控制电机及特种电机综述

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1、苏丽华 第十五单元 控制电机及特种电机 第十五单元 控制电机及特种电机 第一节 测速发电机 第二节 伺服电动机 第三节 步进电动机 第四节 交磁电机放大机 第五节 电磁调速电动机 第六节 电焊机 控制电机及特种电机 l特点： 动作灵敏、 准确度高、 质量轻、 体积小、 耗电少及 运行可靠。 控制电机及特种电机 第一节 测速电动机 1、测速发电机广泛用于各种转速的电磁装置。在自动控制系 统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来 提高系统稳定性和精度；也可作为加速或延迟信号用或用来 测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。 2、测速发电机分为直流和交流两种。 测速发电机 一、

2、交流测速发电机 l交流测速发电机分为：同步和异步测速发电 机。 l在实际应用中杯形转子异步测速发电机使用 较广泛。 1、基本机构 l图中的转子是一个薄壁非磁性杯形转子。 l一般杯形转子用高电阻率硅锰青铜或锡锌青铜制成。 一、交流测速发电机 一、交流测速发电机 2、工作原理 2、工作原理 (1)杯形转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差 90电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。 (2)工作原理： 当定子励磁绕组外接频率的恒压交流电 源 ，励磁绕组中有电流流过，在直轴上产生磁通。在转 子不动时，输出绕组不产生感应电动势。在转子转动时， 转子切割直轴磁通，在杯型转子中产生感应电动机。 一

3、、交流测速发电机 1、结构 (1)直流测速发电机在结构上与普通小型直流发电机 相同。 (2)按励磁方式分：他励式和永磁式。 永磁式的定子是用永磁钢制成。 二、直流测速发电机 永磁式直流测速发电机 他励式直流测速发电机 此外按电枢机构分为无刷式、直线式、无槽电枢等。 二、直流测速发电机 l发电机电刷两端接上负载电阻RL 后， RL两端的电压是输出电压。 负载时测速发电机的输出电压等 于感应电势减去它的内阻压降， 即 Ua=Ea-IaRa 直流电势公式:Ea=Cen 2、直流测速发电机的工作原理 Ia TG Ua + Ea - RL n l称为直流发电机电压平衡方程式。 l式中，Ra为电枢回路的总

4、电阻，它包括电枢绕组的电阻、 电 刷和换向器之间的接触电阻；Ia为电枢总电流，且有以下输出 特性 只要保持、Ra和 RL不变，Ua与 n就 成正比关系。 根据 Ua=Ea- IaRa 和 Ia=Ua / RL 得 Ua = 1+(Ra /RL) Ea Ua = Ce 1+ Ra RL n Ea=Ce n l指输出电压与输入转速之间的 函数关。 = K n Ia TG Ua + Ea - RL n 输出特性: 第二节 伺服电动机 伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。 考点：伺服电动机的作用将输入电压信号转换为 轴上的角位移或角速度输出。 1、伺服电动机的作用： 2、伺服电动机的分类： 1

5、、结构 l定子：交流伺服电动机的 定子与一般单相异步电动 机的定子相似。 l转子：其转子的结构有笼 型和非磁性杯形两种，其 中笼型伺服电动机应用最 广泛。 一、交流伺服电动机 一、交流伺服电动机 2、工作原理 原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕 组 励磁绕组和控制绕组。 励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。 控制绕组 励磁绕组 转子 适当选择电容的大小，可使通 入两个绕组的电流相位差接近 90，因此便产生旋转磁场，在 旋转磁场的作用下，转子便转动 起来。 工作时两个绕组中产生的电流 和 的相 位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场 的作用下，转子转动起来。 2、工作原理 交流伺服电

6、动机的特点： 1、为了便于控制转速，把转子电阻设计的很高时 ，使电动机的机械特性变得很软。 2、交流伺服电动机的机械特性曲线如下： 二、直流伺服电动机 结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做 得细长一些。 工作原理：与直流电动机相同。 分类：电磁式（他励式）和永磁式直流伺服电动机。 由机械特性可知： (1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。 (2)U2=0时，电机立即停转。 M U1 If Ia U2 放 大 器 U U1为励磁电压，U2为电枢电压 。 二、直流伺服电动机 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常 用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1- 600W。它的用

7、途很多，如随动系统中的位置控 制等。 三、应用： 第三节 步进电动机 每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。因此，其位移与脉冲数成正比。 考点：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转 换成线位移或角位移的电机。 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变方向。 步进电动机 种类（按工作原理）： （考点）有反应式、永磁式和永磁感应式。区别在 于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进 电机的转子上没有励磁线圈。 应用： 步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。 下面以反应式步进电机

8、为例说明步进电机的结构和 工作原理。 1、结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子 转子 定子绕组 二、工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相 单双六拍、三相双三拍等。 1、三相单三拍 （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A 相 B 相 C 相 通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相 （3）工作过程 化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的 磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。 A 相通电，A 方向的磁通 经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向 原有一定角度，则在磁 场的作用下，

9、转子被磁 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 C A B BC A 3 4 1 2 C A B BC A 3 4 1 2 同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相 对A相通电位置转30；C相通电再转30。 1 C 3 42 C A B B A 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。 三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 60。此角称为 步距角，用S表示。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序 ，改变通电顺序即可改变转向。 二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作

10、过程： A相通电，转子1、3齿和A相对齐。 C A B BC A 3 4 1 2 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15。 （1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。 A、B相同时通电 （2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 C A B BC A 3 4 1 2 总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。 C A B BC A 3 4 1 2 B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。 三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。 AB通电 C A B BC A 3 4 1 2 C

11、A B BC A 3 4 1 2 BC通电 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转 30，即 S = 30。 CA通电 C A B BC A 3 4 1 2 结 束 谢谢！ 复 习 1、直流测速发电机可分成他励式和（ ）测速发电机。 A、串励式 B、永磁式 C、同步式 答案：B 2、伺服电动机的作用是（ ）。 A、测量转速 B、功率放大 C、把脉冲信号转变成直线位移或角位移 D、把输入的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度 答案：D 复 习 3、步进电机的作用是（ ）。 A、测量转速 B、功率放大

12、C、把脉冲信号转变成直线位移或角位移 D、把输入的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度 答案： C 4、步进电动机按工作原理可分永磁式和（ ）等。 A、同步式 B、反应式 C、异步式 D、直接式 答案： B （反应式、永磁式和永磁感应式） 第四节 交磁电机放大机 1、交磁电机放大机是一种用于自动控制系统中的旋转式放 大元件，它能将微弱的控制信号放大成较强的电功率输出， 其功率放大倍数很大，可达200 50000 倍。 2、由于这种放大机是利用交轴磁场进行放大工作的，所以 称为交磁电机放大机或交融放大机。 交磁电机放大机 一、基本结构 第二部分 交磁电机扩大机 交磁电机放大机 交磁电机扩大机实际

13、上是一种特殊的直流发电机，其电枢 绕组和普通直流发电机一样。 但在换向器上放有两对电刷，一对和普通直流发电机相同 ，放在磁极中性线上，即与磁极辐线正交，称为交轴电刷 ；另一对称为作直轴电刷，放在磁极轴线上。 交磁电机扩大机的定子结构 如图1-4-34 所示，其定子铁 心由硅钢片冲叠而成，铁心 上有大、中、小三种槽形， 槽内分别嵌入不同绕组。为 了易于做到气隙均匀、磁极 位置准确，交磁电机扩大机 的定子多采用隐极结构。 交磁电机放大机 一、基本结构 (1)控制绕组 嵌装在大槽内，一般装有2-4 个绕组，以 便实现自动控制系统中的各种反馈。 (2) 补偿绕组 分布在定子的大槽和小槽中，与电枢绕 组

14、串联，用来补偿直轴电枢反应磁通。 (3) 换向绕组 嵌装在中槽内，用以改善直轴换向。装 置在中槽之间的一个定子齿就形成了交 磁电机扩大机直轴方向的换向极，使用 时，换向绕组与电枢绕组串联。 交磁电机放大机 一、基本结构 (4) 交轴助磁绕组 嵌装在中槽内，串接在交轴电刷之间 ，产生的交轴磁通与直轴磁通同向， 在一定的直轴额定输出时，交轴电流 可以减小，改善了交轴换向。 (5) 交流去磁绕组 装在大槽底处的铁轭部分，工作时通 入交流电流，可减小剩磁电压，其磁 通不经过空气隙而只经过磁轭。 一、基本结构 交磁电机放大机 思考题： 练习： 1、交磁电机放大机是一种用于自动控制系统中的( )元件。 (

15、A) 固定式放大 (B) 旋转式放大 (C) 电子式放大 (D) 电流放大 答案：B 2、交磁电机放大机中去磁绕组的作用是（ ）。 (A)减小主磁场 (B)增大主磁场 (C)减小剩磁电压 (D)增大剩磁电压 答案：C 第五节 电磁调速电动机 第一部分 电磁调速异步电动机 1、电磁调速电动机（又称滑差电动机）是一种使用三 相交流电源，能在一定范围内无级平滑、宽广调速的 电动机。 2、它主要由异步电动机、测速发电机、电磁转差离合 器及控制器组成。 3、电磁调速异步电动机结构较简单、运行可靠、维修 方便，适用作为恒转矩和风机类等设备的动力。 电磁调速电动机 第一部分 电磁调速异步电动机 一、电磁调速电动机的组成 电磁调速电动机的基本结构型式分为组合式和整体式两大类， 分别如图1 -4-31和图1-4-32 所示。 1、组合式 是把封闭式异步电动机的凸缘端盖与离合器机座 合装成为一个整体。 2、整体式 是把多速异步电动机的定子压装在离合器的同一 机座内构成一个整体。 第一部分 电磁调速异步电动机 一、电磁调速电动机的组成 二、电磁转差离合器的工作原理 电磁转差离