電機原理及拖動（第4版）課件：特種電機

《電機原理及拖動》

第4版特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第—節(jié)永磁同步電動機按工作主磁場（永磁體提供）方向的不同，永磁同步電動機可分為徑向磁場式和軸向磁場式。一、永磁同步電動機的分類

按電樞繞組位置的不同，永磁同步電動機可分為

內(nèi)轉(zhuǎn)子式（常規(guī)式）和

外轉(zhuǎn)子式。

按轉(zhuǎn)子上有無起動繞組，可分為

無起動繞組的電動機

和

有起動繞組的電動機。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)圖8-1永磁同步電動機橫截面示意圖1-定子2-永磁體3-轉(zhuǎn)軸4-轉(zhuǎn)子鐵心

永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向為徑向，通常在永磁體外表面上套以起保護作用的非磁性圓筒，或在永磁磁極表面包以無緯玻璃絲帶作保護層。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)圖8-2表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)a)凸出式b）插入式1--永磁體2--轉(zhuǎn)子鐵心3--轉(zhuǎn)軸

表面凸出式磁極結(jié)構(gòu)表面凸出式磁極結(jié)構(gòu)制造工藝簡單、成本低，在矩形波永磁同步電動機和恒功率運行范圍不寬的正弦波永磁同步電動機中得到了廣泛應(yīng)用。

永磁磁極形狀易于實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，可使電動機氣隙磁通密度波形趨近于矩形波或正弦波，能顯著提高電動機乃至整個傳動系統(tǒng)的性能。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)圖8-2表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)a)凸出式b）插入式1--永磁體2--轉(zhuǎn)子鐵心3--轉(zhuǎn)軸表面插入式磁極結(jié)構(gòu)表面插入式磁極結(jié)構(gòu)與表面凸出式磁極結(jié)構(gòu)相比，電動機氣隙不再是均勻的，因為兩永磁磁極間鐵磁磁路的磁導(dǎo)率很大，而稀土永磁的磁導(dǎo)率接近于空氣，定子鐵心內(nèi)圓對應(yīng)永磁磁極一段的氣隙要大于對應(yīng)極間鐵心段的氣隙，使轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)了凸極性。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)圖8-2表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)a)凸出式b）插入式1--永磁體2--轉(zhuǎn)子鐵心3--轉(zhuǎn)軸表面插入式轉(zhuǎn)子屬于凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電動機在電磁性能上也具有與電勵磁凸極同步電動機相似的特征。這種電動機結(jié)構(gòu)可以充分利用因轉(zhuǎn)子凸極所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，來提高電動機的轉(zhuǎn)矩慣量比，有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，常被用于調(diào)速永磁同步電動機。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。2.內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

在內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)中，永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部。永磁體外表面與轉(zhuǎn)子鐵心外圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或銅條籠，起到起動或（和）阻尼作用，動態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能均很好，廣泛用于要求有異步起動能力或動態(tài)性能高的永磁同步電動機。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)又可分為

徑向式、切向式、混合式。二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。2.內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)徑向式

優(yōu)點是漏磁系數(shù)小、轉(zhuǎn)軸上不需采取隔磁措施、轉(zhuǎn)子沖片機械強度相對較高、安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形等，因此近年來應(yīng)用較為廣泛。

內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的永磁體受到極靴的保護，其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的不對稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩也有助于提高電動機的過載能力和功率密度，而且易于“弱磁”擴速。圖8-3內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1--轉(zhuǎn)軸2--永磁體槽3--永磁體4--轉(zhuǎn)子導(dǎo)條二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。2.內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)切向式結(jié)構(gòu)漏磁系數(shù)較大，且需采用相應(yīng)的隔磁措施，制造工藝較徑向式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本也有所增加。優(yōu)點在于一個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通。尤其當電動機極數(shù)較多，而徑向式結(jié)構(gòu)又不能提供足夠的每極磁通時，這種結(jié)構(gòu)便具有明顯的優(yōu)勢此外，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極效應(yīng)明顯，產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩在電動機總轉(zhuǎn)矩中的比例可達40%，圖8-4內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1--轉(zhuǎn)軸2--空氣隔磁槽3--永磁體4--轉(zhuǎn)子導(dǎo)條二、永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

按永磁體在轉(zhuǎn)子位置上的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)主要分為兩種：表面式

和

內(nèi)置式。2.內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)圖8-5內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1--轉(zhuǎn)軸2--永磁體槽3--永磁體4--轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)三、隔磁措施為不使電動機中永磁體的漏磁系數(shù)過大而導(dǎo)致永磁材料利用率過低，在某些轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中必須采取隔磁措施。圖8-6典型的隔磁橋結(jié)構(gòu)標注尺寸b和(或)的沖片部位稱為隔磁磁橋。

通過磁橋部位磁通達到飽和來起限制漏磁的作用。

隔磁磁橋?qū)挾萣越小，該部位磁阻越大，越能限制漏磁通。但是b過小將使轉(zhuǎn)子的沖片機械強度變差。1--轉(zhuǎn)軸2--轉(zhuǎn)子鐵心3--永磁體槽4--永磁體5--轉(zhuǎn)子導(dǎo)條四、永磁同步電動機的特點永磁同步電動機的運行原理與電勵磁同步電動機相同，采用矢量控制變頻器進行調(diào)速控制運行時，既具有直流電動機的優(yōu)異調(diào)速性能，又實現(xiàn)了無刷化。相比于異步電動機、電勵磁的直流電動機和同步電動機，永磁同步電動機具有以下特點：由永磁體提供磁通取代了電勵磁繞組勵磁，省去了集電環(huán)和電刷，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了運行的可靠性。與感應(yīng)電動機相比，不需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)(可達1.0，甚至容性)。正常運行時，轉(zhuǎn)子無繞組損耗，高功率因數(shù)使得定子電流較小，定子損耗較小，提高了電動機的效率和功率密度。采取合適的磁路結(jié)構(gòu)，可以提高氣隙磁密，減小電動機體積，重量輕。具有寬的高功率因數(shù)和高效率運行范圍。由于電動機損耗少，比較容易實現(xiàn)全封閉自冷。電動機的形狀和尺寸可以靈活多樣。特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第二節(jié)永磁無刷直流電動機永磁無刷直流電動機(PermanentmagnetbrushlessDCmotor)實質(zhì)上是采用電子換向的定、轉(zhuǎn)子反裝的直流電動機，也就是一臺永磁無刷同步電動機。它具有同步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、具有直流電動機的調(diào)速性能好，運行效率高等優(yōu)點。一、永磁無刷直流電動機的分類具有交流電機特性的永磁無刷直流電動機具有直流電機特性的永磁無刷直流電動機

反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波(或方形波)的永磁無刷電動機，稱為永磁無刷直流電動機。這類電機由直流電源供電，借助位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測出的信號去觸發(fā)相應(yīng)的電子換相線路以實現(xiàn)無接觸式換相。顯然，這種無刷直流電機具有有刷直流電機的各種運行特性。

反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的永磁無刷電機，稱為調(diào)速永磁同步電機。這類電機也是由直流電源供電，但通過逆變器將直流電變成交流電，然后去驅(qū)動永磁同步電機。因此，它們具有同步電機的各種運行特性。若逆變器采用磁場定向矢量控制，可使交流同步電動機像直流電動機那樣進行控制，調(diào)速永磁同步電動機具有和直流電動機類似的特性。二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-7永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖永磁無刷直流電動機將原有直流電動機中的定轉(zhuǎn)子互換，即電樞繞組在定子上，勵磁在永磁轉(zhuǎn)子上，不需要勵磁繞組。與傳統(tǒng)的直流電動機相比，無刷直流電動機用電子換相取代了有刷直流電動機的機械換相，取消了電刷和換向器。將電樞繞組與靜止的電子換相電路連接，電樞繞組中電流方向的改變由功率管的開關(guān)來控制。為保證開關(guān)信號與轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過的位置同步，需要有檢測轉(zhuǎn)子位置角的傳感器。二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-8永磁無刷直流電機本體截面永磁無刷直流電機本體

由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子上放置電樞繞組，轉(zhuǎn)子上是永磁磁鋼。

此結(jié)構(gòu)與永磁同步電機相似，無刷直流電機的方波勵磁方式提高了永磁材料的利用率，在增大電機出力的同時減小了電機的體積。

永磁無刷直流電機的定子繞組與普通的同步電機以及感應(yīng)電機類似。定子繞組大多是三相或者多相，鑲嵌在定子鐵心中。三相繞組方式最常見，電樞繞組可以丫接和△接。

轉(zhuǎn)子是由一定極對數(shù)的永磁材料組成，放置在鐵心表面或者嵌入鐵心內(nèi)部。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)通常有三種：表面粘貼式磁極、嵌入式磁極、環(huán)形磁極。二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-10永磁無刷直流電機三相全橋驅(qū)動電路2.功率驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)子位置，實時的給定子繞組通相應(yīng)的電流。一般功率驅(qū)動電路使用MOSFET或者IGBT，不過一般來說兩者的適用場合有所不同。MOSFET一般適用于低電壓的中小功率的場合，開關(guān)的頻率可以較高；IGBT適用于開關(guān)頻率不高且功率較大的場合，由于其控制簡單，目前使用較為廣泛。圖8-9永磁無刷直流電機三相半橋驅(qū)動電路二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-11霍爾效應(yīng)原理3.轉(zhuǎn)子位置檢測裝置由于控制器只能識別電信號，因此，位置傳感器需要將位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

永磁無刷直流電機位置傳感器的作用是為控制器提供當前轉(zhuǎn)子磁極所處位置，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和電機轉(zhuǎn)向來確定各功率管的導(dǎo)通狀態(tài)。常用的位置傳感器主要：電磁式位置傳感器光電式位置傳感器磁敏式位置傳感器霍爾式位置傳感器二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-11霍爾效應(yīng)原理3.轉(zhuǎn)子位置檢測裝置霍爾元件位置傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體薄片的霍爾效應(yīng)來工作的當通有恒定電流的半導(dǎo)體薄片處于磁場中時，半導(dǎo)體中的電子受到洛倫茲力作用，在半導(dǎo)體兩側(cè)間產(chǎn)生電動勢E，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖8-12霍爾元件集成電路芯片內(nèi)部電路原理圖3.轉(zhuǎn)子位置檢測裝置霍爾元件就是利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生電動勢的元件，但輸出的電動勢比較小，不利于檢測，需要外接放大電路才能獲得較強的輸出信號，可以將其與放大電路封裝為一個集成電路芯片。圖8-13開關(guān)型霍爾集成電路芯片輸入輸出特性三、永磁無刷直流電動機的工作原理傳統(tǒng)的有刷直流電動機定子為永磁體，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。由于電刷和換向器的作用，處于N極磁場和S極磁場下電樞繞組的電流方向始終不變，使得定子永磁體產(chǎn)生的磁場和電樞電流產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子受力旋轉(zhuǎn)。永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)與有刷直流電動機相反，定子上纏有多相繞組，轉(zhuǎn)子表面貼有永磁體控制電路根據(jù)位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置，開通逆變器中相應(yīng)的開關(guān)管，使定子繞組中的相應(yīng)相通電，在電機中形成一定方向的磁場。

此時，定子產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場有一定的角度，使轉(zhuǎn)子受力旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度時，位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號發(fā)生變化，控制電路切換逆變器中開關(guān)管的通斷，改變定子繞組中電流的流向，使定子產(chǎn)生的磁場也向電機的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。

就這樣，定子產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場始終保持一定角度，使電機轉(zhuǎn)子始終受力旋轉(zhuǎn)。三、永磁無刷直流電動機的工作原理圖8-14正轉(zhuǎn)時相互位置關(guān)系三、永磁無刷直流電動機的工作原理圖8-15反轉(zhuǎn)時相互位置關(guān)系四、永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動及其抑制措施永磁無刷直流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、輸出轉(zhuǎn)矩大，以及調(diào)速性能好等一系列優(yōu)點，從而在工業(yè)和生活等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

但其缺點是轉(zhuǎn)矩脈動大，從而降低電力傳動系統(tǒng)控制特性和驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，并帶來振動和噪聲，這在一定程度上限制了無刷直流電動機的應(yīng)用。對于齒槽轉(zhuǎn)矩脈動，可以通過優(yōu)化電機本體的設(shè)計來解決，例如斜槽法、分數(shù)槽法、磁性槽楔法以及閉口槽法和無齒槽繞組法等。對于非理想反電動勢波形引起的轉(zhuǎn)矩脈動，

一種解決方法是對電機本體氣隙齒槽和定子繞組進行優(yōu)化，使反電動勢波形盡可能接近理想的梯形波；

另一種解決方法是采用合適的控制方法，以得到最佳的定子電流，從而消除轉(zhuǎn)矩脈動。四、永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動及其抑制措施由于永磁無刷直流電動機電樞繞組電感的存在，繞組電流從一相切換到另一相時產(chǎn)生換相延時，從而形成電動機換相過程中的轉(zhuǎn)矩脈動。換相轉(zhuǎn)矩脈動是最主要的轉(zhuǎn)矩脈動，嚴重可以達到平均轉(zhuǎn)矩的50%左右。因此，抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動是減小電動機整體轉(zhuǎn)矩脈動的關(guān)鍵問題換相轉(zhuǎn)矩脈動的抑制方法主要有以下幾種：重疊換相法（軟開關(guān)技術(shù)）在換相時，應(yīng)立即關(guān)斷的功率開關(guān)器件并不立即關(guān)斷，而是延長了一個時一問間隔，并將不應(yīng)開通的開關(guān)器件提前開通一個電角度，這樣可以補償換相期間的電流跌落，進而抑制轉(zhuǎn)矩脈動，該方法對抑制高速下?lián)Q相轉(zhuǎn)矩脈動有效。電流滯環(huán)控制法

在電流環(huán)中采用滯環(huán)電流調(diào)節(jié)器，通過比較參考電流和實際電流，在換相時給出合適的觸發(fā)信號，控制開關(guān)器件。當實際電流小于滯環(huán)寬度的下限時，開關(guān)器件導(dǎo)通；隨著電流的上升，達到滯環(huán)寬度的上限時，開關(guān)器件關(guān)斷，使電流下降?？刹捎迷趽Q相期間通過滯環(huán)控制法直接控制非換相相電流來減少換相期間電磁轉(zhuǎn)矩脈動的控制策略。該方法應(yīng)用簡單，快速性好，且具有限幅能力，較好地解決了低速時的換相轉(zhuǎn)矩脈動問題，但在高速時效果不理想。四、永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動及其抑制措施由于永磁無刷直流電動機電樞繞組電感的存在，繞組電流從一相切換到另一相時產(chǎn)生換相延時，從而形成電動機換相過程中的轉(zhuǎn)矩脈動。換相轉(zhuǎn)矩脈動是最主要的轉(zhuǎn)矩脈動，嚴重可以達到平均轉(zhuǎn)矩的50%左右。因此，抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動是減小電動機整體轉(zhuǎn)矩脈動的關(guān)鍵問題換相轉(zhuǎn)矩脈動的抑制方法主要有以下幾種：PWM斬波法使開關(guān)器件在斷開前、導(dǎo)通后進行一定頻率的斬波，控制換相過程中繞組端電壓，使各換相電流上升和下降的速率相等，補償總電流幅值的變化，從而抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動，該方法有效地解決了滯環(huán)電流法存在的高速時抑制效果不理想的缺點。電流預(yù)測控制永磁無刷直流電動機在高速換相區(qū)的換相轉(zhuǎn)矩脈動減小，而低速區(qū)則增大。但是在實際應(yīng)用中，由于受到電機轉(zhuǎn)速、供電電壓等因素的影響，無法按照理論分析將換相轉(zhuǎn)矩脈動分為高速區(qū)和低速區(qū)而采取不同的控制策略。換相電流預(yù)測控制方法算法簡單，容易實現(xiàn)，適應(yīng)性強，能夠在全速范圍內(nèi)有效抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動。特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第三節(jié)步進電動機一、步進電動機的工作原理

步進電動機，顧名思義，它是一步一步旋轉(zhuǎn)的，每輸人一個脈沖，電動機轉(zhuǎn)過一個步矩角。因此也稱脈沖電動機。圖8-16三相反應(yīng)式步進電動機原理圖

a)U相通電b)V相通電c)V相通電

三相反應(yīng)式步進電動機的定、轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片疊成，定子有六個磁極，兩個相對的磁極為一相，繞有控制繞組，反應(yīng)式轉(zhuǎn)子有四個大齒，齒寬與定子極靴相等。U→V→W→…電機正轉(zhuǎn)U→W→V→…電機反轉(zhuǎn)以上通電方式稱為“單三拍”工作方式。二、一種典型的反應(yīng)式步進電動機圖8-17典型的三相反應(yīng)式步進電動機定子也是三相六個磁極，每個極靴上有五個小齒，轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布著40個齒。定、轉(zhuǎn)子的齒寬、齒矩都相等。圖8-18定、轉(zhuǎn)子展開圖當U相通電，U極下的小齒與轉(zhuǎn)子齒對齊時，V相下小齒剛好錯開t/3(t為齒距，3為相數(shù))，W相錯開2t/3。

二、一種典型的反應(yīng)式步進電動機U相通電定、轉(zhuǎn)子齒對齊時，V相極下定、轉(zhuǎn)子齒剛好錯開t/3，W相錯開2t/3，下一拍V相通電，V極下定、轉(zhuǎn)子齒對齊，W相定、轉(zhuǎn)子齒錯開t/3，U相錯開2t/3，這樣當按U→V→W單三拍通電控制時，步距角為采用單、雙六拍通電控制時，步距角為當脈沖頻率較高時，電動機便連續(xù)旋轉(zhuǎn)，相當于反應(yīng)式同步電動機，轉(zhuǎn)速

n與脈沖頻率f成正，且有三、運行特性1.靜態(tài)矩角特性

三、運行特性1.靜態(tài)矩角特性

圖8-20反應(yīng)式步進電動機的矩角特性三、運行特性1.靜態(tài)矩角特性

圖8-20反應(yīng)式步進電動機的矩角特性

三、運行特性1.靜態(tài)矩角特性

圖8-20反應(yīng)式步進電動機的矩角特性靜穩(wěn)定區(qū)：

穩(wěn)定平衡點：平衡點：

三、運行特性2.步進運行狀態(tài)當控制脈沖頻率較低時，在下一個脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已經(jīng)走完一步，這時步進電動機為步進運行狀態(tài)。這種狀態(tài)下步進電動機能否正常運行，取決于電動機是否一直在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。圖8-21三相步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)a)單三拍b)單、雙六拍三、運行特性2.步進運行狀態(tài)當控制脈沖頻率較低時，在下一個脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已經(jīng)走完一步，這時步進電動機為步進運行狀態(tài)。這種狀態(tài)下步進電動機能否正常運行，取決于電動機是否一直在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。圖8-21三相步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)a)單三拍b)單、雙六拍曲線U和V分別為U相和V相通電時的矩角特性，兩者在橫坐標上相差一個步矩角。三、運行特性2.步進運行狀態(tài)當控制脈沖頻率較低時，在下一個脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已經(jīng)走完一步，這時步進電動機為步進運行狀態(tài)。這種狀態(tài)下步進電動機能否正常運行，取決于電動機是否一直在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。圖8-21三相步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)a)單三拍b)單、雙六拍

曲線U和V分別為U相和V相通電時的矩角特性，兩者在橫坐標上相差一個步矩角。三、運行特性2.步進運行狀態(tài)當控制脈沖頻率較低時，在下一個脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已經(jīng)走完一步，這時步進電動機為步進運行狀態(tài)。這種狀態(tài)下步進電動機能否正常運行，取決于電動機是否一直在動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。圖8-21三相步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)a)單三拍b)單、雙六拍

曲線U和V分別為U相和V相通電時的矩角特性，兩者在橫坐標上相差一個步矩角。三、運行特性3.高頻運行時代矩頻特性當步進電動機高頻恒頻運行時，電動機處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這時的電動機轉(zhuǎn)矩稱動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性。圖8-22步進電動機的矩頻特性三、運行特性3.高頻運行時代矩頻特性當步進電動機高頻恒頻運行時，電動機處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這時的電動機轉(zhuǎn)矩稱動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性。圖8-22步進電動機的矩頻特性頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，主要是由定子繞組的電感引起的，電感有延緩電流變化的作用，頻率一高，通電時間變短，電流尚沒達到規(guī)定值，就因斷電而下降，而轉(zhuǎn)矩近似地與電流的二次方成正比，所以轉(zhuǎn)矩也下降，而且頻率越高，轉(zhuǎn)矩下降越大。

因此，步進電動機的負載能力隨頻率的增加而下降。三、運行特性3.高頻運行時代矩頻特性當步進電動機高頻恒頻運行時，電動機處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這時的電動機轉(zhuǎn)矩稱動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性。圖8-22步進電動機的矩頻特性步進電動機的另一個重要指標是起動頻率，也稱突跳頻率，它是指電動機空載時使轉(zhuǎn)子從靜止不失步地拉入同步的最大脈沖頻率。

當要電動機高頻運行，頻率高于起動頻率時，就不能直接加這一頻率的電源把步進電動機從靜止狀態(tài)起動起來。

這時就要對步進電動機的電源進行升、降頻控制，使電動機能夠正常起動與停車。特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。SR電機為雙凸極式結(jié)構(gòu)，其定、轉(zhuǎn)子磁極通常由普通硅鋼片疊壓而成。定子磁極繞有集中繞組，轉(zhuǎn)子磁極既沒有繞組，也沒有永久磁鐵，更沒有換向器和集電環(huán)。

圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。

圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。

SR電機轉(zhuǎn)子上徑向相對的兩個極，稱為一個轉(zhuǎn)子極對。SR電機按相數(shù)分，有單相、兩相、三相、四相及多相電機。按氣隙方向分，有軸向式、徑向式和徑向-軸向混合式結(jié)構(gòu)。圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。

小容量家用電器上用的SR電機多為單相或兩相徑向一軸向式結(jié)構(gòu)，工業(yè)用驅(qū)動電動機多采用三相或四相徑向單齒式結(jié)構(gòu)。圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。從結(jié)構(gòu)上看，SR電機與大步距的步進電動機類似，實際上二者有根本的區(qū)別。

首先，SR電機相電流導(dǎo)通角可控，且與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，為此，轉(zhuǎn)軸上應(yīng)裝設(shè)位置檢測器;步進電動機由方波電流供電，可無位置檢測裝置。其次，SR電機能在較寬的范圍內(nèi)調(diào)速，并能高效地進行能量轉(zhuǎn)換；步進電動機無此功能。圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。

SR電機是依靠磁阻效應(yīng)運行的，其運行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使其主軸線與磁場的軸線重合。圖8-238/6極SR電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。當A相繞組通電（其他相斷電）時，產(chǎn)生了以為軸線的磁場，磁拉力作用于最臨近的轉(zhuǎn)子極對，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直到該轉(zhuǎn)子極對的軸線與軸線重合；然后，A相斷電，再依次讓各相按A→B→C→D或A→D→C→B順序通電。

這樣，轉(zhuǎn)子便會按逆時針或順時針方向旋轉(zhuǎn)。圖8-24A相繞組供電電路第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。當主開關(guān)器件S1、S2導(dǎo)通時，A相繞組從直流電源吸收電能；

而當S1、S2關(guān)斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管VD1、VD2續(xù)流，并回饋給電源Us。

因此，SR電機驅(qū)動的共性特點是具有再生作用，系統(tǒng)效率高。圖8-24A相繞組供電電路第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機一、開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM，簡稱SR電機），與反應(yīng)式同步電動機和反應(yīng)式步進電動機一樣，也是依靠磁阻效應(yīng)工作的一種電動機。當主開關(guān)器件S1、S2導(dǎo)通時，A相繞組從直流電源吸收電能；

而當S1、S2關(guān)斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管VD1、VD2續(xù)流，并回饋給電源Us。

因此，SR電機驅(qū)動的共性特點是具有再生作用，系統(tǒng)效率高。圖8-24A相繞組供電電路

由上述運行原理可見，SR電機的旋轉(zhuǎn)方向與相繞組的電流方向無關(guān)，并且改變相繞組通電切換頻率（功率變換器輸出頻率）即可改變電機的轉(zhuǎn)速。二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系圖8-25定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置展開圖及相電感曲線

1.每相電感系數(shù)SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):“理想化”線性SR電機繞組電感的分段線性解析式，即式中，二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系

SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):每相電壓方程為：式中，當開關(guān)S導(dǎo)通期間，當開關(guān)S關(guān)斷期間，二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系

SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):忽略每相繞組電阻r

改寫為：二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系

SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

二、開關(guān)磁阻電動機的電磁關(guān)系3.電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系SR電機每相繞組的電感系數(shù)L與電流i無關(guān);忽略極間磁阻的邊沿效應(yīng);忽略各種損耗，且開關(guān)動作是瞬時完成的;轉(zhuǎn)子角速度為常數(shù)。假設(shè):

磁共能的表達式為SR電機每相的線性瞬時轉(zhuǎn)矩表達式為SR電機僅在電感系數(shù)發(fā)生變化時，才有可能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。并且，在電感上升區(qū)域產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩，在電感下降區(qū)域產(chǎn)生反向電磁轉(zhuǎn)矩。這樣，通過控制相電流的導(dǎo)通時刻，即可方便地控制SR電機的電磁轉(zhuǎn)矩。三、SR電機的控制方式1.

APC

三、SR電機的控制方式1.

APC

在SR電機的控制中，要遵循一個原則，即在電機制動運行時，應(yīng)使得電流波形位于電感波形的下降段；而在電機電動運行時，應(yīng)使電流波形的主要部分位于電感波形的上升段。

APC的優(yōu)點：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大；可允許多相同時通電，以增加電機輸出轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩脈動??；可實現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。但APC不適于低速運行，一般在高速運行時應(yīng)用。三、SR電機的控制方式2.

CCC

三、SR電機的控制方式2.

CCC

a)限制電流上、下幅值的控制在一個控制周期內(nèi)，給定電流最大值和最小值，使相電流與設(shè)定的上下限值進行比較，當大于設(shè)定最大值時，則控制該相功率開關(guān)管關(guān)斷，而當相電流降低到設(shè)定最小值時，功率開關(guān)管重新開通，如此反復(fù)。圖8-27限定電流上下限的CCC波形

由于一個周期內(nèi)，相繞組電感不同，電流的變化率也不同，因此，斬波頻率疏密不均，在低電感區(qū)，斬波頻率較高;在高電感區(qū)，斬波頻率下降。斬波頻率一般很高，開關(guān)損耗大，好處是轉(zhuǎn)矩脈動小。三、SR電機的控制方式2.

CCC

b)電流上限和關(guān)斷時間恒定當相電流大于電流斬波上限值時，就將功率開關(guān)元件關(guān)斷一段固定的時間再開通。而重新導(dǎo)通的觸發(fā)條件不是電流的下限而是定時。在每一個控制周期內(nèi)，關(guān)斷時間恒定，但電流下降多少取決于繞組電感量、電感變化率、轉(zhuǎn)速等因素，因此電流下限并不一致。關(guān)斷時間過長，相電流脈動大，易發(fā)生“過斬”；關(guān)斷時間過短，斬波頻率又會較高，功率開關(guān)元件開關(guān)損耗增大。應(yīng)該根據(jù)電機運行的不同狀況來選擇關(guān)斷時間。三、SR電機的控制方式3.電壓斬波控制

電壓斬波控制是某相繞組導(dǎo)通階段，在主開關(guān)的控制信號中加入PWM信號，通過調(diào)節(jié)占空比D來調(diào)節(jié)繞組端電壓的大小，從而改變相電流值。

具體方法是在固定開通角和關(guān)斷角的情況下，用PWM信號來調(diào)制主開關(guān)器件相控信號，通過調(diào)節(jié)此PWM信號的占空比，以調(diào)節(jié)加在主開關(guān)管上驅(qū)動信號波形的占空比，從而改變相繞組上的平均電壓，進而改變輸出轉(zhuǎn)矩。

電壓斬波控制是通過PWM的方式調(diào)節(jié)相繞組的平均電壓值，間接調(diào)節(jié)和限制過大的繞組電流，抗負荷擾動的動態(tài)響應(yīng)快，適合于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

這種控制實現(xiàn)容易，且成本較低。

它的缺點在于導(dǎo)通角度始終固定，功率管開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗大，不能精確地控制相電流。特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣取Ｋ倪\行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。直流伺服電動機可分為永磁式和電磁式兩種，它的基本結(jié)構(gòu)與普通小型直流電動機相同。

電磁式直流伺服電動機有兩種控制方式，一種是電樞控制方式，另一種是磁場控制方式。

第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣取Ｋ倪\行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

圖8-28直流伺服電動機控制方式第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣?。它的運行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。以電樞控制方式為例來分析直流伺服電動機。

與普通直流電動機一樣，直流伺服電動機的機械特性也是指電樞電壓(控制電壓)恒定時其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線。它的表達式一也是由電壓平衡方程式、電動勢公式和電磁轉(zhuǎn)矩公式，即以下三式：第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣?。它的運行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

聯(lián)立得出，其機械特性的表達式為

這與普通直流電動機的機械特性表達式完全相同，它是一條直線。圖8-29直流伺服電動機的機械特性第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣?。它的運行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

為使機械特性有普遍意義，直流伺服電動機的機械特性常以標么值表示，為此必須首先為轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和控制電壓選擇合適的基值。第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣?。它的運行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

從而得出第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣取Ｋ倪\行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

從而得出圖8-30標幺值機械特性第五節(jié)伺服電機一、直流伺服電動機伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件又稱執(zhí)行電動機，它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣取Ｋ倪\行狀態(tài)由控制信號控制，轉(zhuǎn)速高低應(yīng)與控制電壓成正比。加上控制電壓，它應(yīng)當立刻旋轉(zhuǎn)；

去掉控制電壓，它應(yīng)當立刻停轉(zhuǎn)。

伺服電動機有直流和交流之分，下面先來分析直流伺服電動機。

圖8-31標幺值調(diào)節(jié)特性二、交流伺服電動機

1.交流伺服電動機的磁動勢(1)兩相對稱分量法

分析不對稱系統(tǒng)最有效的方法是用對稱分量法，將其分成對稱系統(tǒng)的疊加，然后按對稱系統(tǒng)對它加以分析，最后合成得出結(jié)論。

因此，先介紹一下兩相對稱分量法。為簡單起見，只分析兩相對稱繞組加兩相不對稱電壓時的情況。這樣只要將不對稱電壓用對稱分量法分解就可以了。二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(1)兩相對稱分量法

二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(1)兩相對稱分量法

二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(2)兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢三相對稱繞組流過三相對稱電流時產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。實際上，任何多相對稱繞組流過對稱多相電流都產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，兩相也不例外。

因兩相繞組匝數(shù)及繞組系數(shù)都相等，所以兩相繞組脈振磁動勢的幅值也相等，為二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(2)兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢兩相繞組的脈振磁動勢表達式為應(yīng)用三角函數(shù)公式將上兩式分解則有從而得出合成磁動勢，即可見，合成磁動勢為沿a軸在空間向前傳播的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢前面分析的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，如果用空間旋轉(zhuǎn)矢量來表示，它的矢量端點軌跡是一個圓。當兩相繞組或兩相電流不對稱時，它產(chǎn)生的磁動勢就不再是圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢了，而是一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，它的空間旋轉(zhuǎn)矢量端點軌跡是一個橢圓。

二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢

正序電流產(chǎn)生正序圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，負序電流產(chǎn)生負序圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。

把上面兩個方向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢合成，就得到了兩相不對稱電流產(chǎn)生的合成磁動勢，它是一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢

選擇兩個空間旋轉(zhuǎn)矢量正好重合的瞬間作為時間t的起始點，并把此時空間矢量的位置作為空間坐標a的起點，在圖8-32的橫坐標軸u軸方向上。圖8-32橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢

圖8-32橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢

二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢圖8-32橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢假定某一時刻合成磁動勢在u軸上的投影為u，在v軸上的投影為v，則有上兩式可以寫成二、交流伺服電動機1.交流伺服電動機的磁動勢(3)兩相繞組產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢圖8-32橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢兩式平方相加可得

二、交流伺服電動機2.交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理的磁動勢圖8-33交流伺服電動機接線圖交流伺服電動機按結(jié)構(gòu)分主要有兩大類，一類是籠型伺服電動機，另一類是杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機?；\型伺服電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理與三相籠型異步電動機相似，只不過它的定子是兩相繞組，接線圖如圖8-33所示。工作時兩相繞組產(chǎn)生橢圓形或圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生短路電流及電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)動。二、交流伺服電動機3.交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除

二、交流伺服電動機3.交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除

相對反向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率為二、交流伺服電動機3.交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除

圖8-35單相電動機的機械特性二、交流伺服電動機3.交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除圖8-35單相電動機的機械特性

二、交流伺服電動機3.交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除圖8-36加大轉(zhuǎn)子電阻后的機械特性電動機的機械特性

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-37異步伺服電動機的機械特性

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-37異步伺服電動機的機械特性

伺服電動機的機械特性有如下特點：

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-37異步伺服電動機的機械特性

伺服電動機的機械特性有如下特點：

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-37異步伺服電動機的機械特性(2)交流異步伺服電動機的控制方法

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-37異步伺服電動機的機械特性(2)交流異步伺服電動機的控制方法

二、交流伺服電動機4.交流伺服電動機的特性及控制方法圖8-38幅值控制時的標幺值機械特性（3）用標么值表示的機械特性與調(diào)節(jié)特性機械特性

圖8-39幅值控制時的調(diào)節(jié)特性特種電機第—節(jié)永磁同步電動機第二節(jié)永磁無刷直流電動機第三節(jié)步進電機第四節(jié)開關(guān)磁阻電動機第五節(jié)伺服電機第六節(jié)直線電機第七節(jié)高溫超導(dǎo)電機第六節(jié)直線電機一、直線電動機的分類直線電動機(LinearMotor)是近年來國內(nèi)外積極研究發(fā)展的新型電動機之一。在需采用直線驅(qū)動的場合，相對于采用旋轉(zhuǎn)電動機間接實現(xiàn)直線運動的裝置，直線電動機由于不需要中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，可解決前者存在的體積大、效率低、精度低等問題。目前，在交通運輸、機械工業(yè)、儀器儀表工業(yè)中，直線電動機已得到推廣和應(yīng)用。設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動機沿徑向剖開并拉直，就得到了直線電動機。旋轉(zhuǎn)電動機的徑向、周向和軸向，在直線電動機中分別稱為法向、縱向和橫向。圖8-40旋轉(zhuǎn)電動機到直線電動機的演化二、直線電動機的運行原理1.直線異步電動機的結(jié)構(gòu)特點初級次級氣隙端部效應(yīng)圖8-41管形直線電動機的結(jié)構(gòu)a)餅式線圈b)典型結(jié)構(gòu)圖8-42柵形磁極圖8-43雙邊型直線電動機的磁通路徑圖8-44嵌置銅環(huán)或鋁環(huán)的管形直線電動機磁極二、直線電動機的運行原理1.直線異步電動機的結(jié)構(gòu)特點(a)次級電流分布(理想狀態(tài))(b)次級電流分布(實際狀態(tài))圖8-45電機次級電流分布及磁場橫向邊端效應(yīng)示意圖圖8-46直線電動機的工作原理

二、直線電動機的運行原理1.直線異步電動機的結(jié)構(gòu)特點圖8-46直線電動機的工作原理

場移動速度（單位：m/s）為若次級移動的速度用表示，則滑差率為次級移動速度為三、直線電動機傳動的特點直線電動機傳動主要具有以下優(yōu)點：由于省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，簡化了整個裝置或系統(tǒng)，節(jié)約了成本，縮小了體積。由于不存在中間傳動機構(gòu)的