中職電機(jī)與控制第五章教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電機(jī)與控制第五章教學(xué)課件第五章其他類型的電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)返回第五章其他類型的電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介本章概述本章主要講述了單相同步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等類型電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)，以拓展學(xué)生對(duì)多種電動(dòng)機(jī)知識(shí)的了解和掌握。教學(xué)目標(biāo)1.了解單相同步電動(dòng)機(jī)的工作原理。2.掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)在第二章和第四章介紹的是異步電動(dòng)機(jī)。所謂“異步”，就是電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間存在著轉(zhuǎn)速差。而所謂“同步”電動(dòng)機(jī)，就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同。由前面內(nèi)容可知，如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，則在額定功率以內(nèi)轉(zhuǎn)速基本不受負(fù)載等因

2、素的影響，只由交流電源的頻率來(lái)決定，而又由于我國(guó)交流電源的頻率是固定的(50 Hz)，所以同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的。也就是說(shuō)，同步電動(dòng)機(jī)具有絕對(duì)“硬”的機(jī)械特性。所以同步電動(dòng)機(jī)常被應(yīng)用于電子鐘、定時(shí)器、傳真機(jī)、電唱機(jī)、錄音機(jī)等要求轉(zhuǎn)速恒定、計(jì)時(shí)或記錄較精確的電器中。下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)那么，同步電動(dòng)機(jī)是如何使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速同步的呢?如果定子和異步電動(dòng)機(jī)一樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子繞組通入直流電流，直流勵(lì)磁產(chǎn)生恒定的磁極，那么利用異性磁極相吸的原理，轉(zhuǎn)子就會(huì)在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的牽引下同步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。因此，從原理上講，同步電動(dòng)機(jī)是定子用交流勵(lì)磁以建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子用直流勵(lì)磁(或用永久磁

3、鐵)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁極的一種雙邊勵(lì)磁的交流電動(dòng)機(jī)。單相同步電動(dòng)機(jī)的定子與單相異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)基本相同，為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其定子也分為電容式和罩極式兩種。若按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，又可分為永磁式、反應(yīng)式和磁滯式三種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)一、永磁式同步電動(dòng)機(jī)永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼制成凸極式，當(dāng)定子繞組通入單相交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子永久磁場(chǎng)將產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的磁極數(shù)，從而被定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)。圖5-1所示為兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理，由圖可見(jiàn)定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極的軸線之間存在一夾角, 角的大小會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，但只要負(fù)載不超過(guò)限定值，轉(zhuǎn)子就始終跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

4、以恒定的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。永磁式同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式有兩種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)如果在轉(zhuǎn)子凸極的邊沿裝上籠型導(dǎo)條制成籠型轉(zhuǎn)子，在啟動(dòng)過(guò)程中依靠籠型轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，稱為“異步啟動(dòng)式”;如果電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)多、轉(zhuǎn)子慣性小，一般在定子接通電源的半個(gè)周期內(nèi)即可啟動(dòng)并隨即被牽入同步的，則稱為“自啟動(dòng)式”。永磁式同步電動(dòng)機(jī)常使用在日用電器中的電動(dòng)定時(shí)程控器中，如洗衣機(jī)的電動(dòng)定時(shí)器、電冰箱的化霜定時(shí)器。還有用作驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)頁(yè)扇導(dǎo)風(fēng)輪的電動(dòng)機(jī)(見(jiàn)圖5-2)，轉(zhuǎn)頁(yè)扇導(dǎo)風(fēng)輪電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在同一機(jī)殼內(nèi)，電動(dòng)機(jī)有10極和12極兩種，轉(zhuǎn)速分別為600 r/min和500 r/min，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速至5

5、 r/min帶動(dòng)導(dǎo)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)二、反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用軟磁性材料制成凸極式，轉(zhuǎn)子本身無(wú)磁性，轉(zhuǎn)子的磁極由定子磁場(chǎng)磁化而來(lái)，所以稱為“反應(yīng)式”同步電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)原理如圖5 -3所示。在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子先異步啟動(dòng)，至轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁化并產(chǎn)生磁極;當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線與轉(zhuǎn)子的縱軸方向一致時(shí)，磁通通過(guò)的路徑最短，磁阻最小，如圖5 -3(a)所示;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速稍有差異時(shí)，就會(huì)使磁感應(yīng)線扭曲，轉(zhuǎn)子的縱軸與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線形成夾角，如圖5 -3(b)所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)由于磁通通過(guò)的路徑被拉長(zhǎng)，

6、磁阻增大，根據(jù)磁通總是力圖沿磁阻最小的路徑通過(guò)的原理，便產(chǎn)生迫使轉(zhuǎn)子縱軸與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線重合的磁阻轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，所以反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)又稱為“磁阻式”同步電動(dòng)機(jī)。反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于電子鐘、自動(dòng)記錄裝置、復(fù)印機(jī)等設(shè)備中。三、磁滯式同步電動(dòng)機(jī)磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由硬磁性材料制成圓柱形，在轉(zhuǎn)子中間開(kāi)槽使轉(zhuǎn)子沿不同方向的磁阻不同，在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，將產(chǎn)生一個(gè)磁阻轉(zhuǎn)矩。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子是由硬磁性材料制成，具有較強(qiáng)的磁滯效應(yīng)，又會(huì)產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩，如圖5-4所示。圖(a)所示為轉(zhuǎn)子剛被定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁化的情況;圖(b)所示為當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)了

7、一個(gè)角度后，轉(zhuǎn)子上已被磁化的磁性尚未消失，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極的軸線之間出現(xiàn)一個(gè)空間位置的夾角(磁滯角) ,磁滯角的存在，使氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁極的作用力F分解為徑向作用力F1和切線方向的作用力F2 . F2可形成磁滯轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使轉(zhuǎn)子朝著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，磁滯式同步電動(dòng)機(jī)是由磁滯轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩共同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 單相同步電動(dòng)機(jī)磁滯式同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、機(jī)械強(qiáng)度好、適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)電流小、電磁噪聲低等優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)是重量和體積都較大、價(jià)格高、效率和功率因數(shù)都較低。這種電動(dòng)機(jī)適合應(yīng)用于恒速傳動(dòng)裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，也應(yīng)用于儀表和電子鐘、電唱機(jī)、錄

8、音機(jī)、傳真機(jī)等電器中。上一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 一般電動(dòng)衫提連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電動(dòng)衫提一步步轉(zhuǎn)動(dòng)的。向定子繞組供給一個(gè)電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，如果連續(xù)輸入脈沖信號(hào)，它就像走路一樣，一步接一步轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度又一個(gè)角度。所以，步進(jìn)電動(dòng)衫提一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械的角位移或直線位移的元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，按運(yùn)動(dòng)方式可分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)等幾種;按工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式和永磁感應(yīng)式等幾種。本節(jié)只介紹我國(guó)常用的反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用范圍。下一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)圖5-5是三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖。其定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他

9、軟磁J性材料制成的。定子的每對(duì)極上繞有一對(duì)繞組成一相。這種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，每轉(zhuǎn)一步角度太大，不能適應(yīng)一般要求。為了符合要求，常采用如圖5-6所示結(jié)構(gòu)，它也是一種三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開(kāi)有齒分度相同的小齒。采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，使當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正時(shí)，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開(kāi)1/3齒距，C相則錯(cuò)開(kāi)2/3齒距。為了使每轉(zhuǎn)一步的角度更小，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為單段式和多段式兩種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1.單段式單段式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沿軸向只有一段鐵芯。2.多段式多段式又分為軸向磁路和徑向磁路兩種。圖5-7和圖5-8是兩種多段式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)沿

10、軸向分為m(相數(shù))段。圖5 -7的磁路為軸向磁路，每段鐵芯上有一相環(huán)形控制繞組，定子、轉(zhuǎn)子圓周都有數(shù)量相同的齒，相鄰段定子、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置錯(cuò)開(kāi)1/m齒距。圖5-8的磁路為徑向磁路，它實(shí)際上是多臺(tái)單段式電動(dòng)機(jī)的組合，但不同的是，每段上只有一相控制繞組。相鄰的定子、轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置也是錯(cuò)開(kāi)1/m齒距。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)二、工作原理與應(yīng)用如圖5-5所示，當(dāng)A相繞組通以直流電時(shí)，轉(zhuǎn)子被磁化，并被拉至與A相繞組軸線重合的位置。如果改為B相通電，轉(zhuǎn)子就沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)600，轉(zhuǎn)到B相繞組的軸向位置。這就前進(jìn)了一步，這個(gè)角度就叫步距角。每轉(zhuǎn)到一個(gè)位置，轉(zhuǎn)子能夠自鎖。從一相通電，換到另一相通電

11、叫做一拍，這三相(不同于三相交流電的三相)依次通電的運(yùn)行方式，叫做三相單三拍運(yùn)行方式。如果AB兩相同時(shí)通電，轉(zhuǎn)子軸線便轉(zhuǎn)至AB兩相之間的軸線上。這種按AB、BC、CA順序兩相同時(shí)通電運(yùn)行方式，叫做三相雙三拍運(yùn)行方式。如果按兩者組合方式A、AB、B、BC、C、CA的方式通電，其步距角就變?yōu)樵瓉?lái)的一半，這叫三相六拍運(yùn)行方式。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為了減小步距角，常采用圖5-6磁路結(jié)構(gòu)，當(dāng)A相通電時(shí)，A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正。B相小齒與轉(zhuǎn)子小齒互相錯(cuò)開(kāi)1/3齒距。若改為B相通電，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/3齒距，B相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正。這時(shí)C相繞組一對(duì)磁極下定子、轉(zhuǎn)子齒的軸線

12、只相距1/3齒距。所以在B相斷電，C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/3齒距，使C相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正。由此可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為ZR時(shí)，N拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，相當(dāng)于空間轉(zhuǎn)過(guò)3600/ZR，而每一拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度是齒距的1/N，因此可知步距角:上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如果拍數(shù)增加一倍，步距角即減小一半。對(duì)ZR =40的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，三相三拍運(yùn)行的步距角為=3600/(40 x3) =30;三相六拍運(yùn)行的步距角為 =1.50。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)數(shù)字控制系統(tǒng)中做執(zhí)行元件。上一頁(yè)返回圖5-1永磁式同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理返回圖5一1永磁式同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理圖5-2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)頁(yè)扇導(dǎo)風(fēng)輪的永磁式同步電動(dòng)機(jī)返回圖5-2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)頁(yè)扇導(dǎo)風(fēng)輪的永磁式同步電動(dòng)機(jī)圖5-3反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理返回圖5-3反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理