電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)第12章--其他微特電機(jī)課件

1、第12章 其他微特電機(jī) 12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.2 直線電動(dòng)機(jī)12.3自整角機(jī)12.4超聲波電動(dòng)機(jī)12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)速裝置，它將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種微型直流發(fā)電機(jī)。根據(jù)勵(lì)磁方式，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)有他勵(lì)式和永磁式兩種。他勵(lì)式與直流伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上基本相同；永磁式也只是磁極為永久磁鐵，其余部分與他勵(lì)式相同 1直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 2直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理E0CenC1 n 只要測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)電壓值（即發(fā)電機(jī)的E0），便可間接地知道與測(cè)速發(fā)電機(jī)作機(jī)械連接的被測(cè)機(jī)構(gòu)的

2、轉(zhuǎn)速。 12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 1）由于有電刷和換向器，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維護(hù)較麻煩；2）電刷的接觸電阻不恒定使輸出電壓有波動(dòng)；3）電刷下的火花對(duì)無(wú)線電有干擾。3直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)（1）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1）不存在輸出電壓相位移問題；2）轉(zhuǎn)速為零時(shí)，無(wú)零位電壓；3）輸出特性曲線的斜率較大，負(fù)載電阻較小。（2）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)相同。在機(jī)座號(hào)小的測(cè)速發(fā)電機(jī)中，定子槽內(nèi)嵌放著空間相差900電角度的兩相繞組，其中一相繞組作為勵(lì)磁繞組；另一相作為輸出繞組。在機(jī)座號(hào)較大的測(cè)速發(fā)電機(jī)中，常將

3、勵(lì)磁繞組嵌放在外定子上，而把輸出繞組嵌放在內(nèi)定子上。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)主要采用空心杯形轉(zhuǎn)子 1交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)有異步式和同步式兩類12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩相交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的外定子有兩個(gè)在空間互差90電角度的繞組，即勵(lì)磁繞組Wf和輸出繞組Wex。勵(lì)磁繞組接到電壓大小及頻率均為恒定的交流電源上，輸出繞組接到自動(dòng)控制或測(cè)量回路。 2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)（1）轉(zhuǎn)子不動(dòng) 2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理當(dāng)勵(lì)磁繞組通過交流電流時(shí)，產(chǎn)生的脈動(dòng)磁通ad，叫作直軸磁通，穿過轉(zhuǎn)子而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感生電動(dòng)勢(shì)，由于輸出繞組的軸線與勵(lì)磁繞組的軸線互

4、相垂直，亦即輸出繞組的軸線與ad方向垂直，因而ad在輸出繞組中不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，沒有輸出電壓。 12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)（2）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理轉(zhuǎn)子導(dǎo)線中感應(yīng)的電勢(shì)并沒有改變，只是這時(shí)又出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子導(dǎo)線切割磁通ad而產(chǎn)生的稱之為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì) ErC1adnK1 n 由Er引起電流Ir產(chǎn)生的磁通r，與勵(lì)磁繞組軸線相垂直，因此叫做交軸磁通,這個(gè)交軸脈動(dòng)磁通r穿過輸出繞組，就會(huì)在其中感應(yīng)出頻率為f的電動(dòng)勢(shì)Eex UexEex Kn 12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)（1）幅值及相位誤差3交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差（2）零位溫差12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.

5、3測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用1.作為測(cè)速元件 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)作為控制系統(tǒng)中的測(cè)速元件應(yīng)用很普遍，能直接測(cè)出拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，以便進(jìn)行速度控制和速度顯示。12.1測(cè)速發(fā)電機(jī)12.1.3測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用2.作為運(yùn)算元件 在自動(dòng)能控制系統(tǒng)中，利用測(cè)速發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入量的積分和微分運(yùn)算。12.2 直線電動(dòng)機(jī)12.2.1概述 直線電動(dòng)機(jī)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械。省去了中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，并具有速度范圍寬、推力大、精度高等特點(diǎn)。直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)：（1）在有限長(zhǎng)度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以水平或垂直運(yùn)動(dòng)12.2 直線電動(dòng)機(jī)12.2 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)：

6、（2）無(wú)限制直線運(yùn)動(dòng)12.2 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)：（3）振蕩式直線運(yùn)動(dòng)12.2 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)：12.2 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)：12.2 直線電動(dòng)機(jī)12.2.2直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與普通步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一樣，接受一個(gè)脈沖，動(dòng)子就直線走過一步。鑒于他可由數(shù)字控制器和微處理機(jī)提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一定精度的位置和速度控制，所以廣泛地應(yīng)用于精密設(shè)備、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備及智能儀器等領(lǐng)域。12.2 直線電動(dòng)機(jī)12.2.2直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 12.3自整角機(jī)自整角機(jī)（又稱同步器）是一種能對(duì)角位移或角速度的偏差進(jìn)行指示、傳輸及自

7、動(dòng)整步的感應(yīng)式控制電機(jī)，被廣泛用于隨動(dòng)控制系統(tǒng)中。自整角機(jī)按其作用不同，可分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)兩種12.3自整角機(jī)12.3.1力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)為在整個(gè)圓周范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確定位，通常采用兩極的凸極式結(jié)構(gòu)。只有在頻率較高而尺寸又較大的力矩式自整角機(jī)中才采用隱極式結(jié)構(gòu)。 12.3自整角機(jī)12.3.1力矩式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)在隨動(dòng)系統(tǒng)中用作轉(zhuǎn)角指示 力矩式自整角機(jī)工作原理12.3自整角機(jī)12.3.1力矩式自整角機(jī)設(shè)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子位置角為1，接收機(jī)轉(zhuǎn)子位置角為2，=1-2，稱為失調(diào)角 當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組的相對(duì)位置相同時(shí)，就稱發(fā)送機(jī)和接收機(jī)是處于協(xié)調(diào)位置。這時(shí)發(fā)送機(jī)和接

8、收機(jī)中都不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)。 12.3自整角機(jī)12.3.1力矩式自整角機(jī)倘若發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子在外施轉(zhuǎn)矩的作用下，順時(shí)針偏轉(zhuǎn)1，而不為零時(shí)，即發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間不處于協(xié)調(diào)位置時(shí)，對(duì)應(yīng)相電動(dòng)勢(shì)不等。定子電路中就會(huì)有電流，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中都會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。這時(shí)發(fā)送機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)發(fā)電機(jī)，接收機(jī)則相當(dāng)于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩的方向使得轉(zhuǎn)子也向1角度的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到重新轉(zhuǎn)到新的協(xié)調(diào)位置，即與發(fā)送機(jī)的偏轉(zhuǎn)角2=1為止。于是接收機(jī)轉(zhuǎn)子便準(zhǔn)確地指示出發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角。12.3自整角機(jī)12.3.2控制式自整角機(jī)控制式自整角機(jī)中的接收機(jī)并不直接帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組用來輸出電壓，故又稱輸出繞組。由于該接收機(jī)是從定

9、子繞組輸入電壓，從轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓，它工作在變壓器狀態(tài)，故稱自整角變壓器 12.3自整角機(jī)12.3.2控制式自整角機(jī)當(dāng)自整角機(jī)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子處在垂直位置時(shí) 轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)在定子三相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。定子電流通過三相繞組所產(chǎn)生的合成磁通勢(shì)仍為脈振磁通勢(shì)，而且其方位也是在垂直位置，不會(huì)在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出繞組的輸出電壓為零。 12.3自整角機(jī)12.3.2控制式自整角機(jī)倘若在外施轉(zhuǎn)矩的作用下，自整角機(jī)發(fā)送機(jī)的勵(lì)磁繞組順時(shí)針偏轉(zhuǎn)了角 定子電流產(chǎn)生的脈沖磁通勢(shì)的方位也隨轉(zhuǎn)子一起偏轉(zhuǎn)了角，仍然與勵(lì)磁繞組的軸線一致。因此與之方位相同的自整角機(jī)變壓器中，定子脈振磁場(chǎng)便與輸出繞組不再垂直，兩

10、者的夾角為（900），將在輸出繞組中產(chǎn)生一個(gè)正比于cos（900）=sin的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和輸出電壓。可見，控制式自整角機(jī)可將遠(yuǎn)處的轉(zhuǎn)角信號(hào)變換稱成近處的電壓信號(hào)。12.3自整角機(jī)12.3.3自整角機(jī)的應(yīng)用1力矩式自整角機(jī)的應(yīng)用當(dāng)液面的高度發(fā)生改變時(shí)，帶動(dòng)浮子隨著液面的上升或下降，通過滑索帶動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將液面位置的直線變化轉(zhuǎn)換成發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的角度變化。12.3自整角機(jī)12.3.3自整角機(jī)的應(yīng)用2控制式自整角機(jī)的應(yīng)用自整角發(fā)送機(jī)6轉(zhuǎn)軸直接與雷達(dá)天線的高低角耦合，控制式自整角接收機(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)

11、E2與兩軸的差角（即-）近似成正比，即E2=k（-）= k 雷達(dá)高低角自動(dòng)顯示系統(tǒng)原理圖12.4超聲波電動(dòng)機(jī)（1）低速大轉(zhuǎn)矩（2）體積小、重量輕（3）反應(yīng)速度快，控制特性好（4）無(wú)電磁干擾（5）停止時(shí)具有保持力矩（6）形式靈活，設(shè)計(jì)自由度大超聲波電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)12.4超聲波電動(dòng)機(jī)由振動(dòng)體（定子）和移動(dòng)體（轉(zhuǎn)子）兩部分組成。其振動(dòng)體由彈性體和壓電陶瓷構(gòu)成。移動(dòng)體為一個(gè)金屬板。12.3.1超聲波電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)12.4超聲波電動(dòng)機(jī)超聲波電機(jī)利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，把電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲波振動(dòng)，并把這種振動(dòng)通過摩擦傳動(dòng)的方式驅(qū)使運(yùn)動(dòng)體回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。12.3.2超聲波電動(dòng)機(jī)的工作原理12.

12、4超聲波電動(dòng)機(jī)1逆壓電效應(yīng)簡(jiǎn)介12.3.2超聲波電動(dòng)機(jī)的工作原理由于外電場(chǎng)的作用而使晶體發(fā)生形變的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)。超聲電機(jī)就是利用逆壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的。當(dāng)對(duì)壓電體施加交變電場(chǎng)時(shí)，在壓電體中就會(huì)激發(fā)出某種模態(tài)的彈性振動(dòng)。當(dāng)外電場(chǎng)的交變頻率與壓電體的機(jī)械諧振頻率一致時(shí)，壓電體就進(jìn)入機(jī)械諧振狀態(tài)，成為壓電振子。當(dāng)振動(dòng)頻率在20kHz以上時(shí)，就屬于超聲振動(dòng)。 12.4超聲波電動(dòng)機(jī)超聲振動(dòng)是超聲波電動(dòng)機(jī)工作的最基本條件，起驅(qū)動(dòng)源的作用。當(dāng)振動(dòng)位移的軌跡是一橢圓時(shí)，才具有連續(xù)的定向驅(qū)動(dòng)作用。2橢圓運(yùn)動(dòng)及其作用12.4超聲波電動(dòng)機(jī)3行波的形成及特點(diǎn)壓電體在長(zhǎng)度方向產(chǎn)生交替伸縮形變 12.4超聲波電動(dòng)機(jī)3行波的形成及特點(diǎn)彈性體上產(chǎn)生的駐波 兩路幅值相等、頻率相同、時(shí)間和空問均相差2的兩相駐波疊加后，將形成一個(gè)合成行波 12.4超聲波電動(dòng)機(jī)3