機床電氣控制技術(shù)第3章

第三章常用電動機應(yīng)用基礎(chǔ)知識點：直流電動機的原理及應(yīng)用異步電動機的原理異步電動機的機械特性步進(jìn)電機的原理本章導(dǎo)讀：電動機可以分為交流電動機和直流電動機。交流電動機又分為異步電動機和同步電動機，異步電動機又分為鼠籠式和繞線式兩種形式。本章主要講述直流電動機、異步交流電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法以及介紹步進(jìn)電機的原理及其應(yīng)用。3.1直流電動機應(yīng)用基礎(chǔ)1-直流電機總成；2-后端蓋；3-通風(fēng)機；4-定子總成；5-轉(zhuǎn)子（電樞）總成；6-電刷裝置；7-前端蓋圖3-1直流電機結(jié)構(gòu)圖3.1.1直流電動機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理直流電機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子直流電機定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為電機的機械支撐。主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置等組成。機座主磁極換向極電刷裝置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸電樞鐵心電樞繞組換向器直流電動機的模型結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機工作原理直流電動機工作原理圖直流電機的額定值電機型號額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速直流電機的勵磁方式他勵電機：電樞繞組與勵磁繞組單獨分開，有兩個直流電源提供電能。并勵電機：電樞繞組與勵磁繞組并聯(lián)聯(lián)接，只有一個直流電源提供電能。串勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)聯(lián)接，公用一個直流電源提供電能。復(fù)勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組既有串聯(lián)又有并聯(lián)，只有一個直流電源提供電能。

直流電動機的基本方程

設(shè)U為直流電機的端電壓，取的實際方向作為正方向，可得電樞回路電勢平衡方程式為電動機發(fā)電機直流電動機的機械特性他勵直流電動機機械特性方程式他勵直流電動機的固有機械特性他勵直流電動機的制動能耗制動反接制動發(fā)電回饋制動他勵直流電動機的調(diào)速根據(jù)直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：改變電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速減弱磁通調(diào)速直流他勵電動機的調(diào)速方法有：降壓調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速、減弱磁通調(diào)速三種:3.2異步電動機異步電動機是一種交流電機，它可以是單相的，也可以是三相的。但它的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率沒有同步電機那樣嚴(yán)格不變的關(guān)系。3.2異步電動機異步電動機的結(jié)構(gòu)、類型及工作原理1-軸2-彈簧片3-軸承4-定子繞組5-端蓋6-基座7-轉(zhuǎn)子鐵心8-定子鐵心9-吊環(huán)10-出線盒11-風(fēng)罩12-風(fēng)扇13-軸承內(nèi)蓋圖

三相鼠籠式異步電動機的組成部件異步電動機的結(jié)構(gòu)、類型及工作原理定子部分轉(zhuǎn)子部分氣隙其他部分異步電動機的分類異步電動機按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動機三類。除約200W以下的電動機多做成單相異步電動機外，現(xiàn)代動力用電動機大多數(shù)都為三相異步電動機。兩相異步電機主要用于微型控制電機。按照轉(zhuǎn)子型式，異步電機可分為鼠籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子兩大類。鼠籠轉(zhuǎn)子又分為普通鼠籠轉(zhuǎn)子、深槽型鼠籠轉(zhuǎn)子和雙鼠籠轉(zhuǎn)子三種。根據(jù)機殼不同的保護(hù)方式，異步電動機可分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等。三相繞線式異步電動機外形三相異步電機的工作原理（a）示意圖（b）電動機運行（c）發(fā)電機運行（d）制動狀態(tài)圖

三相異步電機工作原理三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的功率平衡方程:

異步電動機的啟動、調(diào)速以及制動控制三相異步電動機的啟動是指從電動機接人電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動，到達(dá)正常運轉(zhuǎn)為止的這一過程。一般衡量三相異步電動機啟動性能的好壞，主要有四點：啟動電流盡可能?。粏愚D(zhuǎn)矩要足夠大；啟動所需用的設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、操作方便；啟動過程中的功率損耗要盡量小。異步電動機的啟動、調(diào)速以及制動控制小容量電動機空載或輕載啟動——直接啟動中、大容量電動機空載或輕載啟動——降壓啟動星三角（Y／Δ）降壓啟動自耦變壓器降壓啟動星形—三角降壓啟動原理線路圖自耦變壓器降壓啟動原理線路圖三相異步電動機的調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為:調(diào)速方式有以下三種:變極調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速三相異步電動機的反轉(zhuǎn)和制動反轉(zhuǎn)三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，并且兩者的方向相同。只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，就能使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。因此，將三相接線端中的任意兩相接線端對調(diào)，改變?nèi)囗樞?，就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，從而使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。制動三相異步電動機的制動是指加上一個與電動機轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩來使電動機迅速停轉(zhuǎn)或限制電動機的轉(zhuǎn)速。電動機在下屬情況下運行時屬于制動狀態(tài)。一種情況是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為勢能轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備中（例如起重機下放重物，電力機車下坡運行）使設(shè)備保持一定的運行速度。另一種情況是在機械設(shè)備需要減速或停止轉(zhuǎn)動時，電動機能實現(xiàn)減速或停止轉(zhuǎn)動。三相異步電動機的制動方法有兩類：機械制動和電氣制動。

異步電動機的能耗制動3.3步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動機。用專用的驅(qū)動電源向步進(jìn)電動機供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號，每輸入一個電脈沖，步進(jìn)電機就前進(jìn)一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。根據(jù)勵磁方式的不同，步進(jìn)電動機分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式（又叫混合式），而反應(yīng)式步進(jìn)電動機應(yīng)用較多，下面以此為例來闡述步進(jìn)電動機的原理3.3步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機的工作原理三相反映式步進(jìn)電動機的工作原理圖步進(jìn)電機的三相單、雙六拍運行方式步進(jìn)電機的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360°（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50電機為例。四拍運行時步距角為：θ=360°/（50*4）=1.8°（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360°/（50*8）=0.9°（俗稱半步）。靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。步距角精度：步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。最大空載啟動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接啟動的最大頻率。最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)

3.4本章小結(jié)本章主要介紹了常見電動機的原理及運行特性，包括直流電機的工作原理及機械特性，異步電機的工作原理及機械特性，最