特殊電機(jī)概要PPT課件

1、8.1 單向異步電動(dòng)機(jī)8. 1. 1單相異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng) 1.單相繞組的脈動(dòng)磁場(chǎng) 在單相定子繞組中通人單相交流電流如圖8一1(a)所示.假設(shè)在交流電的正半周.電流從單相定子繞組的左半側(cè)流人.右半側(cè)流出.則由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖8一1(b)所示.該磁場(chǎng)的大小隨電流的變化而變化.方向則保持示變。當(dāng)電流過零時(shí).磁場(chǎng)也為零。當(dāng)電流變?yōu)樨?fù)半周時(shí).產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也隨之發(fā)生變化.如圖8一1(c)所示。下一頁返回第1頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī) 由此可見.向單相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通人單相交流電后.產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小及方向在不斷變化.但磁場(chǎng)的軸線卻固定不動(dòng).這種磁場(chǎng)空間位置固定.只是幅值和方向隨時(shí)間變化.即只脈動(dòng)

2、而不旋轉(zhuǎn).稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)。脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).而這兩個(gè)磁場(chǎng)在任一時(shí)刻所產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩為零.所以單相異步電動(dòng)機(jī)如果原來靜止不動(dòng).在脈動(dòng)磁場(chǎng)的作用下.由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng).不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)力的作用.轉(zhuǎn)子仍然是靜止不動(dòng).即單相異步電動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩.不能自行啟動(dòng)。這是單相異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)。若用外力去撥動(dòng)一下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子.則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就切割定子脈動(dòng)磁場(chǎng).產(chǎn)生電流.從而受到電磁力的作用.轉(zhuǎn)子將順著撥動(dòng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。因此.必須解決單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題。上一頁 下一頁返回第2頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī) 2.兩相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 可以證明.具有90

3、相位差的兩個(gè)電流通過空間位置相差90的兩相繞組時(shí).產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖8一2和圖8一3說明了產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的過程.上一頁 下一頁返回第3頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī)8. 1. 2單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 由前面分析可知.若單相異步電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)工作繞組.向單相異步電動(dòng)機(jī)工作繞組通人單相交流電后.會(huì)產(chǎn)生幅值和方向隨時(shí)間變化的脈動(dòng)磁場(chǎng)。該脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這兩個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中分別產(chǎn)生兩個(gè)正向和反向的電磁轉(zhuǎn)矩.它們?cè)噲D使轉(zhuǎn)子分別正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn).這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩疊加起來就是使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成轉(zhuǎn)矩T。不論是正向轉(zhuǎn)矩還是反向轉(zhuǎn)矩.它們的大小與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系和三相異步電動(dòng)機(jī)的

4、情況是一樣的。圖8一4是單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線。上一頁 下一頁返回第4頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī)8.1.3單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 為了使單相異步電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩.通常的解決辦法是在其定子鐵芯內(nèi)放置兩個(gè)有空間角度差的繞組(工作繞組和啟動(dòng)繞組).并且使這兩個(gè)繞組中流過的電流不同相位(即分相).這樣就可以在電動(dòng)機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).單相異步電動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)運(yùn)行了。工程實(shí)踐中.單相異步電動(dòng)機(jī)常采用分相式和罩極式兩種啟動(dòng)方法。 1.分相啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) 分相啟動(dòng)包括電容啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、電容啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、電阻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。上一頁 下一頁返回第5頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī)

5、 2.罩極電動(dòng)機(jī) 罩極電動(dòng)機(jī)定子一般都采用凸極式的.工作繞組集中繞制.套在定子磁極上。在極靴表面的1/41/3處開有一個(gè)小槽.并用短路環(huán)把這部分磁極罩起來,故稱罩極電動(dòng)機(jī).短路環(huán)起到啟動(dòng)繞組的作用.稱為啟動(dòng)繞組。罩極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子仍做成籠型。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.工作可靠.但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小.功率因數(shù)低。但此類電動(dòng)機(jī)價(jià)格低.主要應(yīng)用于小型風(fēng)扇、儀器儀表電動(dòng)機(jī)、電唱機(jī)等.上一頁 下一頁返回第6頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī)8.1.4單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 1.串電抗器調(diào)速 這種調(diào)速方法將電抗器與電動(dòng)機(jī)定子繞組串聯(lián).通電時(shí).利用在電抗器上產(chǎn)生的電壓降使加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓低于電源電壓.從而達(dá)到降壓調(diào)速的目

6、的。因此用串電抗器調(diào)速法時(shí).電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速向低速調(diào)速.上一頁 下一頁返回第7頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī) 2.繞組抽頭調(diào)速 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí).普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。這種調(diào)速方法是在定子鐵芯上再放一個(gè)調(diào)速繞組(又稱中間繞組).它與工作繞組及啟動(dòng)繞組連接后引出幾個(gè)抽頭.通過改變調(diào)速繞組與工作繞組、動(dòng)繞組的連接方式.調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)大小及橢圓度來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的.這樣就省去了調(diào)速電抗鐵芯.降低了產(chǎn)品成本.節(jié)約了電抗器的能耗。其缺點(diǎn)是使電動(dòng)機(jī)嵌線比較困難.引出線頭多.接線復(fù)雜。上一頁 下一頁返回第8頁/共64頁8.1 單向異步電動(dòng)機(jī) 3.串電容調(diào)速 將不同容量的電容器串人

7、單相異步電動(dòng)機(jī)電路中.也可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電容器容抗與電容量成反比.故電容量越小.容抗就越大.相應(yīng)的電壓降也就越大.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就低;反之電容量越大.容抗就越小.相應(yīng)的電壓降也就越小.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就高。 4.自耦變壓器調(diào)速 可以通過調(diào)節(jié)自耦變壓器來調(diào)節(jié)加在單相異步電動(dòng)機(jī)上的電壓.從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速. 5.晶閘管調(diào)壓調(diào)速 前面介紹的各種調(diào)速電路都是有極調(diào)速.目前采用晶閘管調(diào)壓的無級(jí)調(diào)速已越來越多.上一頁 返回第9頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī)8. 2. 1三相同步電動(dòng)機(jī)工作原理 同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)旋轉(zhuǎn)部件的不同.可分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式兩種。由于旋轉(zhuǎn)磁極式具有轉(zhuǎn)子質(zhì)量小、制造工藝較簡(jiǎn)單、通過

8、電刷和集電環(huán)的電流較小等優(yōu)點(diǎn).大中容量的同步電動(dòng)機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀的不同.旋轉(zhuǎn)磁極式又可分為凸極式和隱極式兩種. 凸極式多用于要求低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合.其轉(zhuǎn)子粗而短.氣隙不均勻隱極式多用于要求高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合.其轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng).氣隙均勻。 下一頁返回第10頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)與其他旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)一樣.由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動(dòng)機(jī)的定子主要由機(jī)座、鐵芯和定子繞組構(gòu)成。定子鐵芯的內(nèi)表面嵌有在空間上對(duì)稱的三相繞組。轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、集電環(huán)、鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯采用高強(qiáng)度合金鋼鍛制而成。轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有勵(lì)磁繞組.其兩個(gè)出線端與兩個(gè)集電環(huán)分別相接。為便于啟動(dòng)

9、.凸極式轉(zhuǎn)子磁極的表面還裝有用黃銅制成的導(dǎo)條.在磁極的兩個(gè)端面分別用一個(gè)銅環(huán)將導(dǎo)條連接起來構(gòu)成一個(gè)籠形啟動(dòng)繞組。上一頁 下一頁返回第11頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī) 在同步電動(dòng)機(jī)定子三相對(duì)稱繞組中通人三相交變電流時(shí).將在氣隙中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組中通人直流電流時(shí).將產(chǎn)生極性恒定的靜止磁場(chǎng).就好像一個(gè)“磁鐵”。若轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與定子磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)相等.轉(zhuǎn)子“磁鐵”因受定子磁場(chǎng)磁拉力作用而隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn).也就是轉(zhuǎn)子以等同于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度、方向旋轉(zhuǎn). 這就是同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。上一頁 下一頁返回第12頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī)8.2.2三相同步電

10、動(dòng)機(jī)特性 1.同步電動(dòng)機(jī)的功率 同步電動(dòng)機(jī)功率平衡關(guān)系如圖8一5所示。 2.同步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 同步電動(dòng)機(jī)(凸極式)定子每相繞組的電壓方程式為： 3.同步電動(dòng)機(jī)功角特性 電動(dòng)機(jī)的電磁功率的大小與功率角有直接的關(guān)系。 電磁功率和功率角的關(guān)系就稱為功角特性.如圖8一6所示。 4.同步電動(dòng)機(jī)V形曲線 同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線是指當(dāng)電源電壓和電源的頻率均為額定值時(shí).在輸出功率不變的條件下.調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí).定子電流也會(huì)相應(yīng)變化。如圖8一7所示。上一頁 下一頁返回qqddIXjIjXEU0第13頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī)8.2.3三相同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 1.輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法 所謂輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法

11、.是借助一臺(tái)與待啟動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)同磁極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)來輔助啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)。先用輔助電動(dòng)機(jī)將同步電動(dòng)機(jī)拖到接近同步轉(zhuǎn)速.則定子磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度趨于零.然后接通轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電路.給子恰當(dāng)?shù)膭?lì)磁.產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的同步轉(zhuǎn)矩.把轉(zhuǎn)子拖人同步。此后.電磁轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⒉辉俑淖?電動(dòng)機(jī)進(jìn)人穩(wěn)定的同步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 此法的缺點(diǎn)是不能帶負(fù)荷啟動(dòng).否則會(huì)增加輔助電動(dòng)機(jī)的容量而加大機(jī)組設(shè)備的投資。上一頁 下一頁返回第14頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī) 2.異步啟動(dòng)法 異步啟動(dòng)法是凸極式同步電動(dòng)機(jī)特有的啟動(dòng)法.其方法是在轉(zhuǎn)子極靴上安裝與籠型異步電動(dòng)機(jī)相似的籠型繞組(稱為阻尼繞組或啟動(dòng)繞組)來啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī). 異

12、步啟動(dòng)法分兩個(gè)階段:(1)異步啟動(dòng)、(2)牽入同步。上一頁 下一頁返回第15頁/共64頁8.2 三相同步電動(dòng)機(jī) 3.變頻啟動(dòng)法 變頻啟動(dòng)法是改變交流電源的頻率.從而改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速.利用同步轉(zhuǎn)矩來啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)。開始啟動(dòng)時(shí).先在轉(zhuǎn)子繞組中通人直流勵(lì)磁電流.再把定子三相電源頻率調(diào)得很低.然后逐漸增加電源頻率.直至額定頻率為止。在此過程中.定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速逐步上升.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也就隨之逐步上升。此過程中轉(zhuǎn)子磁極在開始啟動(dòng)時(shí)就與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)建立起穩(wěn)定的磁拉力而同步增速一直增到額定轉(zhuǎn)速。 變頻啟動(dòng)法可以實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng).變頻啟動(dòng)法的應(yīng)用越來越廣泛上一頁 返回第16頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī)8.3.1直

13、流伺服電動(dòng)機(jī) 1.基本結(jié)構(gòu) 1)傳統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng) 傳統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)就是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī).二者結(jié)構(gòu)基本相同.也由定子和電樞組成。根據(jù)勵(lì)磁方式不同.又可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極裝有勵(lì)磁繞組.勵(lì)磁繞組接勵(lì)磁電壓產(chǎn)生磁通。 上一頁 下一頁返回第17頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 2)圓盤電樞直流伺服電動(dòng)機(jī) 圓盤電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的定子由水久磁鐵和前后鐵扼組成，其氣隙磁力線與普通電動(dòng)機(jī)的徑向不同.是軸向的。氣隙位于裝有電樞繞組的圓盤兩邊.電樞繞組有繞線繞組和印制繞組兩種。繞線繞組沿圓周徑向以一定規(guī)律排列.再用環(huán)氧樹脂澆注固定成圓盤形。繞組的徑向段為有效部分.彎曲段位端

14、接部分.所以電樞繞組中的電流沿徑向流過圓盤表面.與軸向的磁通相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.使伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。上一頁 下一頁返回第18頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 3)空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī) 空心杯形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子有兩個(gè):一個(gè)是內(nèi)定子，由軟磁材料制成，起導(dǎo)磁作用;一個(gè)是外定子.由水磁材料制成.產(chǎn)生主磁通。轉(zhuǎn)子由單個(gè)成型線圈沿軸向排列成空心杯形.用環(huán)氧樹脂澆注制成空心杯形圓筒.轉(zhuǎn)子輕.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小.響應(yīng)快速.轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子之間旋轉(zhuǎn).氣隙較大。 4)無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī) 無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵芯表面不開槽.繞線排列在光滑的鐵芯表面.用環(huán)氧樹脂將繞組和鐵芯澆注成一體.其他結(jié)構(gòu)和有槽電樞

15、結(jié)構(gòu)相同。上一頁 下一頁返回第19頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 2.基本工作原理 當(dāng)勵(lì)磁繞組和電樞繞組中都通有電流并產(chǎn)生磁通時(shí).它們相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.驅(qū)動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng).使直流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載工作。若兩個(gè)繞組中任何一個(gè)電流為零.直流伺服電動(dòng)機(jī)馬上停轉(zhuǎn)。作為執(zhí)行兀件.直流伺服電動(dòng)機(jī)把輸人的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸出。該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速隨控制電壓的改變而改變。 直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制有電樞控制和磁極控制兩種方式。上一頁 下一頁返回第20頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 3.直流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下.磁通不變時(shí).電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電樞電壓的升高而升高.隨電樞電壓的下降而下降。

16、電樞電壓為零時(shí).電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。 要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向.只需改變電樞電壓極性。上一頁 下一頁返回第21頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 4.直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 圖8一8是精密機(jī)床工作臺(tái)精確定位系統(tǒng)原理圖。直流伺服電動(dòng)機(jī)在機(jī)床工作臺(tái)精確定位系統(tǒng)中作為執(zhí)行兀件.由偏差電壓U控制.用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。運(yùn)算控制電路將位置指令轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)作為系統(tǒng)的輸人信號(hào)電壓U1。輸人信號(hào)電壓U1和位置檢測(cè)裝置的輸出電壓Uf相比較后.偏差電壓U通過直流放大器去控制伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn).從而控制機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)。工作臺(tái)經(jīng)多次自動(dòng)的前、后移動(dòng).最終精確地停留在指定位置上。上一頁 下一頁返回第22頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī)8.

17、 3. 2交流伺服電動(dòng)機(jī) 1.基本結(jié)構(gòu) 交流伺服電動(dòng)機(jī)一般是兩相交流電動(dòng)機(jī).其構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似.其定子上裝有兩個(gè)空間位置互差90電角度的兩相繞組。工作時(shí)勵(lì)磁繞組與交流勵(lì)磁電源相連.控制繞組加控制信號(hào)電壓。轉(zhuǎn)子的形式有兩種:一種是籠式轉(zhuǎn)子.由高電阻率的材料制成.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.為減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一般做得細(xì)長(zhǎng);另一種是空心杯轉(zhuǎn)子.由非磁性材料制成.其杯壁很薄.因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小.響應(yīng)迅速.得到了廣泛的應(yīng)用。上一頁 下一頁返回第23頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 2.工作原理 交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。當(dāng)無控制電壓時(shí).只有勵(lì)磁產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng).轉(zhuǎn)子無啟動(dòng)

18、轉(zhuǎn)矩.因而靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí).則在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。 3.交流伺服電動(dòng)機(jī)特性 圖8一9中曲線2是交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線.曲線1是普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線.兩者相比有著明顯的區(qū)別。上一頁 下一頁返回第24頁/共64頁8.3 伺服電動(dòng)機(jī) 4.交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 圖8一10是自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)原理框圖。交流伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件.由偏差電壓U控制.用于驅(qū)動(dòng)顯不盤指針和電位計(jì)的滑動(dòng)觸頭。熱電偶將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的輸人信號(hào)電壓U1比較電路的輸出電壓U= U1-Uf經(jīng)調(diào)制器調(diào)制為交流電壓.再由交流放大器進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)交流伺服電動(dòng)

19、機(jī)的控制繞組.使交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng).從而帶動(dòng)顯不盤指針轉(zhuǎn)動(dòng)、電位計(jì)滑動(dòng)觸點(diǎn)移動(dòng).電位計(jì)的輸出電壓Uf發(fā)生相應(yīng)變化.使偏差電壓U逐步減小.至DU=U1-Uf=0時(shí).交流伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn).顯示盤指針停留在相應(yīng)于輸人信號(hào)電壓U1的刻度上。上一頁 返回第25頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)8.4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類 1.分類 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)作用原理和結(jié)構(gòu).基本上可以分為以下三類: 第一類為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子類似于凸極同步電動(dòng)機(jī).由軟磁材料制成齒狀.轉(zhuǎn)子的齒也稱顯極.這種電動(dòng)機(jī)中沒有勵(lì)磁繞組。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般為三相.可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出.但噪聲及振動(dòng)都很大，將逐步被淘汰，但在現(xiàn)階

20、段.這種電動(dòng)機(jī)依然得到很廣泛的應(yīng)用。 下一頁返回第26頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 第二類為水磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。水磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用水久磁鋼制成.也有通過集電環(huán)由直流電源供電的勵(lì)磁繞組制成的轉(zhuǎn)子。水磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般為兩相.主要依靠水磁體和定子繞組之間所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩工作.電磁轉(zhuǎn)矩和體積都較小。 第三類為復(fù)合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。復(fù)合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則是反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)和永磁式電動(dòng)機(jī)的結(jié)合.它綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn).應(yīng)用非常廣泛。上一頁 下一頁返回第27頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2.結(jié)構(gòu) 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子鐵芯由硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu).定子上嵌有三相、四相、五相星形聯(lián)結(jié)的

21、勵(lì)磁繞組.分別構(gòu)成三相、四相、五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。繞組由專門的電源輸人電脈沖信號(hào).繞組的通電順序稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的“相序”當(dāng)定子中的繞組在脈沖信號(hào)的作用下.有規(guī)律地通電、斷電工作時(shí).在轉(zhuǎn)子周圍就有一個(gè)按相序規(guī)律變化的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子鐵芯由軟磁材料構(gòu)成凸極結(jié)構(gòu).凸極結(jié)構(gòu)就是轉(zhuǎn)子均勻分布的齒.上面沒有繞組。轉(zhuǎn)子在定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)中形成磁體.具有磁性轉(zhuǎn)軸。 上一頁 下一頁返回第28頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)8.4.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 1.三相單三拍控制通電方式的基本原理 如圖8一11所示，一般說來.若相數(shù)為m.則定子極數(shù)為2m.所以定子有6個(gè)齒極。定子相對(duì)的兩個(gè)齒極組成一組.每個(gè)齒極上都裝有集中控制繞

22、組。同一相的控制繞組可以串聯(lián)也可以并聯(lián).只要它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性相反。上一頁 下一頁返回第29頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2.三相雙三拍控制 三相雙三拍運(yùn)行方式如圖8一12所示.每個(gè)通電狀態(tài)都有兩相控制繞組同時(shí)通電。 3.三相六拍控制 在如圖8一12所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中.如果通電順序改變?yōu)閁UVVVWWWUU.即每一循環(huán)共六拍.三拍為單相通電.三拍為兩相通電。單相通電時(shí)與前述的三相單三拍控制一樣.而當(dāng)UV兩相通電時(shí).轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使轉(zhuǎn)子齒1,2及齒3,4之間的槽軸線與W-W相繞組軸線重合的位置。同理.當(dāng)V相通電時(shí).轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過了15，由此可見.通電一拍電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過了15電角度.即步距角為15.是三相單三

23、拍或三相雙三拍運(yùn)行方式的二分之一。上一頁 下一頁返回第30頁/共64頁8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 4.小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以上所討論的步進(jìn)電動(dòng)機(jī).其步距角都太大.往往不能滿足控制精度的要求。為了減小步距角.可以將定、轉(zhuǎn)子加工成多齒結(jié)構(gòu).如圖8一13所示。根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作要求.定、轉(zhuǎn)子的齒寬、齒距必須相等.定、轉(zhuǎn)子丙數(shù)要適當(dāng)配合. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在機(jī)床工作臺(tái)定位系統(tǒng)中作為執(zhí)行兀件.由指令脈沖控制.用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。運(yùn)算控制電路將機(jī)床工作臺(tái)需要移動(dòng)到某一位置的信息進(jìn)行判斷和運(yùn)算后.轉(zhuǎn)換為指令脈沖.脈沖分配器將指令脈沖按通電方式進(jìn)行分配后輸人脈沖放大器.經(jīng)脈沖放大器放大到足夠的功率后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電

24、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角.從而帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定距離。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.可靠性高.成本低.易于調(diào)整和維護(hù).在我國(guó)獲得廣泛的應(yīng)用上一頁 返回第31頁/共64頁8.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)8. 5. 1直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 1.基本結(jié)構(gòu) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通小型直流發(fā)電機(jī)相同.由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器四個(gè)部分組成.通常是兩極發(fā)電機(jī)。按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)式和永磁式兩種。他勵(lì)式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由鐵芯和勵(lì)磁繞組構(gòu)成.在勵(lì)磁繞組中通人直流電流便可以建立極性恒定的磁場(chǎng)。它的勵(lì)磁繞組電阻會(huì)因發(fā)電機(jī)工作溫度的變化而變化.使勵(lì)磁電流及其生成的磁通隨之變化.產(chǎn)生線性誤差。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由永久磁鐵構(gòu)成一般為凸極式.轉(zhuǎn)子上

25、有電樞繞組和換向器.用電刷與外電路連接。由于不需要?jiǎng)?lì)磁電源.磁極的熱穩(wěn)定性較好.磁通隨發(fā)電機(jī)工作溫度的變化而變化的程度很小.其輸出特性線性度較好.在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用缺點(diǎn)是易受機(jī)械振動(dòng)的影響而引發(fā)不同程度的退磁。下一頁返回第32頁/共64頁8.5 測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.工作原理 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和一般直流發(fā)電機(jī)相似.所以它的工作原理也和一般直流發(fā)電機(jī)沒有區(qū)別可由圖8一14來說明。 圖8一15是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的輸出特性.從圖中可以看出.負(fù)載電阻RL.的值越大.直線的斜率越大.測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度就越高。上一頁 下一頁返回第33頁/共64頁8.5 測(cè)速發(fā)電機(jī) 3.應(yīng)用 圖8一16是直流調(diào)速系統(tǒng)原

26、理框圖。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)作為檢測(cè)兀件.用于將直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓Uf。給定電位器將指定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的速度給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)U1. U1作為系統(tǒng)的輸人信號(hào)電壓。如圖所示.直流電動(dòng)機(jī)、負(fù)載、測(cè)速發(fā)電機(jī)安裝在同一軸上。 如果由于某種原因使直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離指定的轉(zhuǎn)速.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓Uf隨之相應(yīng)變化。上一頁 下一頁返回第34頁/共64頁8.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)8. 5. 2交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 1.基本結(jié)構(gòu) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。 交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出頻率和電壓幅值均隨轉(zhuǎn)速的變化而變化.不再與轉(zhuǎn)速成正比.一般用作指釗式轉(zhuǎn)速計(jì).很少用于控制系統(tǒng)中

27、。 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)相似.主要由定子、轉(zhuǎn)子組成。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分為籠式轉(zhuǎn)子和空心杯轉(zhuǎn)子兩種?；\式測(cè)速發(fā)電機(jī)的測(cè)速精度不及空心杯轉(zhuǎn)子測(cè)速發(fā)電機(jī)的測(cè)量精度高.所以只用在精度要求不高的控制系統(tǒng)中。空心杯轉(zhuǎn)子測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由電阻率較大、溫度系數(shù)較小的非磁性材料制成.它的輸出特性線性度好、精度高.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛。上一頁 下一頁返回第35頁/共64頁8.5 測(cè)速發(fā)電機(jī) 2.基本工作原理 圖8一17是空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)電路.圖中Fw是勵(lì)磁繞組.Cw是輸出繞組。給勵(lì)磁繞組 Fw 家頻率、幅值均恒定不變的單相交流電壓Uf.氣隙中便生成頻率相同.方向?yàn)閯?lì)磁繞組 Fw

28、軸線方向(即d軸方向)的脈動(dòng)磁通.稱為勵(lì)磁磁通。因轉(zhuǎn)子電阻大則忽略轉(zhuǎn)子漏抗.認(rèn)為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與感應(yīng)申動(dòng)勢(shì)同相位。 圖8一18是交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特性曲線.其中曲線2是理想特性.實(shí)際上.由于存在漏阻抗、負(fù)載變化等問題.直軸磁通是變化的.輸出特性呈現(xiàn)非線性.如圖8一18中曲線1所示。上一頁 返回第36頁/共64頁8.6 自整角機(jī)8. 6. 1控制式自整角機(jī) 1.自整角機(jī)結(jié)構(gòu) 自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)分成定子和轉(zhuǎn)子大部分.定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙較小。定子結(jié)構(gòu)與一般小型線繞式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)相似.定子鐵毖上嵌有三相星形聯(lián)結(jié)對(duì)稱分布繞組.稱為整步繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有凸極式和隱極式.通常采用凸極式結(jié)構(gòu).只有尺寸大、頻率高時(shí)才采用隱

29、極式。轉(zhuǎn)子上有單相或三相勵(lì)磁繞組.繞組通過集電環(huán)、電刷與外電路連接。下一頁返回第37頁/共64頁8.6 自整角機(jī) 2.控制式自整角機(jī)工作原理 如圖8一19所示.圖中一臺(tái)自整角機(jī)作為發(fā)送機(jī).它的勵(lì)磁繞組接到單相交流電源上.另一臺(tái)自整角機(jī)作為接收機(jī).用來接收轉(zhuǎn)角信號(hào)并將轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換成勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出其整步繞組均接成星形兩臺(tái)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)完全一致。上一頁 下一頁返回第38頁/共64頁8.6 自整角機(jī) 3.應(yīng)用 圖8一20是雷達(dá)高低角自動(dòng)顯示系統(tǒng)原理圖。發(fā)送機(jī)6由雷達(dá)天線帶動(dòng).接收機(jī)4轉(zhuǎn)軸與由交流伺服電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)負(fù)載(刻度盤5或火炮等負(fù)載)的軸相連.其轉(zhuǎn)角用表示。接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸出電動(dòng)勢(shì)E2與兩軸的差角即（-）近似成正比. E2 經(jīng)放大后作伺服機(jī)的控制信號(hào)。只要，0.就有 E20.伺服機(jī)便要轉(zhuǎn)動(dòng).使減小.直至 =0。如果不斷變化.伺服機(jī)便隨動(dòng).達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。上一頁 下一頁返回第39頁/共64頁8.6 自整角機(jī)8.6.2力矩式自整角機(jī) 1.基本結(jié)構(gòu) 力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制式類