1、7.1 單相異步電動(dòng)機(jī),7.2 直線電動(dòng)機(jī),7.3 微型同步電動(dòng)機(jī),7.4 伺服電動(dòng)機(jī),7.5 測(cè)速電動(dòng)機(jī),7.6 自整角機(jī),7.7 旋轉(zhuǎn)變壓器,本章主要介紹單相異步電機(jī)、微型同步電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速電動(dòng)機(jī)、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，除此之外，還將介紹兩種新型電機(jī)：直線電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。,7.9 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī),7.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),7.1 單相異步電動(dòng)機(jī),內(nèi)容要點(diǎn)：,一、概述,1、 應(yīng)用情況 廣泛應(yīng)用于家用電器（電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)等）、空調(diào)設(shè)備、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械及輕工設(shè)備中。, 了解單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況； 掌握單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理，弄清單相感應(yīng)

2、電動(dòng)機(jī)為什么沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？ 重點(diǎn)掌握單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的的起動(dòng)方法與類(lèi)型。,2、 優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，噪音小。 缺點(diǎn)：與同容量三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比較，體積較大，功率因數(shù)及過(guò)載能力都較低。 故單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只能作成小容量： 微型：幾瓦750瓦； 小型：550瓦3700瓦。,2、 結(jié)構(gòu),繼續(xù),繼續(xù),與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。 單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)是脈動(dòng)磁場(chǎng)，單相運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 為使電動(dòng)機(jī)能自行起動(dòng)和改善運(yùn)行性能，除工作繞組（

3、又稱(chēng)主繞組）外，在定子上還安裝一個(gè)輔助的起動(dòng)繞組（又稱(chēng)副繞組）。兩個(gè)繞組在空間相距900或一定的電角度。,二、基本工作原理,1 、單相繞組通入單相交流電時(shí)的情況,單相交流繞組通入單相交流電流將產(chǎn)生脈動(dòng)磁勢(shì)，一個(gè)脈動(dòng)磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。分別用F+、F-表示，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)+、-，這兩個(gè)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的合成轉(zhuǎn)矩Tem。,返回,設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n，則對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)差率s+為,對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)差率s-為,單相異步電動(dòng)機(jī)的T=f(s)曲線,分析： 1）轉(zhuǎn)子靜止

4、時(shí)，n=0,S=1，合成轉(zhuǎn)矩為0。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故單相異步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)。 三相異步電動(dòng)機(jī)電源斷一相，相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，故不能起動(dòng)。,2）當(dāng)s1時(shí)，T0，且T無(wú)固定方向，取決于s的正負(fù)。一旦旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向依外力方向而定，即在外力矩作用下，電機(jī)可朝外力方向旋轉(zhuǎn)。 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中斷一相，電機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。,3）由于存在負(fù)序轉(zhuǎn)矩，使合成轉(zhuǎn)矩減小，過(guò)載能力低，TF不變，n下降S上升I2上升I1上升溫升增加。,7.1.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類(lèi)型,一、分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī),分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)包括電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電容電動(dòng)機(jī)和電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī),根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方式的不同，主要分為分相電動(dòng)機(jī)和罩

5、極電動(dòng)機(jī),1、電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī),特點(diǎn)： ）起動(dòng)繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)； ）電容起分相和提高功率因數(shù)的作用。 由于起動(dòng)繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)n達(dá)7580%n1時(shí)，離心開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)。,2、電容電動(dòng)機(jī) 電容電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)是一臺(tái)兩相異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)繞組和電容應(yīng)按長(zhǎng)期工作設(shè)計(jì)。,特點(diǎn)：,）起動(dòng)繞組和電容器按長(zhǎng)期工作設(shè)計(jì)； ）過(guò)載能力、功率因數(shù)和效率均較高； ）容量能做到五十瓦至幾千瓦； ）應(yīng)用比較廣泛，如應(yīng)用于壓氣機(jī)、空調(diào)等。,3 電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī),在起動(dòng)繞組中串聯(lián)電阻來(lái)分相，即工作繞組電阻小，電抗大；起動(dòng)繞組電阻大，電抗小。,二、罩極電動(dòng)機(jī),1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作

6、繞組為集中繞組，套在定子磁極上，每個(gè)極靴表面1/31/4處開(kāi)有一個(gè)小槽，放入罩極繞組（短路環(huán)），如下圖：,2、工作原理,在時(shí)間上滯后 一個(gè)角度，而兩個(gè)繞組在空間也相隔一個(gè)角度，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)向由未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分。電機(jī)轉(zhuǎn)向也由未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分。,3、改變轉(zhuǎn)向的方法： 1） 定子上繞制兩套起動(dòng)繞組； 2） 將定、轉(zhuǎn)子反向安裝。 4、優(yōu)缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要電容器。 5、應(yīng)用: 用于小容量電動(dòng)機(jī)中。如應(yīng)用于小型風(fēng)扇、電動(dòng)模型和電唱機(jī)中。,小結(jié)：,1、單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況，單相異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療器械、輕工設(shè)備中；,2、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理

7、，為什么沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？,3、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的的起動(dòng)方法與類(lèi)型 1）分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；2） 罩極電動(dòng)機(jī)。,7.4 伺服電動(dòng)機(jī),7.4.1 直流電動(dòng)機(jī) 一、直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) 分類(lèi)： 普通型直流伺服電機(jī)； 盤(pán)型電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)； 空心杯直流伺服電動(dòng)機(jī)； 無(wú)槽直流伺服電動(dòng)機(jī)。,二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,1、機(jī)械特性 定義：指在控制電壓保持不變的情況下，直流伺服電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。,式中：,當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩僅與電樞電壓有關(guān)，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,當(dāng)轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速僅與電樞電壓有關(guān)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速,直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如下：,2、調(diào)節(jié)特性 定義：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒

8、定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓的關(guān)系。 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如上圖所示。,7.4.2 交流伺服電動(dòng)機(jī),一、交流伺服電機(jī)的工作原理,交流伺服電動(dòng)機(jī)一般為兩相交流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90電角度，一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。如下圖所示：,“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法： “自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象：當(dāng)勵(lì)磁電壓不為零，控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，若轉(zhuǎn)子電阻較小，則電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。 避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法：增大轉(zhuǎn)子電阻值。,二、交流伺服電機(jī)的控制方式,交流伺服電機(jī)的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值相位控制 1、幅值控制

9、控制電壓和勵(lì)磁電壓保持相位差90，只改變控制電壓幅值，這種控制方法稱(chēng)為幅值控制。,2、相位控制 控制電壓和勵(lì)磁電壓幅值均為額定值，通過(guò)改變控制電壓和勵(lì)磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制，這種控制方法稱(chēng)為相位控制。,3、幅值相位控制 通過(guò)改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相位差控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制方法稱(chēng)為幅值相位控制。,7.5 測(cè)速發(fā)電機(jī),分類(lèi)：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī),分永磁式和電磁式兩種。,7.5 直流測(cè)速發(fā)電機(jī),一、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性 輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱(chēng)為輸出特性，如圖所示。,減少誤差的方法：,二、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差及減少誤差的方法,7.5.2 交流

10、異步測(cè)速發(fā)電機(jī),分為同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和異步測(cè)速發(fā)電機(jī),一、空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速 發(fā)電機(jī)的工作原理,即：輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速。,二、異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差,主要包括幅值及相位誤差和剩余電壓誤差,1、幅值及相位誤差 產(chǎn)生原因：勵(lì)磁繞組存在漏電感。 減小該誤差的方法：增大轉(zhuǎn)子電阻。,2、剩余電壓誤差 產(chǎn)生原因：由于加工、裝配過(guò)程中存在機(jī)械上 的不對(duì)稱(chēng)及定子磁性材料性能的不一致性，使得測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，實(shí)際輸出電壓并不為零，此時(shí)的電壓稱(chēng)為剩余電壓，剩余電壓引起的誤差稱(chēng)為剩余電壓誤差。 減小剩余電壓誤差的方法：選擇高質(zhì)量的各方向特性一致的磁性材料，在機(jī)加工和裝配過(guò)程中提高機(jī)械精度以及

11、裝配補(bǔ)償繞組。,7.6 自整角機(jī),分類(lèi)：控制式自整角機(jī)和力矩式自整角機(jī),一、力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,自整角機(jī)是一種能對(duì)角位移或角速度的偏差自動(dòng)整步的感應(yīng)式控制電機(jī)。一般成對(duì)或多臺(tái)組合使用。,7.6.1 自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,通常采用兩極結(jié)構(gòu)，絕大部分采用凸極式結(jié)構(gòu)，頻率高、尺寸大的力矩式自整角機(jī)采用隱極式結(jié)構(gòu),力矩式自整角機(jī)的三種結(jié)構(gòu)：,圖7.6.2 為自整角機(jī)的工作原理圖,發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為1，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為2，失調(diào)角為 = 1- 2,力矩式自整角機(jī)整步繞組中的電動(dòng)勢(shì)與電流,每相整步繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 發(fā)送機(jī)： 接收機(jī)：,各相繞組中的總電動(dòng)勢(shì)：,各相繞組中的電流：,2力矩式

12、自整角機(jī)整步繞組的磁動(dòng)勢(shì)：,發(fā)送機(jī)的交軸磁動(dòng)勢(shì)分量：,發(fā)送機(jī)的直軸磁動(dòng)勢(shì)分量：,合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值：,同理可求得接收機(jī)的整步磁動(dòng)勢(shì)為：,3力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)矩：,式中：k1為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，為直軸磁通與交軸磁動(dòng)勢(shì)間的夾角。,二、控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,控制式自整角機(jī)與力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同。,圖7.6.3為控制式自整角機(jī)的工作原理圖,7.6.2 自整角機(jī)的誤差分析與選用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,力矩式自整角機(jī)的誤差： 主要有零位誤差和靜態(tài)誤差。,控制式自整角機(jī)的誤差： 主要有電氣誤差和零位電壓誤差。,7.7 旋轉(zhuǎn)變壓器,旋轉(zhuǎn)變壓器是自動(dòng)裝置中的一類(lèi)精密控制微電機(jī)。 分類(lèi)： 按有無(wú)電刷和滑環(huán)之間的滑

13、動(dòng)接觸來(lái)分：接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器和非接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。 按電機(jī)的極對(duì)數(shù)多少來(lái)分：?jiǎn)螛O對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器和多極對(duì)式旋轉(zhuǎn)變壓器。 按使用要求來(lái)分：用于解算裝置的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于隨動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。,一、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,7.7.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理,1.正弦繞組,2.正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,定子上放置兩套互差90空間角度的匝數(shù)、型式完全相同的正弦繞組，一個(gè)作為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)作為交軸繞組。勵(lì)磁繞組上施加交流勵(lì)磁電壓，定義勵(lì)磁繞組的軸線方向?yàn)閐軸，在氣隙中產(chǎn)生d軸磁通d，勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：,（1）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行,轉(zhuǎn)子上也有兩套完全相同的的正弦繞組，兩套繞組的空間位

14、置也互差90，d軸磁通與轉(zhuǎn)子交鏈，產(chǎn)生變壓器電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁繞組的相對(duì)位置有關(guān)。,將d分解為兩個(gè)分量： 與正弦繞組軸線方向一致的磁通r1和與正弦繞組軸線相垂直的磁通r2。,正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的開(kāi)路輸出電壓分別為：,（2）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運(yùn)行,一次補(bǔ)償與二次補(bǔ)償?shù)母拍?二、線性旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 成正比關(guān)系,正弦繞組的開(kāi)路輸出電壓：,進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)：,設(shè)ku=0.5,將級(jí)數(shù)展開(kāi)式代入（1）式中，得：,忽略轉(zhuǎn)角的高次項(xiàng)時(shí)，上式可寫(xiě)為：,二次補(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器：,7.7.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差及其改進(jìn)方法,1、產(chǎn)生誤差的原因,2、改

15、進(jìn)方法,7.7.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的數(shù)字控制。,7.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),7.8.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,根據(jù)作用原理和結(jié)構(gòu)不同，分為兩大類(lèi)型： （1）電磁型步進(jìn)電機(jī)，僅靠電磁作用不能使電機(jī)的轉(zhuǎn)子作步進(jìn)運(yùn)行，必須加上相應(yīng)的機(jī)械部件，才能產(chǎn)生步進(jìn)的效果； （2）定子和轉(zhuǎn)子之間僅靠電磁作用就可以產(chǎn)生步進(jìn)作用的電機(jī)。,在第2類(lèi)步進(jìn)電機(jī)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，分為永磁式轉(zhuǎn)子電機(jī)和反應(yīng)式轉(zhuǎn)子電機(jī)。,二、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理,圖7.8.1為一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。在定子上有三對(duì)磁極，磁極上裝有勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子由軟磁材料

16、制成，在轉(zhuǎn)子上均勻分布四個(gè)凸極，極上步裝繞組，轉(zhuǎn)子的凸極也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的齒。,步距角：步進(jìn)電機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn) 過(guò)的角度稱(chēng)為步距角。,步距角的計(jì)算公式：,式中：m為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；C為通電狀態(tài)系數(shù)，單拍或雙拍工作時(shí)C=1，單雙拍混合方式工作時(shí)C=2；Zr為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。,步進(jìn)電機(jī)的控制方式分三種： （1）三相單三拍工作方式，A-B-C-A; (2) 三相單、雙六拍工作方式， A-AB-B-BC-CA-A; (3)三相雙三拍工作方式， AB-BC-CA-AB;,一、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的靜特性,(1)矩角特性,7.8.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性,步進(jìn)電機(jī)的矩角特性是指在不改變通電狀

17、態(tài)的條件下，步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系。用T=f()表示。,步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：,式中：f為步進(jìn)電機(jī)每秒的拍數(shù)，稱(chēng)為步進(jìn)電機(jī)通電脈沖頻率。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)：,2.最大靜轉(zhuǎn)矩,二、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)特性,步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)特性是指步進(jìn)電機(jī)從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)所表現(xiàn)出的性質(zhì)。 動(dòng)態(tài)特性包括動(dòng)穩(wěn)定區(qū)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)頻率及頻率特性等。,1.動(dòng)穩(wěn)定區(qū),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定區(qū)是指步進(jìn)電機(jī)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)切換到另一穩(wěn)定狀態(tài)而不失步的區(qū)域。 空載穩(wěn)定區(qū)：,穩(wěn)定裕量角：穩(wěn)定區(qū)的邊界點(diǎn)a到初始穩(wěn)定平衡點(diǎn)A的角度， 用r表示。,2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,穩(wěn)定裕量角越大，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行越穩(wěn)定，當(dāng)穩(wěn)定裕量角趨于零時(shí)