1、自動化專業(yè)英語教程自動化專業(yè)英語教程教學課件July 28, 2007Email : http: / (版權保護，請勿擴散）P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機A 交流機交流機1. 課文內(nèi)容簡介：主要介紹專業(yè)課電機與拖動中感應電機、同步電機、變阻抗電機的結(jié)構、特點和適用場合、速度-轉(zhuǎn)矩特性等內(nèi)容。2. 溫習電機與拖動中講述交流電機的相關內(nèi)容。3. 生詞與短語 sinusoidal adj. 正弦的 constant-speed adj. 恒速的 variable-speed adj. 變速的 induction machine 感應電

2、機 synchronous machine 同步電機 VRM 變磁阻電機 switched reluctance machine 開關磁阻電機 rugged adj. 結(jié)實的，耐用的 fractional adj. 分數(shù)的P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 concentrated coil 集中繞組 distributed adj. 分散的，分布的 slot n. 槽 wound-rotor n. 繞線轉(zhuǎn)子 cage n. 籠子，籠形 core n. 鐵心 laminated adj. 分層的，疊片的 ferromagnetic

3、adj. 鐵磁性的，鐵磁體的 air gap 氣隙 salient adj. 凸起的，突出的 synchronous speed 同步轉(zhuǎn)速 leading adj. 超前的 hydro-electric adj. 水力發(fā)電的 nonsalient adj. 非凸起的，隱藏的 amortisseur n. 阻尼器 damper winding 阻尼繞組 encoder n. 編碼器P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機4.難句翻譯1 Neglecting the effect of slots and space harmonics du

4、e to non-ideal winding distribution, it can be shown that a sinusoidal three-phase balanced power supply in the three-phase stator winding creates a synchronously rotating magnetic field. 如果忽略槽和由于非理想分布的繞組產(chǎn)生的空間諧波的影響，可以證明，在三相定子繞組中能以三相對稱電源建立一個同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。2 The rotor winding will be subjected to a sweepin

5、g magnetic field, and have inducing current in the short-circuited rotor. 轉(zhuǎn)子繞組切割磁場，就會在短路的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應電流。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機3 This is in contrast to a machine with a cylindrical rotor structure having a uniform air gap (such as an induction motor), defined as a nonsalient pol

6、e machine. 與其(凸極式同步機)對應的另一種電機是有均勻氣隙的圓柱體形轉(zhuǎn)子結(jié)構的電機(與異步機相似)，定義為隱極式同步電機。4 For example, the stator-pole pair A-A is energized when the rotor pole-pair a-a approaches it to produce the torque by magnetic pull, but is de-energized when pole alignment occurs. 例如，當轉(zhuǎn)子極對a-a接近定子極對A-A時，定子極對A-A被通電，通過磁拉力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當兩個極對重

7、合時，定子極對A-A斷電。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機5.參考譯文A 交流機交流機簡介簡介 將電能轉(zhuǎn)換成機械能或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成電能的電機是傳動系統(tǒng)中的主要組成部分。從電學、機械學和熱學的角度看，電機具有復雜的結(jié)構。雖然一百多年前就開始使用電機，關于電機的研究與開發(fā)工作一直在繼續(xù)。但是，與電力電子器件和電力電子變換器相比，電機的發(fā)展十分緩慢。從傳統(tǒng)觀念上，由恒頻正弦電源供電的交流機一直用于恒速場合，而直流機則用于變速場合。但在最近二、三十年，我們已經(jīng)看到在變頻、變速交流機傳動技術上取得的研究與開發(fā)成果，并且它們正逐步取代直流傳

8、動。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 在大多數(shù)情況下，新設備都使用交流傳動。 一般可將交流機分類如下： 感應電機：鼠籠或繞線式轉(zhuǎn)子（雙饋），旋轉(zhuǎn)或直線運動； 同步電機：旋轉(zhuǎn)或直線運動，啟動、繞線式激磁（轉(zhuǎn)子）或永磁磁鐵，徑向或軸向氣隙（圓盤狀），凸磁極或內(nèi)（隱）磁極，正弦波磁場或梯形波磁場； 變阻抗電機：開關磁阻電機，步進電機。感應電機感應電機 在所有的交流電機中，感應電機，尤其是鼠籠型感應電機，在工業(yè)上得到了最廣泛的應用。這些電機價格便宜、結(jié)實、可靠，并且從不到一個馬力到數(shù)兆瓦容量的電機都可買到。小容量電機一般是單相電機，但多

9、相（三相）電機經(jīng)常用于變速傳動。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機bsStatoras axiscsbsRotorasStatorcscrbrarcrbrarrRotorar axisas圖 1-6A-1 理想化的三相、兩極感應電機P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 圖1-6A-1給出了一臺理想的三相、兩極感應電機，圖中定子和轉(zhuǎn)子的每一個相繞組用一個集中線圈來表示。三相繞組在空間上按正弦分布并嵌入在槽里。對繞線式轉(zhuǎn)子電機而言，轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組類似，但鼠籠式電機的轉(zhuǎn)子具

10、有鼠籠狀結(jié)構，并且有兩個短路環(huán)。基本上，感應電機可以看作是一個具有可旋轉(zhuǎn)并且短路的二次繞組的一臺三相變壓器。定子和轉(zhuǎn)子的核用層壓鐵磁鋼片制成，電機內(nèi)的氣隙實際上是均勻的（非凸極結(jié)構）。 感應電機的一個最基本的原理是在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)和按正弦分布的磁場。如果忽略槽和由于非理想分布的繞組產(chǎn)生的空間諧波的影響，可以證明，在三相定子繞組中能以三相對稱電源建立一個同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 旋轉(zhuǎn)速度由公式(1-6A-1)給出Ne稱作同步轉(zhuǎn)速，單位是轉(zhuǎn)/分， 是定子頻率，單位是赫茲。P是電機的極對數(shù)。 轉(zhuǎn)子繞組切割磁

11、場，就會在短路的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應電流。氣隙磁通和轉(zhuǎn)子磁動勢的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速。因此稱它為感應電機或異步電機。為了滿足各種工業(yè)應用中對啟動和運行的要求，可從制造廠家得到幾種標準設計的鼠籠電機。 ee1 2 0 fNP (1-6A-1) ee/ 2fP1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 最常見的轉(zhuǎn)矩-速度特性，與國家電氣制造協(xié)會的標準一致的，并很容易獲得和定型的設計，如圖1-6A-2所示。這些電機中最有意義的設計變量是轉(zhuǎn)子籠型電路的有效阻抗。 A類電機 這類電機適用于啟動負載低（諸如風扇、泵類負載）以便能

12、快速達到全速，因而避免了啟動過程電機過熱的問題。對大容量電機而言，需要降壓啟動以限制啟動電流。 D C B A T /Nm 200 300 100 0 ns n /rm in1 圖 1-6A-2 各類感應電機 的機械特性曲線 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 B類電機 這類電機是很好的通用電機，有著廣泛的工業(yè)應用。它們特別適合對啟動轉(zhuǎn)矩要求不是特別嚴格的恒速驅(qū)動。比如驅(qū)動風扇、泵類負載、鼓風機和電動發(fā)電機組。 C類電機 C類電機適合驅(qū)動壓縮機、輸送機等等。 D類電機 此類電機適合驅(qū)動要求迅速加速的間歇性負載和沖床、剪床這樣的高沖擊

13、性負載。在驅(qū)動沖擊性負載的情況下，在系統(tǒng)中加一個調(diào)速輪。當電機轉(zhuǎn)速隨負載沖擊有點下降時，在負載沖擊期間調(diào)速輪釋放它的一部分動能。同步電機同步電機 同步電機，正像名字所表示的，一定是像公式(1-6A-1) 那樣以同步速度旋轉(zhuǎn)。對感應電機恒速驅(qū)動應用而言，它是一位非常重要的競爭者。P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機csbsascsbsRotorqe axisSN圖 1-6A-3 理想化的三相、兩極同步電機RotorStatorasStatoras axisRotorde axiseP1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文

14、第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 圖1-6A-3給出了一臺理想的三相、兩極繞線式激磁的同步電機。同步電機的定子繞組與感應電機的定子繞組一樣，但同步電機的轉(zhuǎn)子上有一個繞組，這個繞組通過直流電流，在氣隙中產(chǎn)生磁通，該磁通協(xié)助定子感應的旋轉(zhuǎn)磁場來拉動轉(zhuǎn)子與它一同旋轉(zhuǎn)。直流激磁電流由靜態(tài)整流器通過滑環(huán)和電刷提供給轉(zhuǎn)子，或由無刷勵磁電源提供。因為轉(zhuǎn)子總是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同步旋轉(zhuǎn)的de-qe 軸與轉(zhuǎn)子的相對位置是不變的，如圖所示，de 軸對應N極。在轉(zhuǎn)子中沒有定子感應的感應電勢，因此轉(zhuǎn)子的磁動勢僅由激磁繞組提供。這使得電機在定子側(cè)可以任意的功率因數(shù)運行，即引前、滯后或同相。從另一角度說，在感應電機

15、中，定子給轉(zhuǎn)子提供勵磁使得電機功率因數(shù)總是滯后。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理有點類似于感應電機。如圖所示的同步電機是凸極式同步機，因為轉(zhuǎn)子周圍的氣隙是不均勻的，不均勻的氣隙在d 軸和q 軸上造成了不對稱的磁阻。與其(凸極式同步機)對應的另一種電機是有均勻氣隙的圓柱體形轉(zhuǎn)子結(jié)構的電機(與異步機相似)，定義為隱極式同步電機。例如，水電站使用的低速發(fā)電機是凸極同步機，而火力發(fā)電廠使用的高速發(fā)電機是隱極式同步機。除激磁繞組之外，轉(zhuǎn)子通常有一個阻尼器，或叫阻尼繞組，它就像感應電機中短路的鼠籠棒。同步機更昂貴但效率也高一

16、些。繞線式激磁繞組同步機通常用于大功率（數(shù)兆瓦）驅(qū)動。變阻抗電機變阻抗電機 變阻抗或雙阻抗電機，正像名字所表示的那樣，有兩個凸極，這意味著電機的定子和轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構。如前所述，變阻抗電機有兩種：開關磁阻電機和步進電機。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 步進電機基本上是一種數(shù)字電機，即它根據(jù)數(shù)字脈沖運動固定的步數(shù)或角度。小型步進電機廣泛用于計算機外圍設備。然而，由于步進電機不適合調(diào)速應用場合，不再作進一步討論。 有關文獻對開關磁阻電機驅(qū)動十分關注，最近做了許多工作來使其商品化以參與和感應電機的競爭。圖1-6A-4給出了有四對定子

17、極對數(shù)、三對轉(zhuǎn)子極對數(shù)的四相開關磁阻電機的截面圖。電機轉(zhuǎn)子沒有任何繞組或永磁磁鐵。定子極上有集中繞組（不是正弦分布繞組），每一對定子極繞組，如圖所示，由變換器的一相供電。例如，當轉(zhuǎn)子極對a-a接近定子極對A-A時，定子極對A-A被通電，通過磁拉力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當兩個極對重合時，定子極對A-A斷電。 P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機圖 1-6A-4 開關磁阻電機的結(jié)構ABDCBADCS1S2S3S4Forwardr181842P1U6A AC Machines 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文A A 交流機交流機 借助于轉(zhuǎn)子位置

18、編碼器，電機的四對繞組依次、與轉(zhuǎn)子同步得電，得到單向轉(zhuǎn)矩。可給出轉(zhuǎn)矩的幅值 式中m =感應速率，i = 瞬時電流。感應速率恒定則電流i 為常數(shù)。高速運行時，轉(zhuǎn)子感應的反電動勢也高。 這種電機的優(yōu)點是結(jié)構簡單、堅固；也可能它比其它電機要便宜一些。但是，這種電機有轉(zhuǎn)矩脈動和嚴重的噪聲問題。2e12TmiP1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置1.課文內(nèi)容簡介：主要介紹專業(yè)課電力拖動自動控制系統(tǒng)中交-直-交電壓型變頻器調(diào)壓調(diào)速的原理、特點和適用場合、正弦脈寬型逆變器的優(yōu)

19、點等內(nèi)容。2.溫習電力拖動自動控制系統(tǒng)中講述交流調(diào)速的基本類型和交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的相關內(nèi)容。3. 生詞與短語 slip n. 轉(zhuǎn)差（率） mechanism n. 機理（制），作用，原理 square-wave n. 方波 pulse-width modulation 脈寬調(diào)制 force-commutation n. 強制換向 with respect to 相對于 fictitious adj. 假想的 line to line voltage 線電壓 lagging n. 滯后P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機

20、傳動裝置感應電機傳動裝置 clamp v. 箝位，定位 airgap = air gap 氣隙 leakage n. 漏 horsepower n. 功率 field-weakening n. 弱磁 supersede v. 取代 isosceles adj. 等腰的 carrier n. 載波，載體 even adj. 偶數(shù)的 notch n. 換相點，換級點 rms = root-mean-square 有效值，方均根 look-up table 查詢表 confine v. 限制（在范圍內(nèi)） distortion n. 失真P1U6B Induction Motor Drive 第一部分

21、第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置4. 重點語法現(xiàn)象復習 過去分詞短語作狀語，用以表示時間、原因、讓步、方式或陪襯情況。必須注意過去分詞表示的被動行為對象是句中主語。 at 用于表示速度、溫度、價格、成本和比率。 should 用于表示建議、要求、決定、命令等意義的主從復合句內(nèi)，這時從句謂語一般是“should動詞原形”。5. 難句翻譯1 However, as the frequency is increased, the machine airgap flux falls causing low developed torque capability.

22、 然而隨著頻率增加，電機的氣隙磁通下降，導致產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩降低。 句中causing引出的短語做結(jié)果狀語。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置2 In a well-designed PWM drive, the commutation frequency should be increased as permitted by the devices so as to obtain a good balance between the increase of inverter loss and d

23、ecrease of machine loss. 在設計完善的PWM傳動系統(tǒng)中，應在器件允許的條件下增加換相頻率，以便在逆變器損耗的增加和電機損耗的降低之間找到一個合適的平衡點。 so as to接動詞不定式，可譯作“為的是”、“以便”；soas to 接動詞不定式，意思是“如此以致”。 6. 參考譯文B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 感應電機的轉(zhuǎn)速由電機的同步速和轉(zhuǎn)差決定。同步速與電源頻率有關，轉(zhuǎn)差由供給電機的電壓或電流調(diào)節(jié)控制。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 為控制感應電機的轉(zhuǎn)速

24、，存在幾個機理，它們是： (1) 變電壓恒頻率或定子電壓控制 ，(2) 變電壓變頻率控制， (3) 變電流變頻率控制，和 (4) 轉(zhuǎn)差功率調(diào)節(jié)。這些方法之一，變電壓變頻率控制可被描述如下。方波逆變器傳動裝置方波逆變器傳動裝置 饋電電壓逆變器（也稱電壓源逆變器，VSI）通常分為兩類：方波逆變器和脈寬調(diào)制逆變器。此類逆變器從二十世紀六十年代初，當先進的強制換相技術開始發(fā)展時就被提出。 圖1-6B-1顯示了方波逆變器傳動裝置的傳統(tǒng)電力電路，三相橋整流器把交流電變換為可變電壓的直流電，作為強制變換橋逆變器的輸入。逆變器產(chǎn)生變電壓變頻率電源，控制電機速度。 P1U6B Induction Motor D

25、rive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 Id L ia C + Ud 0 M120整流器 濾波器 逆變器 6 階梯電壓波 圖1-6B-1 變電壓變頻率感應電機傳動裝置 (未顯示逆變器的強迫換流電路)P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 由于大的濾波電容器給逆變器提供了一個剛性的電壓源，且逆變器的輸出電壓不受負載種類的影響，因此，此類逆變器叫做饋電電壓逆變器。通常，相對于假想的直流電源的中心點，逆變器每一橋臂上的每個晶閘管導通180，在電機的一相

26、產(chǎn)生方波電壓。線電壓可被顯示為如圖所示的六個階梯形電壓波。因為感應電機構成了滯后的功率因數(shù)負載，所以逆變器的晶體管需要強制換相。反饋二極管可利用濾波電容器促進負載無功能量的循環(huán)，并維持輸出電壓定位在直流鏈接電壓上，二極管也參與換相和制動過程。 變壓變頻速度控制方法的理論可由圖1-6B-2和1-6B-3來幫助解釋。用于此類傳動裝置的電機具有低轉(zhuǎn)差特性，并提高效率。電機轉(zhuǎn)速可通過簡單改變同步速，例如，改變逆變器頻率來改變。然而，隨著頻率的增加，電機的氣隙磁通下降，導致產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩降低。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳

27、動裝置感應電機傳動裝置 恒功率（額定） 恒轉(zhuǎn)矩（額定） 定子阻抗補償 1.0 0 1.0 2.5 轉(zhuǎn)矩曲線 定子電流（額定） 電壓曲線 頻率(標幺值) 圖 1-6B-2 感應電機的電壓-頻率關系電壓 (標幺值)P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 恒轉(zhuǎn)矩區(qū) B 0 1.0 1.0 負載轉(zhuǎn)矩 (恒定) 最大轉(zhuǎn)矩包絡線 負載轉(zhuǎn)矩 (隨速度變化) 恒功率區(qū) Torque-speed curves with reduced g 穩(wěn)態(tài)點 A 速度 (標幺值) 圖1-6B-3 變電壓變頻率電源的感應電機的轉(zhuǎn)

28、矩-轉(zhuǎn)速曲線轉(zhuǎn)矩 (標幺值)P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 如果電壓隨頻率變化，從而使電壓/頻率之比保持恒定，則就像直流并激電機一樣可使氣隙磁通保持不變。圖1-6B-2顯示了期望的電機電壓-頻率關系。在基頻(1.0 標幺值) 以下，氣隙磁通由于伏特/赫茲恒定而保持不變，這將導致恒定的轉(zhuǎn)矩。處于低頻時，定子阻抗超過漏感，占主導地位，因此，附加電壓被施加，以補償此作用。處于基頻時，通過前推整流器觸發(fā)角至所允許的最小值，電機全電壓被建立，高于基頻后，當頻率增加時，由于氣隙磁通的損失，轉(zhuǎn)矩下降，電

29、機以如圖所示的恒功率方式運行。這與直流電機弱磁調(diào)速類似。電機恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線如圖1-6B-3 所示，其中每一條轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線都對應于電機接線端特定的電壓和頻率組合。分別對應于恒定負載和變化負載的兩個穩(wěn)態(tài)運行點A 和 B如圖所示。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 電機以最大可得轉(zhuǎn)矩從零加速，以恒磁通轉(zhuǎn)差控制方式或以恒轉(zhuǎn)差磁通控制方式達到穩(wěn)定點。穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)的磁通和轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)均可提高電機效率。 饋電電壓方波傳動裝置通常用于中、小功率的工業(yè)場合，其調(diào)速比一般不超過10:1。最近，此類傳

30、動裝置在很大程度上已被下一部分將要介紹的PWM傳動裝置所代替。饋電電壓逆變器非常適合多電機驅(qū)動，在這種情況下，許多感應電機的速度可得到精確控制。脈寬調(diào)制型（脈寬調(diào)制型（PWM） 逆變器傳動裝置逆變器傳動裝置 在前一部分描述的變壓變頻逆變器傳動裝置中，若使用二極管整流器，則直流鏈接（link）電壓不可控，基頻輸出電壓可利用脈寬調(diào)制技術在逆變器中進行控制。利用這種方法，晶閘管在半周期中開合多次，產(chǎn)生低諧波的變壓輸出。 P1U6B Induction Motor Drive 第一部分第六單元課文第一部分第六單元課文B B 感應電機傳動裝置感應電機傳動裝置 在幾種脈寬調(diào)制（ PWM） 技術中，正弦脈動寬調(diào)制（PWM）是最常見的，其原理如圖1-6B-4所示。 C arrier w aveS in e w aveU p per th yristor O NL o w er th yristor O N+ 5 V 5 V00utut圖1-6B-4 脈寬調(diào)制的原理 P1U6B Induction Motor Driv