第６章其他常用電動(dòng)機(jī)6.1單相異步電動(dòng)機(jī)6.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6.3伺服電動(dòng)機(jī)6.4直線電動(dòng)機(jī)6.5同步電動(dòng)機(jī)本章實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)6.1單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)是利用單相交流電源供電的一種小容量交流電動(dòng)機(jī)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠、維修方便，并可以直接在單相220V交流電源上使用，因此被廣泛用于辦公場(chǎng)所、家用電器和醫(yī)療器械等方面。作為各類(lèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具、家用電器、儀器儀表、商業(yè)服務(wù)、辦公用具和文教衛(wèi)生設(shè)備中的動(dòng)力源，與人們的工作、學(xué)習(xí)和生活有著極為密切的關(guān)系。單相異步電動(dòng)機(jī)的不足之處是它與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比較，其體積較大、運(yùn)行性能較差且效率較低，因此一般只制成小型和微型系列，容量在幾十瓦到幾百瓦之間。6.1.1單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和三相異步電動(dòng)機(jī)大體相似，即它的轉(zhuǎn)子為籠形結(jié)構(gòu)，定子采用在定子鐵芯槽內(nèi)嵌放單相定子繞組的結(jié)構(gòu)。圖6.1單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)6.1.2單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理單相異步電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)磁場(chǎng)如圖6.2（ａ）所示，單相交流電流是一個(gè)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流。假設(shè)在單相交流電流的正半周時(shí)，電流從單相定子繞組的左半側(cè)流入，從右半側(cè)流出，則電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖6.2（ｂ）所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨電流的大小而變化，方向則保持不變。當(dāng)電流為零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度也為零。當(dāng)電流變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，則產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也隨之發(fā)生變化，如圖6.2（ｃ）所示。由此可見(jiàn)，單相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入單相電流后，產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小和方向在不斷地變化，但是在任何時(shí)刻，磁場(chǎng)在空間的軸線并不移動(dòng)，只是磁場(chǎng)的大小和方向像正弦電流一樣，隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化，所以這種磁場(chǎng)稱(chēng)為脈動(dòng)磁場(chǎng)。圖6.2單相異步電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)磁場(chǎng)為了便于分析問(wèn)題，通?？梢园堰@個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)看待。這兩個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度相等，但旋轉(zhuǎn)方向相反。每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值等于脈動(dòng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值的一半。這樣一來(lái)，任一瞬間脈動(dòng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都等于這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的相量和，如圖6.3所示。圖6.3脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)既然可以把一個(gè)單相的脈動(dòng)磁場(chǎng)分解成兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)然也可以認(rèn)為，單相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也是分別由這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩合成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、轉(zhuǎn)向相反，因而在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流大小相等，方向相反。故兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩的大小也相等，方向也相反，于是合成轉(zhuǎn)矩等于零，電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。也就是說(shuō)，單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。這既是它的一個(gè)特點(diǎn)，也是它的一大缺點(diǎn)。但是，如果用外力使轉(zhuǎn)子啟動(dòng)一下，則不管是朝正向旋轉(zhuǎn)還是反向旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩都將逐漸增加，電動(dòng)機(jī)將按外力作用方向達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。2.兩相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)單相繞組產(chǎn)生的是一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零，不能自行啟動(dòng)。要應(yīng)用單相異步電動(dòng)機(jī)，首先必須解決它的啟動(dòng)問(wèn)題。一般單相異步電動(dòng)機(jī)（除集中式罩極電動(dòng)機(jī)外）均采用兩套繞組。一套為主繞組（也叫工作繞組、運(yùn)行繞組），另一套為輔助繞組（也叫啟動(dòng)繞組、副繞組）。主、輔繞組在定子空間布置上相差９０°電角度，同時(shí)使兩套繞組中的電流在時(shí)間上也不同相位。例如在輔助繞組中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙萜骷纯蛇_(dá)到。這樣一個(gè)相差９０°電角度的兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就使單相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后啟動(dòng)裝置適時(shí)地自動(dòng)將輔助繞組從電源斷開(kāi)，僅剩下主繞組在線路上工作。圖6.4兩相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

6.1.3單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法從前面分析我們知道，單相異步電動(dòng)機(jī)不能自行啟動(dòng)，而必須依靠外力來(lái)完成啟動(dòng)過(guò)程。不過(guò)它一旦啟動(dòng)即可朝啟動(dòng)方向連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)下去。根據(jù)啟動(dòng)方式的不同，單相異步電動(dòng)機(jī)可以分為許多不同的型式。常用的有：（１）罩極式電動(dòng)機(jī)；（２）分相式電動(dòng)機(jī)；（３）電容式電動(dòng)機(jī)（又分為電容啟動(dòng)式，電容運(yùn)轉(zhuǎn)式和電容啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)式三種）。罩極式電動(dòng)機(jī)罩極式電動(dòng)機(jī)的工作原理見(jiàn)圖6.6所示，定子上有凸出的磁極，主繞組就安置在這個(gè)磁極上。在磁極表面約１／３處開(kāi)有一個(gè)凹槽，將磁極分為大小兩部分，在磁極小的部分套圖6.6單相罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖著一個(gè)短路銅環(huán)，將磁極的一部分罩了起來(lái)，稱(chēng)為罩極，它相當(dāng)于一個(gè)副繞組。當(dāng)定子繞組中接入單相交流電源后，磁極中將產(chǎn)生交變磁通，穿過(guò)短路銅環(huán)的磁通，在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)相位上滯后的感應(yīng)電流。由于這個(gè)感應(yīng)電流的作用，磁極被罩部分的磁通不但在數(shù)量上和未罩部分不同，而且在相位上也滯后于未罩部分的磁通。這兩個(gè)在空間位置不一致，而在時(shí)間上又有一定相位差的交變磁通，就在電機(jī)氣隙中構(gòu)成脈動(dòng)變化近似的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子后，就使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。載有電流的轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，轉(zhuǎn)子得到啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子由磁極未罩部分向被罩部分的方向旋轉(zhuǎn)。罩極式電動(dòng)機(jī)也有將定子鐵芯做成隱極式的，槽內(nèi)除主繞組外，還嵌有一個(gè)匝數(shù)較少，與主繞組錯(cuò)開(kāi)一個(gè)電角度，且自行短路的輔助繞組。罩極電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低廉、使用可靠、故障率低的特點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是效率低、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、反轉(zhuǎn)困難等。罩極電動(dòng)機(jī)多用于輕載啟動(dòng)的負(fù)荷，凸極式集中繞組罩極電動(dòng)機(jī)，常用于電風(fēng)扇、電唱機(jī)。隱極式分布繞組罩極電動(dòng)機(jī)則用于小型鼓風(fēng)機(jī)、油泵中。圖6.6單相罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.分相式電動(dòng)機(jī)單相分相式電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，它構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要由定子、轉(zhuǎn)子、離心開(kāi)關(guān)三部分組成。轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，定子采用齒槽式，如圖6.7所示。定子鐵芯上面布置有兩套繞組，運(yùn)行用主繞組較粗的導(dǎo)線繞制，啟動(dòng)用副繞組較細(xì)的導(dǎo)線繞制。一般主繞組占定子總槽數(shù)的２／３，輔助繞組占定子總槽數(shù)的１／３，這兩套繞組在空間位置上相差９０°。輔助繞組只在啟動(dòng)過(guò)程中接入電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的７０％～８０％時(shí)，離心開(kāi)關(guān)就將輔助繞組從電源電路斷開(kāi)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀況。在啟動(dòng)時(shí)為了使啟動(dòng)用輔助繞組電流與運(yùn)行用主繞組電流在時(shí)間上產(chǎn)生相位差，通常用增大輔助繞組本身的電阻（如采用細(xì)導(dǎo)線）或在輔助繞組回路中串聯(lián)電阻的方法來(lái)達(dá)到，即電阻分相式。圖6.7分相式電動(dòng)機(jī)的定子示意圖圖6.8分相式電動(dòng)機(jī)的接線圖由于這兩套繞組中的電阻與電抗分量不同，故電阻大電抗小的輔助繞組中的電流，比主繞組中的電流先期達(dá)到最大值。因而在兩套繞組之間出現(xiàn)了一定的相位差，形成了兩相電流。結(jié)果就建立起了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子就因電磁感應(yīng)作用而旋轉(zhuǎn)。從上面我們知道，單相分相式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)依賴(lài)定子鐵芯上相差９０°電角度的主、輔助繞組來(lái)完成。由于要使主、輔助繞組間的相位差足夠大，就要求輔助繞組選用細(xì)導(dǎo)線來(lái)增加電阻。因而輔助繞組導(dǎo)線的電流密度都比主繞組大，故只能短時(shí)工作。啟動(dòng)完畢后必須立即與電源切斷，如超過(guò)一定時(shí)間，輔助繞組就可能因發(fā)熱而燒毀。單相分相式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，可以用離心開(kāi)關(guān)或多種類(lèi)型的啟動(dòng)繼電器去完成。圖6.8所示即為用離心開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的分相式電動(dòng)機(jī)接線圖。圖6.9所示為離心開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。離心開(kāi)關(guān)包括旋轉(zhuǎn)部分和固定部分，旋轉(zhuǎn)部分裝在轉(zhuǎn)軸上，固定部分裝在前端蓋內(nèi)。它利用一個(gè)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的部件——離心塊。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的70％～80％時(shí)，離心塊的離心力大于彈簧對(duì)動(dòng)觸點(diǎn)的壓力，使動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)脫開(kāi)。從而切斷輔助繞組的電源，讓電動(dòng)機(jī)的主繞組單獨(dú)留在電源上正常運(yùn)行。圖6.9離心開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖圖6.10所示為啟動(dòng)繼電器原理圖。繼電器的吸鐵線圈ＫＡ串聯(lián)在主繞組Ｕ１、Ｕ２回路中，啟動(dòng)時(shí)，主繞組中電流很大，使啟動(dòng)繼電器銜鐵被吸合，則串聯(lián)在輔助繞組中Ｚ１、Ｚ２回路中的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，接通輔助繞組電路，電動(dòng)機(jī)處于兩組繞組工作狀態(tài)而開(kāi)始啟動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，主繞組中的電流不斷下降，吸鐵線圈的吸力也隨之下降，當(dāng)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，電磁鐵的吸力小于ＫＡ觸點(diǎn)的反力彈簧的的彈力，觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。分相電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、故障率低、使用方便的特點(diǎn)。分相式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般是滿(mǎn)載轉(zhuǎn)矩的兩倍，因此它的應(yīng)用范圍很廣，如小型車(chē)床、鼓風(fēng)機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)等。圖6.10啟動(dòng)繼電器原理圖3.電容式電動(dòng)機(jī)單相電容式電動(dòng)機(jī)具有三種型式，即電容啟動(dòng)式、電容運(yùn)行式、電容啟動(dòng)與運(yùn)行式。電容電動(dòng)機(jī)和同樣功率的分相電動(dòng)機(jī)，在外形尺寸、定、轉(zhuǎn)子鐵芯、繞組、機(jī)械結(jié)構(gòu)等都基本相同，只是添加了１～２個(gè)電容器而已。分相電動(dòng)機(jī)的定子有兩套繞組，且在空間位置上相隔９０°，因此在啟動(dòng)時(shí)，接入在時(shí)間上具有不同相位的電流后，產(chǎn)生了一個(gè)近似兩相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。但在實(shí)際中，每套繞組的電阻和電抗不可能完全減少為零，所以?xún)商桌@組中電流９０°相位差是不可能獲得的。從實(shí)用出發(fā)則只要相位差足夠大時(shí)，就能產(chǎn)生近似的兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如在電動(dòng)機(jī)的輔助繞組中串聯(lián)一只電容器，它的電流在相位上就將比線路電壓超前。將繞組和電容器容量適當(dāng)設(shè)計(jì)，兩套線圈相互就完全可以達(dá)到９０°相位差的最佳狀況，這樣就改進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的性能。但實(shí)際上，啟動(dòng)時(shí)定子中的電流關(guān)系還隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而改變。因此，要使它們?cè)谶@段時(shí)間內(nèi)仍有９０°的相位差，那么電容器電容量的大小就必須隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載而改變，顯然這種辦法實(shí)際上是做不到的。由于這個(gè)原因，根據(jù)電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載特性，而將電動(dòng)機(jī)做適當(dāng)設(shè)計(jì)，這樣就有了上面所說(shuō)的三種型式的電容電動(dòng)機(jī)。

圖6.11單相電容啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)接線圖２）電容運(yùn)行式電動(dòng)機(jī)如圖6.12所示，電容器與啟動(dòng)輔助繞組中沒(méi)有串接啟動(dòng)裝置，因此電容器與輔助繞組將和主繞組一起長(zhǎng)期運(yùn)行在電源線路上。在這類(lèi)電動(dòng)機(jī)中，要求電容器能長(zhǎng)期耐較高的電壓，故必須使用價(jià)格較貴的紙介質(zhì)或油浸紙介質(zhì)電容器，而絕不能采用電解電容器。電容運(yùn)行式電動(dòng)機(jī)省去了啟動(dòng)裝置，從而簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了運(yùn)行可靠性。同時(shí)由于輔助繞組也參與運(yùn)行，這樣就實(shí)際增加了電動(dòng)機(jī)的輸出功率。圖6.12單相電容運(yùn)行式電動(dòng)機(jī)接線圖

圖6.13單相電容啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)接線圖顯然，這種電動(dòng)機(jī)需要使用兩個(gè)電容器，又要裝啟動(dòng)裝置，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且增加了成本，這是它的缺點(diǎn)。在電容啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)中，也可以不用兩個(gè)電容量不同的電容器。而用一只自耦變壓器，如圖所示。啟動(dòng)時(shí)跨接電容器兩端的電壓增高，使電容器的有效容量比運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)大４～５倍。這種電動(dòng)機(jī)用的離心開(kāi)關(guān)是雙擲式的，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，離心開(kāi)關(guān)接至S點(diǎn)，降低了電容器的電壓和等效電容量，以適應(yīng)運(yùn)行的需要。圖6.14

電容器和自耦變壓器組合啟動(dòng)接線圖單相電容電動(dòng)機(jī)三種類(lèi)型的特性及用途如下：?jiǎn)蜗嚯娙輪?dòng)式電動(dòng)機(jī)具有較高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般達(dá)到滿(mǎn)載轉(zhuǎn)矩的３～５倍，故能適用于滿(mǎn)載啟動(dòng)的場(chǎng)合。由于它的電容器和副繞組只在啟動(dòng)時(shí)接入電路，所以它的運(yùn)轉(zhuǎn)都與同樣大小并有相同設(shè)計(jì)的分相式電動(dòng)機(jī)基本相同。單相電容啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)多用于電冰箱、水泵、小型空氣壓縮機(jī)及其他需要滿(mǎn)載啟動(dòng)的電器、機(jī)械。單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，但功率因數(shù)和效率均比較高。它體積小、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)與噪聲小、可反轉(zhuǎn)、能調(diào)速，適用于直接與負(fù)載連接的場(chǎng)合。如電風(fēng)扇、通風(fēng)機(jī)、錄音機(jī)及各種空載或輕載啟動(dòng)的機(jī)械，但不適于空載或輕載運(yùn)行的負(fù)載。單相電容啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)具有較好的啟動(dòng)性能，較高的功率因數(shù)、效率和過(guò)載能力，可以調(diào)速。適用于帶負(fù)載啟動(dòng)和要求低噪聲的場(chǎng)合，如小型機(jī)床、泵、家用電器等。6.1.4單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與反轉(zhuǎn)1.單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速單相異步電動(dòng)機(jī)與三相異步電動(dòng)機(jī)一樣，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)也比較困難。如果采用變頻調(diào)速則設(shè)備復(fù)雜、成本高。因此，一般只采用簡(jiǎn)單的降壓調(diào)速。常用的調(diào)速方法有串電抗器調(diào)速、定子繞組抽頭調(diào)速和晶閘管調(diào)速三種方式。１）串電抗器調(diào)速將電抗器與電動(dòng)機(jī)定子繞組串聯(lián)，利用電流在電抗器上產(chǎn)生的壓降，使加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。因此，用串電抗器調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速往低調(diào)。圖6.15為吊扇串電抗器調(diào)速的電路圖。改變電抗器的抽頭連接可得到高低不同的轉(zhuǎn)速。２）定子繞組抽頭調(diào)速為了節(jié)約材料、降低成本，可把調(diào)速電抗器與定子繞組做成一體。由單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)組成的臺(tái)扇和落地扇普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速的方法。這種電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯槽中嵌放有工作繞組、啟動(dòng)繞組和調(diào)速繞組（中間繞組）。通過(guò)調(diào)速開(kāi)關(guān)改變調(diào)速繞組與啟動(dòng)繞組及工作繞組的接線方法，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。圖

6.16是臺(tái)扇抽頭調(diào)速的原理圖。這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要電抗器、節(jié)省材料、耗電少。缺點(diǎn)是繞組嵌線和接線比較復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)與調(diào)速開(kāi)關(guān)之間的連線較多，所以不適合于吊扇。圖6.15串電抗器調(diào)速圖6.16定子繞組抽頭調(diào)速３）晶閘管調(diào)速單相異步電動(dòng)機(jī)還可采用雙向晶閘管調(diào)速。調(diào)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)控制線路中的帶開(kāi)關(guān)電位器，就能改變雙向晶閘管的控制角，使電動(dòng)機(jī)得到不同的電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。圖6.17所示為吊扇晶閘管調(diào)壓調(diào)速電路圖。這種調(diào)速方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，控制簡(jiǎn)單，效率較高，缺點(diǎn)是電壓波形差，存在電磁干擾。目前這種調(diào)速方法常用于吊扇上。圖6.17吊扇晶閘管調(diào)壓調(diào)速電路2.單相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同。因此要使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)就必須改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，其方法有兩種：一種是把工作繞組或啟動(dòng)繞組的首端和末端與電源的接法對(duì)調(diào)，另一種是把電容器從一組繞組中改接到另一組繞組中（此法只適用于電容運(yùn)行單相異步電動(dòng)機(jī)）。6.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的方式不同可分為反應(yīng)式、激磁式及混合式三種。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu)，是利用磁阻最小原理工作。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)凸極轉(zhuǎn)子的交軸磁阻與直軸磁阻不同，所以引起電樞反應(yīng)，磁場(chǎng)按照磁阻最小原理產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以很多，因此步距角可以做得很小，即使沒(méi)有減速裝置，也可以低速、高精度地實(shí)現(xiàn)位置控制。激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的激磁可以是永磁式或電磁激磁式，通常是永磁式激磁。激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于具有磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，但由于制造工藝的緣故，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目不能做的太多，因此步距角比較大?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)兼有反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可以做到步距角小而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩又大。1.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，它的主要結(jié)構(gòu)分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定、轉(zhuǎn)子鐵芯由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子磁極上均有小齒，定、轉(zhuǎn)子的齒形相同。定子磁極上套有星形連接的控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極為一相，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子相數(shù)用ｍ表示。ｍ一般為２、３、４、５、６；定子磁極個(gè)數(shù)為ｐ（ｐ＝２ｍ），每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極嵌有該相繞組。圖6.18反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理１）磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理在定子繞組由通電產(chǎn)生的相應(yīng)的電磁場(chǎng)的作用下，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒之間存在磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子小齒將被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的位置，如圖6.19（ａ）所示，這一過(guò)程稱(chēng)為對(duì)齒，同時(shí)這一過(guò)程中形成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊后，將不再產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的磁力，為了持續(xù)形成轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使其他沒(méi)有對(duì)齊的定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒產(chǎn)生磁力，并由磁阻作用形成轉(zhuǎn)矩。這一過(guò)程即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電流換相（見(jiàn)圖6.19（ｂ））。

錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件。所以，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯(cuò)齒的存在，也就是說(shuō)，當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其他相必須處于錯(cuò)齒狀態(tài)。定子的齒距角與轉(zhuǎn)子的相同，所不同的是，轉(zhuǎn)子的小齒是圓周分布的，而定子的小齒只分布在磁極上，屬于不完全齒。當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，該相磁極上的定子的所有小齒都與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊。如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（或磁阻最小）的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)基于這一原理實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖6.19定子與轉(zhuǎn)子之間的磁導(dǎo)現(xiàn)象２）三相單三拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖6.20所示為三相單三拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。“三相單三拍”中的“三相”是指定子的三相繞組，“單”是指每次只有一相繞組通電。從一相通電切換到另一相通電稱(chēng)為“一拍”，“三拍”是指完成一次通電循環(huán)要經(jīng)過(guò)三次切換。圖6.20三相單三拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖工作時(shí)假設(shè)按Ｕ→Ｖ→Ｗ→Ｕ的通電順序，使三相繞組輪流通電。當(dāng)Ｕ相繞組通電時(shí)，氣隙中生成以Ｕ-Ｕ′為軸線的磁場(chǎng)。在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使１、３兩轉(zhuǎn)子齒與磁極Ｕ-Ｕ′對(duì)齊的位置上如圖6.20（ａ）所示。如果Ｕ相繞組不斷電，１、３兩轉(zhuǎn)子齒就一直被磁極Ｕ-Ｕ′吸引住而不改變其位置，即轉(zhuǎn)子具有自鎖能力。

圖6.21三相雙三拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖

三相單雙六拍工作方式可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得更精確的控制特性，其運(yùn)行穩(wěn)定性比前兩種方式更好。圖6.22三相單雙六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖

（２）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ，根據(jù)式（6.2）得或因此，該進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.75°，轉(zhuǎn)速為375ｒ／ｍｉｎ。6.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制方式1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的組成圖示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的組成，它由變頻信號(hào)源、脈沖分配器和驅(qū)動(dòng)電路（功率放大器）三部分組成。圖6.23步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的組成（１）變頻信號(hào)源：是一個(gè)脈沖頻率由幾赫到幾十千赫可連續(xù)變化的信號(hào)發(fā)生器，可以是計(jì)算機(jī)或振蕩器。（２）脈沖分配器：一種邏輯電路，由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和門(mén)電路組成，它可以將輸入的電脈沖信號(hào)根據(jù)需要循環(huán)地分配到驅(qū)動(dòng)電路上進(jìn)行功率放大，并使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按選定的運(yùn)行方式工作。（３）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（功率放大器）：它實(shí)際上是一種脈沖放大電路，它的作用是將脈沖分配器發(fā)出的電脈沖信號(hào)放大至幾安培到幾十安培的電流送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各繞組，每一相繞組分別有一組功率放大電路。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、恒流斬波驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等四種形式。2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖6.24（ａ）為單電壓驅(qū)動(dòng)電路，圖6.24（ｂ）為雙電壓驅(qū)動(dòng)電路，圖6.25為恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路要解決的核心問(wèn)題是如何提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的快速性和平穩(wěn)性。圖6.24步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電壓驅(qū)動(dòng)電路圖6.25步進(jìn)電動(dòng)機(jī)恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路上述提到的三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路都是按照環(huán)形分配器決定的分配方式，控制電動(dòng)機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，步距角的大小只有兩種，即整步工作或半步工作，步距角已由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)所限定。為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得更小的步距角或者為減小電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、噪聲等原因，可以采用如細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

圖6.26混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制電流波形

２）細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路為了實(shí)現(xiàn)階梯波供電，細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路有以下兩種形式：①先放大后疊加。這種方法就是將通過(guò)細(xì)分環(huán)形分配器所形成的各個(gè)等幅等寬的脈沖，分別進(jìn)行放大，然后在電動(dòng)機(jī)繞組中疊加起來(lái)形成階梯波，如圖6.27（ａ）所示。圖6.27細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路②先疊加后放大。這種方法利用運(yùn)算放大器來(lái)疊加，或采用公共負(fù)載的方法，把方波合成變成階梯波，然后對(duì)階梯波進(jìn)行放大再去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如圖6.27（ｂ）所示。其中的放大器可采用線形放大器或恒波斬波放大器等。3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方式一般可分為開(kāi)環(huán)控制（如圖6.23所示）和反饋補(bǔ)償閉環(huán)控制兩種。6.3伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)又被稱(chēng)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，將輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度以控制受控對(duì)象。伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速，是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。伺服電動(dòng)機(jī)可分為交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。伺服電動(dòng)機(jī)的性能要求是寬廣的調(diào)速范圍；機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性為線性；無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象即控制電壓為零時(shí)能立即自行停轉(zhuǎn)和快速響應(yīng)性。6.3.1交流伺服電動(dòng)機(jī)1.兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相電容式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相似，主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子裝有兩個(gè)繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，另一個(gè)是控制繞組，它們?cè)诳臻g上相差90°。轉(zhuǎn)子的形式有兩種，分別為鼠籠形和杯形兩種。鼠籠形轉(zhuǎn)子和三相籠形異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，只是為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而做得細(xì)長(zhǎng)一些。空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，空心杯形轉(zhuǎn)子通常用高電阻系數(shù)的非磁性的鋁合金或銅合金制成空心薄壁圓筒，在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置于固定的內(nèi)定子，起閉合磁路的作用，以減少回路的磁阻?？招谋无D(zhuǎn)子可以把鋁杯看做由無(wú)數(shù)根籠形導(dǎo)條并聯(lián)組成，因此，它的原理與籠形相同。杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕，慣性小，啟動(dòng)電壓低，對(duì)信號(hào)反應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，多用于運(yùn)行平滑的系統(tǒng)。圖6.28杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖6.29兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)接線圖２）交流伺服電動(dòng)機(jī)的“自轉(zhuǎn)”及“自轉(zhuǎn)”的消除普通的單相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，電磁轉(zhuǎn)矩Ｔ與轉(zhuǎn)速ｎ的方向相同，即使啟動(dòng)繞組斷電，電動(dòng)機(jī)仍然能夠旋轉(zhuǎn)。根據(jù)這一原理，兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)一旦轉(zhuǎn)動(dòng)后，即使取消控制電壓，僅勵(lì)磁電壓?jiǎn)蜗喙╇?，它將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)失控現(xiàn)象，我們把這種因失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱(chēng)為“自轉(zhuǎn)”。圖6.30交流伺服電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行Ｔ?ｓ曲線

3.交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小調(diào)節(jié)，是靠?jī)上嗬@組合成橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。橢圓度大，正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相應(yīng)地會(huì)削弱，對(duì)應(yīng)的正向轉(zhuǎn)矩減小，反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的反向轉(zhuǎn)矩增大，合成轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速降低，反之轉(zhuǎn)速增大。轉(zhuǎn)向的改變則靠控制電源反相，使合成磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子跟著反轉(zhuǎn)。橢圓度的調(diào)節(jié)靠改變控制繞組所加電壓大小和相位來(lái)完成。因此，交流伺服電動(dòng)機(jī)可采用下列三種方法來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高低及旋轉(zhuǎn)方向。

圖6.31幅值控制接線圖及特性曲線２）相位控制相位控制如圖6.32所示。它是通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的相位（即調(diào)節(jié)控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角）來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制電壓的幅值保持不變。當(dāng)相位角為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，相位角加大，則電磁轉(zhuǎn)矩加大，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，這種控制方式一般很少用。圖6.32相位控制接線圖

圖6.33幅相控制接線圖

交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、反應(yīng)迅速。但由于其機(jī)械特性是非線性，且由于轉(zhuǎn)子電阻大使損耗大，效率低，一般只用于100W以下的小功率控制系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為SK系列。6.3.2直流伺服電動(dòng)機(jī)1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)直流伺服電動(dòng)機(jī)按其結(jié)構(gòu)原理不同可分為傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類(lèi)。傳統(tǒng)型的直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是它的轉(zhuǎn)子做得比較細(xì)長(zhǎng)一些，以滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求。傳統(tǒng)型的直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式的不同可分為電磁式和永磁式兩種，電磁式又分為他勵(lì)式、并勵(lì)式和串勵(lì)式，但一般多用他勵(lì)式。低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)有盤(pán)型電樞式、空心杯電樞式、無(wú)刷電樞式和無(wú)槽電樞式等幾種。１）盤(pán)型電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)盤(pán)型電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如下圖。定子上有永久磁鐵，氣隙位于圓盤(pán)兩邊，圓盤(pán)上有印刷繞組或繞線式繞組，繞組的徑向段為有效部分，電流沿徑向流過(guò)圓盤(pán)，電樞繞組有效部分的裸導(dǎo)體表面兼作換向器。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為SN。圖6.34盤(pán)型電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)２）空心杯電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6.35所示。外定子為磁鋼，內(nèi)定子為軟磁材料，或反之。非磁性空心杯電樞上可為印刷繞組，也可為繞線式繞組?？招谋苯友b在電機(jī)軸上，在內(nèi)、外定子間的氣隙中旋轉(zhuǎn)。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為SYK。３）無(wú)刷電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)刷電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6.36所示。電樞繞組在定子上且做成多相式，轉(zhuǎn)子用永久磁鐵做成；由晶體管開(kāi)關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向器。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為SW。圖6.35空心杯電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖6.36無(wú)刷電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)４）無(wú)槽電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6.37所示。電樞鐵芯上無(wú)槽，電樞繞組直接排列在鐵芯表面，再用環(huán)氧樹(shù)脂將它與電樞鐵芯固化為一個(gè)整體，定子磁極為電磁或永磁式。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為SWC。圖6.37無(wú)槽電樞式直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖6.38直流伺服電動(dòng)機(jī)電氣原理圖

圖6.39直流伺服電動(dòng)機(jī)控制特性

6.4直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)相比，直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)具有的優(yōu)點(diǎn)：直線電動(dòng)機(jī)由于不需要中間傳動(dòng)機(jī)械，因而使整個(gè)機(jī)械得到簡(jiǎn)化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪音；快速響應(yīng)：用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行；直線電動(dòng)機(jī)容易密封，不怕污染，適應(yīng)性強(qiáng)。由于電動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可做到無(wú)接觸運(yùn)行，因此容易密封，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)中使用。裝配靈活性大，往往可以將電動(dòng)機(jī)與其他機(jī)件合成一體。6.4.1直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直線異步電動(dòng)機(jī)有平板形、管形等結(jié)構(gòu)形式。平板形直線異步電動(dòng)機(jī)可以看做將普通鼠籠轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開(kāi)后展平而成，如圖6.40所示。對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定子的一邊嵌有三相繞組，稱(chēng)為初級(jí)；對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一邊稱(chēng)為次級(jí)或滑子。實(shí)際平板形直線異步電動(dòng)機(jī)初級(jí)長(zhǎng)度和滑子長(zhǎng)度并不相等，通常是滑子較長(zhǎng)。為了抵消初級(jí)磁場(chǎng)對(duì)滑子的單邊磁吸力，平板形直線異步電動(dòng)機(jī)通常采用雙邊結(jié)構(gòu)，即有兩個(gè)初級(jí)將滑子夾在中間的結(jié)構(gòu)形式，如圖6.41所示。圖6.40旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變?yōu)橹本€電動(dòng)機(jī)圖6.41雙邊結(jié)構(gòu)的平板形直線異步電動(dòng)機(jī)如果把平板形直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)和次級(jí)沿圖6.42所示的箭頭方向圈曲，就形成了管形直線電動(dòng)機(jī)。初級(jí)鐵芯由硅鋼片疊成，其表面的槽中嵌有三相繞組（有些是單相或兩相繞組），滑子由整塊鋼板或銅板制成片狀，其中也有嵌入導(dǎo)條的。圖6.42管形直線異步電動(dòng)機(jī)

圖6.43直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

由式（6.3）可見(jiàn)，表明直線異步電動(dòng)機(jī)的速度與電動(dòng)機(jī)極距及電源頻率成正比，因此，改變極距或電源頻率的數(shù)值時(shí)，可以改變直線異步電動(dòng)機(jī)移行磁場(chǎng)的移動(dòng)速度，從而使次級(jí)（滑子）的移動(dòng)速度改變。次級(jí)（滑子）的移動(dòng)速度ｖ可以表示為式中，為直線異步電動(dòng)機(jī)的滑差。

圖6.44旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖6.45同步電動(dòng)機(jī)工作原理圖

根據(jù)式（6.5），并假設(shè)此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角φ為領(lǐng)先時(shí)的相量圖，如圖6.47所示。圖6.46同步電動(dòng)機(jī)的等效電路及各電量的正方向圖6.47同步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)相量圖

圖6.49同步電動(dòng)機(jī)V型曲線

圖6.50同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

圖6.51同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)控制線路2.同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般由三相同步電動(dòng)機(jī)、變頻器及磁極位置檢測(cè)器和控制裝置等構(gòu)成。改變自控式同步電動(dòng)機(jī)電樞電壓即可調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，并具有類(lèi)似直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性，但不像直流電動(dòng)機(jī)那樣需要換相器，所以也稱(chēng)無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)。3.同步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與制動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法相同，只需將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向就會(huì)改變，同步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)均采用能耗制動(dòng)。6.5.4微型同步電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，往往需要恒轉(zhuǎn)速傳動(dòng)裝置，要求電動(dòng)機(jī)具有恒定不變的轉(zhuǎn)速，即要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載或電源電壓的變化而改變。微型同步電動(dòng)機(jī)就是具有這種特性的電動(dòng)機(jī)。微型同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)都是相同的，或者是三相繞組通入三相交流電流，或者是兩相繞組通入兩相電流（包括單相電源經(jīng)電容分相），主要作用都是為了產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型式不同，微型同步電動(dòng)機(jī)主要分為永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)、反應(yīng)式微型同步電動(dòng)機(jī)和磁滯式微型同步電動(dòng)機(jī)。微型同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁繞組，也不需電刷和滑環(huán)，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)百瓦，廣泛應(yīng)用于需要恒速運(yùn)行的自動(dòng)控制裝置、遙控、無(wú)線通訊、有聲電影、磁帶錄音及同步隨動(dòng)系統(tǒng)中。

圖6.52永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子形式

圖6.53永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)工作原理圖永磁式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較困難。主要原因是剛啟動(dòng)時(shí)，雖然合上了電源，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生了同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但轉(zhuǎn)子還是靜止的，轉(zhuǎn)子由于慣性的作用而跟不上定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。因此定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子受到的平均轉(zhuǎn)矩為零，所以永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)不能自行啟動(dòng)。為了使永磁式同步電動(dòng)機(jī)能夠自己?jiǎn)?dòng)，除了轉(zhuǎn)子本身慣性很小、極數(shù)較多的低速永磁式同步電動(dòng)機(jī)外，一般的永磁電動(dòng)機(jī)都需附加啟動(dòng)裝置。一種是轉(zhuǎn)子上附加籠型繞組，如圖6.52所示，另一種是轉(zhuǎn)子上附加磁性材料環(huán)幫助啟動(dòng)，這種同步電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為磁滯啟動(dòng)永磁式同步電動(dòng)機(jī)，如上圖所示。圖6.54具有磁性材料環(huán)轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和效率較高，有效材料利用率高，與同體積的其他類(lèi)同步電動(dòng)機(jī)相比，出力大、體積小、耗電少。隨著高性能低價(jià)格永磁材料的出現(xiàn)，永磁式同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍更加擴(kuò)大。目前功率從幾瓦到幾百瓦，甚至幾千瓦的永磁同步電動(dòng)機(jī)在各種自動(dòng)