯性旋转方向相反，称为制动转矩，它迫使转子转速下降。当转子转速降至0，转子不再切割磁场，电动机停转，制动结束。此法是利用转子转动的能量切割磁通而产生制动转矩的，实质是将转子的动能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。 2）能耗制动的特点： 优点：制动力强、制动平稳、无大的冲击；应用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重机运输等生产机械。 缺点：需要直流电源、低速时制动力矩小。电动机功率较大时，制动的直流设备投资大。 2、 反接制动 1）电源反接制动 电源反接，旋转磁场反向，转子绕组切割磁场的方向与电动机状态相反，起制动作用，当转速降至接近零时，立即切断电源，避免电动机反转。 反接制动的特点：优点是制动力强、停转迅速、无需直流电源；缺点是制动过程冲击大，电能消耗多。 2）电阻倒拉反接制动 绕线异步电动机提升重物时不改变电源的接线，若不断增加转子电路的电阻，电动机的转子电流下降，电磁转矩减小，转速不断下降，当电阻达到一定值，使转速为0，若再增加电阻，电动机反转。 特点：能量损耗大。 课题四三相异步电动机的启动、反转和制动试验 课题五三相绕线式异步电动机的调速 第七单元单相异步电动机 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点： 教学内容与步骤： 课题一单相异步电动机的原理、结构及分类 一、单相异步电动机的原理 单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，是一种将电能转化为机械能的装置，功率约在8W～750W之间。单相异步电动机具有结构简单,成本低廉,维修方便等特点，被广泛应用工农业及家庭等领域。当单相定子绕组中通入单相交流电，在定子内会产生一个大小随时间按正弦规律变化而空间位置不动的脉动磁场。分析表明，此交变脉动磁场可分解成两个转向相反的旋转磁场，因而在电动机静止时正反两个转矩相等，即起动转矩为零，不能自行起动。 二、单相异步电动机的结构及分类 1.罩极式单相异步电动机 如图所示，单相绕组绕在磁极上，在磁极的约1/3部分套一短路铜环。罩极式单相异步电动机的结构图罩极式异步电动机的移动磁场特点：结构简单，工作可靠，但起动转矩较小。适应对象：常用于起动转矩要求不高的设备中，如风扇、吹风机等。 2. 电容分相式异步电动机 定子上放置有工作绕组A和起动绕组B，这两个绕组在空间位置上相差90°。起动绕组串接电容器C后与工作绕组并联接入电源。在同一单相电源作用下，选择适当的电容器容量，使工作绕组和起动绕组的电流在相位上近于相差90°，这就是分相。 1．电容分相式单相异步电动机引出：为使单相异步电动机能自行起动，必须使 转子在起动时两相电流能 产生一定的起动转矩。两相磁场电容分相式单相异步电动机原理：采用分相法产生起动转矩。结论：(1)具有90°相位差的两个电流通过空间位置相差90°的两相绕组时，产生的合成磁场为旋转磁场。笼型转子在旋转磁场的作用下产生电磁转矩而旋转。 (2)在接近额定转速时，切断起动绕组；或者运行时不断开起动绕组以提高功率因数和增大 转矩。 (3)改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。 三、单相异步电动机的启动开关 课题二单相异步电动机的绕组和嵌线 课题三单相异步电动机的运行 一、单相异步电动机的反转 1.改变接线 在电动机与电源断开时，在主绕组或副绕组中任何一组的首尾两端换接以改变旋磁场的方向，从而改变电动机的转向。 2.改变电容器的连接 在电动机运转时，将副绕组上的电容器串接于主绕组上，即主、副绕组对调，从而改变旋转磁场和转子的转向。洗衣机所采用的大都是后一种方法，因为洗衣机在正反转工作时情况完全一样，所以两相绕组可轮流充当主副相绕组，因而在设计时，主副相绕组应具有相同的线径、匝数、节距及绕组分布形式。 洗衣机用电容运转电动机的正、反转控制 图为洗衣机电动机与定时器的接线图，当主触点K与a接触时，流进绕组I的电流超前于绕组II的电流某一角度。假如这时电动机按顺时针方向旋转，那么当K切换到b点，流进绕组II的电流超前绕组I的电流一个电角度，电动机便逆时针旋转。 洗衣机脱水用电动机也是采用电容运转式电动机，它的原理和结构同一般单相电容运转电动机相同。由于脱水时一般不需要正反转，故脱水用电机按一般单相电容运转异步电动机接线，即主绕组直接接电源，副绕组和移相电容串联后再接入电源。由于脱水用电动机只要求单方向运转，所以主副绕组采用不同的线径和匝数绕制。 二、单相异步电动机的调速 1、串电抗调速 将电抗器与电动机定子绕组串联，通电时，利用在电抗上产生的电压降施加到电动机定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降低调速的目的。因此用串电抗器调速时，电动机的转速只能由额定转速往低调。这种调速方法线路简单，操作方便。缺点是电压降低后，电动机的输出转矩和功率明显降低，因此只始用于转矩及功率都允许随转速降低而降低场合。目前主要用于吊扇及台扇上。 2、电动机绕组抽头调速 电容式电动机较多地采用定子绕组抽头调速，此时电动机定子铁心槽中嵌有工作绕组U1U2，起动绕组Z1Z2和中间绕组D1D2。通过调速开关改变中间绕组与起动绕组及工作绕组的接线方法，从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小，达到调节电动机转速的目的，这种调 速方法通常有L形接法和T形接法两种。与串电抗调速比较，用绕组内部抽头调速不需电抗器，故材料省，耗电少，缺点是绕组嵌线和接线比较复杂，电动机与调速开关的接线较多。 3.晶闸管调速 利用改变晶闸管的导通角，来实现加在单相异步电动机上的交流电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的，这种方法能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上。 课题四单相异步电动机的常见故障及处理 单相电机根据启动方法或运转方式的不同主要分为单相电阻启动、单相电容启动、单相电容运转、单相电容启动和运转、单相罩极式等几种类型，而以单相电容启动和运转异步电动机为最常用。单相电机故障率主要表现为电机严重发热、转动无力、启动困难、烧保险丝等。单相电容启动异步电动机常见故障及原因主要有： 一、无法启动 电源正常，通电后电机不能启动。原因是:1电机引线断路；2主绕组或副绕组开路；3离心开关触点合不上；4电容器开路；5轴承卡住；转子与定子碰擦。 二、启动转矩很小，或启动迟缓且转向不定 空载能启动，或借助外力能启动，但启动慢且转向不定。原因是:1副绕组开路；2离心开关触点接触不良；3启动电容开路或损坏。 三、电动机过热 电机启动后很快发热甚至烧毁绕组。原因是:1主绕组匝间短路或接地；2主、副绕组之间短路；3启动后离心开关触点断不开；4主、副绕组相互接错；5定子与转子摩擦。 四．电机转速低，运转无力 原因是:1主绕组匝间轻微短路；2运转电容开路或容量降低；3轴承太紧；4电源电压低。 五、烧保险丝 原因是:1绕组严重短路或接地；2引出线接地或相碰；3电容击穿短路。 六、电机运转时噪音太大或振动大 原因是:1绕组漏电；2离心开关损坏；3轴承损坏或间隙太大；4电机内进入异物。 课题五小功率三相电动机改为单相电动机运行 三相电动机单相运行时的连接方式 （1）三相绕组的三角形连接 将电容器并接在三相绕组的任意一相两端（U、V），然后220V市电加在电容C的一端（U）和(W)的端子。这样，电机就可旋转，如需改变电机旋转方向，将市电从电容器的一端（U）调换到另一端（V）即可。 （2）三相绕组的星形连接 将电容器接在任意两个端子上(U、V），220V市电则加在余下的端子（W）和电容C的任一端上。这样，电机就可旋转。如需改变电机转向，则将市电的一端从（U）换接到（V）端即可。 2． 电容器的容量选择 小型三相异步电动机作单相运行时，所选电容容量一定要合适，若太小则旋转无力，启动困难；太大则回路电流过大，导致电机过热。一般电容容量值选择如可以按经验公式获得：当星形连接时，所需电容容量C（μf）＝P（W）／17，C的单位是μF，P的单位是W；当用作三角形连线时，所选电容容量C（μF）＝P（W）／10。 第八单元直流电动机 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点： 教学内容与步骤： 课题一 直流电动机的原理、构造、分类及铭牌 1、 直流电动机的工作原理 在图中，线圈连着换向片，换向片固定于转轴上，随电机轴一起旋转，换向片之间及换向片与转轴之间均互相绝缘，它们构成的整体称为换向器。电刷A、B在空间上固定不动。 在电机的两电刷端加上直流电压，由于电刷和换向器的作用将电能引入电枢线圈中，并保证了同一个极下线圈边中的电流始终是一个方向，继而保证了该极下线圈边所受的电磁力方向不变， 保证了电动机能连续地旋转，以实现将电能转换成机械能以拖动生产机械，这就是直流电动机的工作原理。注意：每个线圈边中的电流方向是交变的。 2、直流发电机的工作原理： 如图，当用原动机拖动电枢逆时针方向旋转，线圈边将切割磁力线感应出电势，电势方向可据右手定则确定。由于电枢连续旋转，线圈边ab、cd将交替地切割N极、S极下的磁力线，每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的，线圈内的感应电动势是交变电动势，但由于电刷和换向器的作用，使流过负载的电流是单方向的直流电流，这一直流电流一般是脉动的。在图中，电刷A所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，它始终具有正极性；电刷B始终具有负极性。这就是直流发电机的工作原理。 3、电机理论的可逆性原理： 从基本电磁过程看，一台直流电机既可作为电动机运行，也可作为发电机运行，只是外界条件不同而已。 当外加直流电压，可作为拖动生产机械的电动机运行，将电能变换为机械能。 若用原动机拖动电枢旋转，可输出电能，为发电机运行，将机械能变换为电能。 二、直流电机的结构： 电机要实现机电能量变换，电路和磁路之间必须有相对运动。所以旋转电机具备静止的和旋转的两大 部分。静止和旋转部分之间有一定大小的间隙，称为气隙。 静止的部分称为定子，作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。 旋转部分称为转子或电枢，作用是感应电势实现能量转换。包括电枢铁心，电枢绕组，换向器、轴和风扇等。 （一）、定子部分： 1、主磁极：也称为主极。作用是产生气隙磁场。 2、换向极：也称为附加极或间极。作用是改善换向。装在主极之间。 3、机座：由铸钢或厚钢板焊成。是电机的机械支撑。 4、电刷装置：将直流电压、电流引入或引出的装置。其组数与主极极数相等。 （二）、转子部分： 1、电枢铁心：主磁路的主要部分及嵌放电枢绕组， 由硅钢片迭压而成。 2、电枢绕组：由许多按一定规律联接的线圈组成。 用来感应电动势和通过电流，是电路的主要部分。 3、换向器：由许多彼此绝缘的换向片构成。 三、直流电机按励磁方式分类： 可按结构、用途、容量大小等分类。在此，据励磁电路与电枢电路的联接关系分类更有意义。 1、他励直流电机： 励磁回路的电流由外电源供给，与电枢回路没有电的联系。 2、并励直流电机： 励磁回路与电枢回路是并联的。励磁回路两端的电压就是电枢回路两端的电压。 3、串励直流电机： 励磁回路与电枢回路是串联的。励磁回路的电流与电枢回路的电流相等。 4、复励直流电机： 主极有两个励磁绕组，其一与电枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。 四、直流电机的铭牌数据 制造厂家按照国家标准，据电机设计和试验而规定的每台电机正常运行时有关电量或机械量数据。标记在电机的铭牌上或产品说明书上。 课题二直流电动机的基本性能分析 一、 直流电机的电磁转矩 根据电磁力定律，当电枢绕组有电枢电流流过时，在磁场内将受到电磁力的作用，该力 与电机电枢铁心半径之积称为电磁转矩。一根导体在磁场中所受电磁力的大小可用下式计算 由于绕组对称，每极下的磁密变化规律相同，则2p极电机的总电磁转矩为： 其中 为转矩常数， ----韦，----安，----牛米。可见，电磁转矩与 每极磁通和电枢电流的乘积成正比。特别，若不计饱和影响，磁通与励磁电流有关系： ， 为比例常数。则有： 和电枢电流 的乘积成正比 ，其中 此时， 电磁转矩 与励磁电流 从式可看出，制造好 的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比。 二、直流电机的电枢电动势 电枢绕组中的感应电动势称为电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。 直流电机运行时，其电枢中产生电磁转矩和感应电动势。当直流电机作为电动机运行时，电磁转矩为拖动转矩，通过电机轴带动负载，电枢感应电动势为反向电动势与电枢所加外电压相平衡；当其作为发电机运行时，电磁转矩为阻转矩，电枢感应电动势为正向电动势向外输出电压，供给直流负载。 每条支路所含的元件数是相等的，而每个支路里的元件都是分布在同极性下的不同位置上。这样，先求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度的平均感应电动势。再乘上一个支路里总的导体数，就是电枢电动势。 此时有： 感应电动势的关系：三、电磁功率 从电磁观点看，电动机通过电磁感应，从电源吸取电功率机械功率。无论电动机，还是发电机，将这部分功率四、功率、电压和转矩平衡方程式： （电系统的电势平衡方程式，机械系统的转矩平衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。） 1、电动势平衡方程式： ，转换成对机械负载所做的 或称为电磁功率。 与励磁电流 。 和电枢机械角速度的乘积成正比。可得到与 A、不计磁路饱和效应， 并励电动机电枢回路和励磁回路的电势方程式：B、并励发电机电势方程式： 发电机的 大于 。 2、转矩平衡方程式： 3、功率方程式： A、直流电机中的损耗、效率： 损耗有三类: 消耗于导体电阻中。 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗： 铜耗： 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内交变而引起的。 ， 为一对电刷总接触电压降。 电枢回路铜耗 励磁回路铜耗 电刷接触铜耗 机械损耗： 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗、定转子和空气的摩擦损耗。 附加损耗： 电枢齿、槽存在，使气隙磁通产生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向电流引起的损耗。 按额定容量的1%计算，无补偿绕组 按额定容量的0.5%计算，有补偿绕组 在以上损耗中耗。 ， ，随负载变化而变化，称为可变损耗； ， ， 为不变损 电机的效率： 当不变损耗＝可变损耗时，取得最大，是的二次曲线。 B、并励电动机的功率方程式： C、并励发电机的功率方程式： 五、机械特性： 直流电动机的运行特性有：工作特性，起动，调速。工作特性是选用直流电动机的一个重要依据。当端电压为额电压，电枢回路无外串电阻，励磁电流为额定励磁电流时，电机转速，电磁转矩 ，和效率 与输出功率 之间的关系。即：中，可测，且 随 增大而增大，所以，工作特性可表示为： ，实际运行 1、并励直流电动机的工作特性： A、转速特性： 其中，为理想空载转速。转速特性为一斜率为 的直线。 当电机磁路饱和时，随着的增大， 增大，电枢反应的去磁作用使增大，直线上翘。为保证电机稳定运行,采取措施使特性略为下降。 B、转矩特性： 际曲线偏离直线C、效率特性： ，不计去磁，特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实 ，仍接近于一条直线。 当不变损耗＝可变损耗时， ，是的二次曲线。 取得最大。 2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式： 不计饱和时：A、转速特性： 分析： a、转速 随着 的增大而迅速减小。（因为 b、空载时， 很小， 及相平衡，因此, 很高。理论上， ）。 与电源电压 很小，电机必须产生反电势 时， ， 。故串励电动机不允许空载 或轻负载运行。 B、转矩特性： 当增大， 很快减小，使 升很快。即，随着 增大， 将以高于 的一次方比 大于并励电动机的 。 例增大。在同样大小的起动电流 下，串励电动机的C、效率特性：与并励电动机类似。 并励电动机与串励电动机工作特性比较： A、串励电机的 随 增大而迅速下降。 B、串励电动机不允许空载或轻负载运行。 C、在同样大小的起动电流 下，串励电动机的 大于并励电动机的 。 3、复励直流电动机的工作特性： 它介于并励和串励电动机特性之间。当并励绕组磁动势起主要作用，特性接近于并励电动机特性。当串励绕组磁动势起主要作用，特性接近于串励电动机特性。在空载时无飞速现象。 六、直流电电动机电枢反应： 电机负载时，电枢绕组中有电流流过，产生一磁动势，称为电枢磁动势。此时，气隙磁场有主极磁势和电枢磁势二者合成磁势建立，电枢磁势的出现必然对空载时的主极磁场有影响，使气隙磁密的分布发生变化，这种电枢磁势对主极所建立气隙磁场的影响称为电枢反应。 由于这两个磁动势的互相作用，直流电机才能进行机电能量的转换。电枢反应对电机运行特性影响很大： 1.主磁极磁场： 同极性下电流方向相同，异极性下电流方向相反。电刷是电枢表面电流分布的分界线。特点：电枢磁场与主极磁场分布是相对静止的。 2. 电枢磁场 电枢磁场沿电枢表面的分布曲线为： 上式表明：极尖处，气隙大， 3. 电枢反应 与 成正比， 变化小； 与成反比。即：极靴下，气隙变化小，曲线呈马鞍形。 大大削弱， a、磁场发生了畸变。 b、磁路不饱和时，主磁场中削弱的数量与加强的数量相等。当磁路饱和时，增磁使饱和程度提高，使铁心的磁阻增大，使曲线与不计饱和时降低；另一方面，去磁使磁密减小，饱和程度降低，使铁心磁阻减小，曲线比不计饱和时高。 总之，由于铁心磁阻变化的非线性，磁阻增大的量比减小的量要大，所以，磁密增大的量比减小的量要小，使磁场的磁密比不计饱和时的要小，呈去磁作用。 课题三直流电动机运行 一、直流电动机的起动 起动--从静止到一个稳定态的过程。先有磁场，再接入电枢电压。电机刚起动时，n=0，E=0，电枢电流 很大。使绕组发热和受很大的电磁冲击力。所以希望小 于一定值。但电磁转矩与成正比，希望大些。--成为一对矛盾。 对起动的基本要求： 1、足够大的起动转矩Tst ； 2、起动电流 限制在允许范围内； 3、起动时间短； 4、起动设备简单、经济、可靠。 1. 电枢回路串电阻起动： 选择最大转矩 ，电阻切换转矩 2. 降压起动 二、 三、 四、 直流电动机的正反转 直流电动机的调速 直流电动机的制动 制动的目的使系统停车或限速。自由停车法，电气制动，机械制动。能耗制动；反接制动；回馈制动。分析每种制动过程产生的条件，机械特性，及特点等。 １、能耗制动： 产生条件：电机顺时针方向旋转，与之同方向。电机在电动状态下运行.各物理量正方 向如 图所示： 电机在电动状态下运行,合上 ，断开,制动。不变，U＝0. 制动瞬间：励磁不变，因惯性转速不变，不变，但电枢电流与同方向，而改变 了方向，使反向，电机处于制动状态。 若带位能性负载最后将稳定在C点，等速下放。越大，制动越快。 2、反接制动： 1)、转速反向的反接制动：正接反转。 产生条件：起重机起吊重物，电机的起动转矩小于重物的负载转矩，电机被负载拖动反向起动，使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转，n 与反向，电机处于制动状态。功率全消耗于 上。 2)、电枢反接的反接制动：正转反接。 产生条件：电机在电动状态下运行，突将电枢反接，即U为负，电枢电流改变方向，使改变方向，电机处于制动状态。在 C 应即时断开电源，否则电机将反转。 3、回馈制动：再生制动。 1)、位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某原因使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。 2)、改变电枢电压： 电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,特性在第二象限。 来不及变化，使 ,出现回馈制动, 调速的目的：改变生产机械的工作速度，提高生产率。 方法：机械方法、电气方法、机械电气配合。 机械方法：改变转动机构的速比实现，机构复杂。 电气方法：机械结构简单，但电气结构复杂，在一定负载下可获得多种速度。 本节只讨论他励直流电动机的调速方法及其优缺点。 他励直流电动机的转速特性： 可见，要改变电动机的转速，有三种方法： （1）调节电枢端电压U；降压方向，从向下调 （2）调节励磁磁通Φ；弱磁调速，从向上调 ；从向下调 （3）调节电枢外串电阻 注意：调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速要人为的改变电气参数，机械特性变了，而改变负载时电气参数未变，机械特性也未变，在同一条特性上变化。 1、电枢串电阻： 1)、物理过程： 电枢串电阻后，电阻上流过电流产生压降，电枢端电压降低。从图可知：电枢端电压的数值受负载影响很大，转速受负载的影响也很大，在空载时几乎没有调速作用。在负载Tz下，串不同电阻得到不同转速，n1 > n2 > n3 > n4。 从n1将为n2过程： 电机在 a 点稳定运行，电枢电阻突增至R2时,该瞬间 n、Ea不能突变，Ia及M减小，由a→b，转矩 M 降为 M’ < Mz ，系统减速。随着 n 及 Ea 的下降，Ia 及M 不断增高， 直到系统转速为 n2 时，M’ = Mz ，建立新的平衡，调速过程结束。系统稳定运行于 c 点。 2)、特点 调速指标不高，调速范围不大，有级调速。 2、降低电源电压： 小容量直流电动机用晶闸管整流装置作为可调电源。对容量大的直流电动机，用机组作 为可调直流电源，用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流，即调节其感应电势，即电动机 M 的电源电压。降低电源电压的机械特性方程为： 改变电源电压U0，可以得一组平行线。 U0—整流电压，R0—整流装置内阻，若是机组为发电机电枢电阻。 优点：特性硬度不变，D大，平滑性好。但投资大。 3、弱磁调速 1).物理过程： 小容量可在励磁回路串接可调电阻，大容量用单独可控硅整流装置向励磁回路供电。 当φ↓，n0↑，特性的斜率 调速过程： 电机在 A 点稳定运行 → 突加RΩ调励磁 →励磁未饱和，If,φ按指数规律减小，而 n 不突变→Ea 随φ减小而↓→ Ia=(U-Ea)/Ra↑,比φ减小的量大→ T 随 Ia↑而↑ → T>Tz，系统加速 →n 由 n1上升达某一值时，使 Ea 回升 →引起 Ia 回落 → T回落 →直到 T=Tz达新稳定点B。 优点：控制方便，能耗小，调速平滑，调速范围不大，受电机的 nmax 限制。 注意：若励磁电路断线时，φ为剩磁，此时Ia↑大，转速飞速上升，有危险。可破坏电枢。必须有相应的保护措施。 * 课题四直流电动机的逆运行——直流发电机 课题五直流他励电机试验 九单元三相同步电机 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点： 教学内容与步骤： 课题一同步发电机的工作原理 课题二同步发电机的基本结构及应用 课题三同步发电机的励磁方式和并联运行 课题四同步电动机的工作原理和启动方法 课题五同步电动机功率因数的调整和同步补偿机 第十单元特种电机 教学目的与要求： 教学重点： 教学难点： 教学内容与步骤： 课题一测速发电机 输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn,K是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。 测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。测速发电机分为直流和交流两种。 直流测速发电机 有永磁式和电磁式两种。其结构与直流发电机相近。永磁式采用高性能永久磁钢励磁，受温度变化的影响较小,输出变化小，斜率高,线性误差小。这种电机在80年代因新型永磁材料的出现而发展较快。电磁式采用他励式，不仅复杂且因励磁受电源、环境等因素的影响，输出电压变化较大，用得不多。 用永磁材料制成的直流测速发电机还分有限转角测速发电机和直线测速发电机。它们分别用于测量旋转或直线运动速度，其性能要求与直流测速发电机相近，但结构有些差别。 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。 空心杯转子异步测速发电机 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。 ②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 ③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。 课题二伺服电动机 伺服电动机概念 用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。 伺服电动机可以把输入的电压信号变换成为电机轴上的角位移或角速度输出，在控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称执行电动机。改变输入电压的大小和方向就可以改变转轴的转速和转向。 伺服电动机分类 伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接一恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。电动机转速n为 n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua，Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。 直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 伺服电动机的特点 一般分为直流伺服和交流伺服. 对于直流伺服马达 优点:精确的速度控制,转矩速度特性很硬,原理简单、使用方便,价格优势 缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(对于无尘室) 对于交流伺服马达 优点:良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡;高效率，90%以上，不发热;高速控制;高精确位置控制（取决于何种编码器）;额定运行区域内，实现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损，免维护;不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境 惯量低; 缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数整定,需要更多的连线 直流伺服电动机的应用 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。 交流伺服电动机的应用 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中 课题三步进电动机 步进电动机 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机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。 步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。 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”。[1] 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。 机电式步进电动机 由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时 步进电机工作原理 将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。 磁电式步进电动机 主要有永磁式、反应式和永磁感应子式3种形式。 永磁式步进电动机由四相绕组组成。A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方向;A相断电、B相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子运动方向。永磁式步进电动机消耗功率较小，步矩角较大。缺点是起动频率和运行频率较低。 反应式步进电动机在定、转子铁心的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。这种步进电动机步矩角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保证，起动和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。 永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。是永磁式步进电动机和反应式步进电动机两者的结合，并兼有两者的优点。 实用的步进电机驱动电路 直线式步进电动机 有反应式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分(称动子)组成。反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极A和B组成。动子是由气垫支承,以消除在移动时的机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g,定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x 方向和y方向两台电机(图3)以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。 测速方法 步进电动机是将脉冲信号转换为角位移或线位移。 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] 应用 ：主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。 步进电动机原理 ：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。鉴于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错 开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机 1、特点： 感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。 步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 课题四永磁电机 永磁同步电机控制策略综述 1 引言 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。 2 永磁同步电动机的数学模型 当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。 电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通，并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组。从而产生空载电动势。为了便于分析，在建立数学模型时，假设以下参数：①忽略电动机的铁心饱和；②不计电机中的涡流和磁滞损耗；③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布，即忽略磁场中所有的空间谐波；④各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。 在分析同步电动机的数学模型时，常采用两相同步旋转(d，q)坐标系和两相静止(α，β)坐标系。图1给出永磁同步电动机在(d，q)旋转坐标系下的数学模型。 (1)定子电压方程为： 式中：r为定子绕组电阻；p为微分算子，p=d/dt；id，iq为定子电流；ud，uq为定子电压；ψd，ψq分别为磁链在d，q轴上的分量；ωf为转子角速度(ω=ωfnp)；np为电动机极对数。 (2)定子磁链方程为： 式中：ψf为转子磁链。 (3)电磁转矩为： 式中：J为电机的转动惯量。 若电动机为隐极电动机，则Ld=Lq，选取id，iq及电动机机械角速度ω为状态变量，由此可得永磁同步电动机的状态方程式为： 由式(7)可见，三相永磁同步电动机是一个多变量系统，而且id，iq，ω之间存在非线性耦合关系，要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制，是一个颇具挑战性的课题。 3 永磁同步电动机的控制策略 任何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°，因此可以独立调节；交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，长期以来，交流电动机的转矩控制性能较差。经过长期研究，目前的交流电机控制有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制等方案。 1 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制。它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出电压uout进行控制，使电动机以一定的转速运转。 2 矢量控制 高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支持，对于交流电动机，目前使用最广泛的当属矢量控制方案。矢量控制的基本思想是：在普通的三相交流电动机上模拟直流电机转矩的控制规律，磁场定向坐标通过矢量变换，将三相交流电动机的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电流分量，并使这两个分量相互垂直，彼此独立，然后分别调节，以获得像直流电动机一样良好的动态特性。 3 直接转矩控制 上世纪80年代提出了一种具有快速转矩响应特性的控制方案，即直接转矩控制(DTC)。具有结构简单，转矩响应快等优点。DTC最早用于感应电动机，1997年L Zhong等人对DTC算法进行改造，将其用于永磁同步电动机控制。 4 解耦控制 电流型解耦控制只能实现电动机电流和转速的静态解耦，若实现动态耦合会影响电动机的控制精度。另外，电流型解耦控制通过使耦合项中的一项保持不变，会引入一个滞后的功率因数。 4 结语 上述永磁同步电动机的各种控制策略各有优缺点，实际应用中应当根据性能要求采用与之相适应的控制策略，以获得最佳性能。永磁同步电动机以其卓越的性能，在控制策略方面 已取得了许多成果，相信永磁同步电动机必然广泛地应用于国民经济的各个领域。 永磁同步电机的应用范围 按照不同的工农业生产机械的要求，电机驱动又分为定速驱动、调速驱动和精密控制驱动三类。 1、 定速驱动 近年来日本的日立、三洋等公司开始采用永磁无刷电动机来替代异步电动机的变频调速，显著提高了效率，获得更好的节能效果和进一步降低了噪声，在相同的额定功率和额定转速下，设单相异步电动要的体积和重量为100%，则永磁无刷直流电动机的体积为38.6%，重量为34.8%，用铜量为20.9%，用铁量为36.5%，效率提高10%以上，而且调速方便，价格和异步电动机变频调速相当。永磁无刷直流电动机在空调中的应用促进了空调剂的升级换代。 仪器仪表等设备上大量使用的冷却风扇，近年来它已经完全被永磁无刷直流电动机驱动的无刷风机所取代。 2、 调速驱动 交流永磁同步电动机由于其体积小、重量轻、高效节能等一系列优点，越来越引起人们重视，其控制技术日趋成熟，控制器已产品化。功率从0.4kW～300kW,体积比同容量异步电动机小1～2个机座号，力能指标明显高于异步电动机，可用于泵、运输机械、搅拌机、卷扬机、升降机、起重机等多咱场合。 3、 精密控制驱动 ① 高精度的伺服控制系统 伺服电动机在工业自动化领域的运行控制中扮演了十分重要的角色，应用场合的不同对伺服电动机的控制性能要求也不尽相同。实际应用中，伺服电动机有各种不同的控制方式，例如转矩控制/电流控制、速度控制、位置控制等。伺服电动机系统也经历了直流伺服系统、交流伺服系统、步进电机驱动系统，直至近年来最为引人注目的永磁电动机交流伺服系统。最近几年进口的各类自动化设备、自动加工装置和机器人等绝大多数都采用永磁同步电动机的交流伺服系统。 ② 信息技术中的永磁同步电动机 当今信息技术高度发展，各种计算机外设和办公自动化设备也随之高度发展，与其配套的关键部件微电机需求量大，精度和性能要求也越来越高。对这类微电机的要求是小型化、薄形化、高速、长寿命、高可靠、低噪声和低振动，精度要求更是特别高。例如，硬盘驱动器用主轴驱动电机是永磁无刷直流电动机，它以近10000rpm的高速带动盘片旋转，盘片上执行数据读写功能的磁头在离盘片表面只有0.1～0.3微米处作悬浮运动，其精度要求之高可想而知了。信息技术中各种设备如打印机、软硬盘驱动器、光盘驱动、传真机、复印机等中所使用的驱动电机绝大多数是永磁无刷直流电动机。 课题五直线电动机 直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达 在实际工业应用中的稳定增长，证明直线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同。最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式，和管式。 线圈的典型组成是三相，有霍尔元件实现无刷换相。图示直线电机用HALL换相的相序和相电流。 直线电机基础 该图直线电机明确显示动子的内部绕组.磁鉄和磁轨.动子是用环氧材料把线圈压成的。而且,磁轨是把磁铁固定在钢上。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且，磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式，和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。 圆柱形动磁体直线电机 动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。这种结构不适合对磁通泄漏敏感的应用。必须小心操作保证手指不卡在磁棒和有吸引力的侧面之间。 管状直线电机设计的一个潜在的问题出现在，当行程增加，由于电机是完全圆柱的而且沿着磁棒上下运动，唯一的支撑点在两端。保证磁棒的径向偏差不至于导致磁体接触推力线圈的长度总会有限制。 U 型槽式直线电机 U 型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害。 这种设计的磁轨允许组合以增加行程长度，只局限于线缆管理系统可操作的长度，编码器的长度，和机械构造的大而平的结构的能力。 平板直线电机 有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选择时需要根据对应用要求的理解。 无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由于FOCER 没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常， 平板磁轨具有高的磁通泄露。所以需要谨慎操作以防操作者受他们之间和其他被吸材料之间的磁力吸引而受到伤害。 无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。把动子安装到磁轨上时必须小心以免他们之间的吸力造成伤害。无槽有铁芯比无槽无铁芯电机有更大的推力。 有槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。 小结 直线电机比机械系统比有很多独特的优势，如非常高速和非常低速，高加速度，几乎零维护（无接触零件），高精度，无空回。完成直线运动只需电机无需齿轮，联轴器或滑轮，对很多应用来说很有意义的，把那些不必要的，减低性能和缩短机械寿命的零件去掉了。 优点 （1）结构简单。管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。 （2）适合高速直线运动。因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙，运动时无机械接触，因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样，传动零部件没有磨损，可大大减小机械损耗，避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声，从而提高整体效率。 （3）初级绕组利用率高。在管型直线感应电机中，初级绕组是饼式的，没有端部绕组，因而绕组利用率高。 （4）无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱，而圆筒型直线电机横向无开断，所以磁场沿周向均匀分布。 （5）容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消，基本不存在单边磁拉力的问题。 （6）易于调节和控制。通过调节电压或频率，或更换次级材料，可以得到不同的速度、电磁推力，适用于低速往复运行场合。 （7）适应性强。直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用；而且可以设计成多种结构形式，满足不同情况的需要。 （8）高加速度。这是直线电机驱动，相比其他丝杠、同步带和齿轮齿条驱动的一个显著优势。 直线电机工作原理 当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。 直线电机在数控机床中的应用 一、引言 数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。问题的症结在传统的传动链从作为 动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节，在些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示其巨大的优越性。直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。 二、直线电机进给驱动的主要优点 进给速度范围宽。可从1（1）m/s到20m/min以上，目前加工中心的快进速度已达208m/min，而传统机床快进速度<60m/min，一般为20～30m/min。 速度特性好。速度偏差可达（1）0.01%以下。 加速度大。直线电机最大加速度可达30g，目前加工中心的进给加速度已达3.24g，激光加工机的进给加速度已达5g，而传统机床进给加速度在1g以下，一般为0.3g。 定位精度高。采用光栅闭环控制，定位精度可达0.1～0.01（1）mm。应用前馈控制的直线电机驱动系统可减少跟踪误差200倍以上。由于运动部件的动态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，可实现纳米级控制。 行程不受限制。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制，一般4～6m，更的行程需要接长丝杠，无论从制造工艺还是在性能上都不理想。而采用直线电机驱动，定子可无限加长，且制造工艺简单，已有大型高速加工中心X轴长达40m以上。 结构简单、运动平稳、噪声小，运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠。 三、直线电机及其驱动控制技术的进展 直线电机与普通电机在原理上类似，它只是电机圆柱面的展开，其种类与传统电机相同，例如：直流直线电机，交流永磁同步直线电机，交流感应异步直线电机，步进直线电机等。 作为可控制运动精度的直线伺服电机在上世纪80年代末出现后，随着材料（如永磁材料）、功率器件、控制技术及传感技术的发展，直线伺服电机的性能不断提高，成本日益下降，为其广泛的应用创造了条件。 近年来，直线电机及其驱动控制技术的进展表现在以下方面：（1）性能不断提高（如推力、速度、加速度、分辨率等）；（2）体积减小，温升降低；（3）品种覆盖面广，可满足不同类型机床的要求；（4）成本大幅度下降；（5）安装和防护简便；（6）可靠性好；（7）包括数控系统在内的配套技术日趋完善；（8）商品化程度高。 课题六超声波电动机 超声波电动机是利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动。与传统电机相比，它具有体积小、低速大转矩、反应速度快、不受磁场影响、保持力矩大等优点。 与电磁式电机的区别 与电磁式电机相比，超声波电动机有两个不同点。一是超声波电动机必须工作在超声频域，根据各种电机不同的结构形式，要求驱动器能够输出频率在20～100 kHz的高频电压。二是由于压电材料具有容性负载的特点，不同于传统电机的感性或阻性负载，为了提高驱动 电路效率，实现能量的高效转换，使换能器获得足够的功率，在驱动电源和换能器之间必须增加匹配电路。 根据驱动电路的相数分类： 驱动电路按相数可以分为单相、二相与三相电路。 目前超声波电动机多采用两相输入。超声波电动机驱动的基本原理就是产生行波，两相驱动直接满足了产生行波的要求，原理简单，因此使用最为广泛。但相对单相驱动，其电路复杂，体积较大，难以微型化，同时为了提高电机的稳定性，还需有频率跟踪电路，进一步增加了驱动电路的复杂性。 三相驱动的性能与两相驱动相仿，只是它的多相驱动类型类似于电磁电动机的多磁极配置关系，有一定的参考意义¨ 。因此三相驱动的应用比较少见。 单相驱动结构简单，有利于实现微型化。特别是基于自激振荡原理的单相驱动器，在压电振子共振频率漂移时，可以自动调节信号的频率，大大简化了驱动控制电路 。 驱动电路为采用单相信号，仅包括两个电容、一个压电元件和一个放大电路，而通过改变接人驱动信号的电极即可改变电机转动的方向。需要指出的是基于自激振荡原理的单相驱动器对电机的特性有较高要求，电机导纳扫频曲线在共振点和反共振点之间相位突变要较明显，否则无法应用自激振荡。 根据采用恒压源或者恒流源分类： 超声波电动机工作的原理是通过超声频段的交流电，激发附在定子上的两相压电陶瓷环产生振动，使定子发生较大机械变形并产生驱动力。因此，驱动器工作方式和超声工作频段的选择对电机的稳定性和系统效率等问题起着重要作用。作为能量传输的方法，无论是恒压源还是恒流源，它们的驱动效果应该是相近的，应该都能使定子较好的振动。超声波电动机驱动当前常采用恒压源方式且工作在定子共振频率附近。而近年来国内外学者研究表明，压电材料工作在反共振频率附近或采用恒流源 驱动具有驱动电流较小，发热较少，稳定性好，驱动效率高等优点。 较小功率输出时，超声波电动机适宜工作在共振点(最大导纳)附近且采用恒压驱动方式；而较大功率输出时，超声波电动机适宜工作在反共振点(最小导纳)附近并采用恒流驱动方式。在实际的设计中，应按照设计要求合理选择驱动方式。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容