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1、学习情境4 特种电机（单相特种电机（单相/ /伺服伺服/ /测速测速/ /步进电机）的选择与使用步进电机）的选择与使用任务任务4.1 单相异步电动机的选择与使用单相异步电动机的选择与使用 任务任务4.2 单相异步电动机控制实例单相异步电动机控制实例电风扇控制电风扇控制任务任务4.3 伺服电机、测速发电机的选择与使用伺服电机、测速发电机的选择与使用任务任务4.4 步进电机的使用与选择步进电机的使用与选择电机控制与维修化学工业出版社化学工业出版社 【任务目标】【任务目标】技能目标：技能目标：1.能根据使用场合选择合适单相交流电动机；能根据使用场合选择合适单相交流电动机；2.能根据要求选择合适的伺服
2、、测速、步进电机能根据要求选择合适的伺服、测速、步进电机 。知识目标：知识目标：1.能定性描述特种电机的转动原理；能定性描述特种电机的转动原理；2.熟悉特种电机的特点、选择与应用。熟悉特种电机的特点、选择与应用。电机控制与维修学习情境4 特种电机（单相特种电机（单相/ /伺服伺服/ /测速测速/ /步进电机）的选择与使用步进电机）的选择与使用任务任务4.1 4.1 单相异步电动机单相异步电动机的选择与使用的选择与使用 【任务描述】【任务描述】 单单相相异异步步电电动动机机是是用用单单相相交交流流电电源源供供电电的的一一类类驱驱动动用用电电机机，凡凡是是有有普普通通民民用用电电器器的的地地方方都
3、都可可以以使使用用。它它具具有有结结构构简简单单、成成本本低低廉廉、运运行行可可靠靠、维维修修方方便便等等一一系系列列优优点点。所所以以广广泛泛应应用用于于各各行行各各业业和和人人们们的的日日常常生生活活中中，与人们的工作、学习和生活有着极密切的关系。与人们的工作、学习和生活有着极密切的关系。 本本任任务务主主要要研研究究单单相相异异步步电电动动机机的的基基本本原原理理和和结结构构以及调速和反转等。以及调速和反转等。电机控制与维修【子任务目标】【子任务目标】技能目标：技能目标：1.学会单相异步电动机的接线和操作使用；学会单相异步电动机的接线和操作使用；2.能根据负载要求和应用场合选择合适的电动
4、机容量和能根据负载要求和应用场合选择合适的电动机容量和型式。型式。知识目标：知识目标：1.了解单相异步电动机的特点和用途；了解单相异步电动机的特点和用途；2.熟悉单相异步电动机结构与工作原理；熟悉单相异步电动机结构与工作原理；3.掌握单相异步电动机的起动、反转与调速控制方法。掌握单相异步电动机的起动、反转与调速控制方法。 电机控制与维修任务任务4.1 4.1 单相异步电动机单相异步电动机的选择与使用的选择与使用 （一）单相异步电动机结构和工作原理（一）单相异步电动机结构和工作原理1.1.单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理 单单相相异异步步电电动动机机仅仅仅仅是是指指由由单单相相交
5、交流流电电源源供供电电的的异异步步电电动动机机，并并不不表表示示电电机机的的定定子子上上只只有有一一相相绕绕组组，因因为为这这种种异异步步电电动动机机不不能能产产生生起起动动转转矩矩，因因此此单单相相电电动动机机的的定定子子上上必必须须有有两两套套绕绕组组，一一个个称称为为主主绕绕组组，另另一一个个称称为为副副绕绕组组，主主、副副绕绕组组在在定定子子空空间间布布置置上上相相差差电电度度角角，同同时时使使两两套套绕绕组组中中的的电电流流在在时时间间上上也也有有不不同同相相位位。例例如如在在副副绕绕组组上上串串联联一一个个适适当当的的电电容容器器即即可可达达到到上上述述目目的的。这这样样，两两套套
6、绕绕组组就就共共同同产产生生一一个个相相差差电电度度角角的的两两相相旋旋转转磁磁场场，从从而而在在转转子子上上产产生生转转矩矩，用用以以起起动动电电动动机机。电电动动机机转转动动起起来来后后起起动动装装置置适适时时地地自自动动将将辅辅助助绕绕组组从从电电源源断断开开，仅剩下主绕组在线路上工作。仅剩下主绕组在线路上工作。电机控制与维修任务任务4.1 4.1 单相异步电动机单相异步电动机的选择与使用的选择与使用【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 (a) （b）（c） 图图4.1.1 两相绕组产生的两相旋转磁场两相绕组产生的两相旋转磁场任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】放大
7、图图（a）中中，两两个个电电流流在在相相位位上上相相差差90， （b）中中所所示示为为在在空空间间布布置置上上相相差差电电度度角角的的两两相相绕绕组组。将将通通入入绕绕组组A-X，通通入入绕绕组组B-Y。线线端端A、B为为绕绕组组首首端端，线线端端X、Y为为末末端端。正正电电流流从从绕绕组组的的首首端端流流入入，负负电电流流从从绕绕组组的的末末端端流流入入。（c）中中显显示示了了与与两两个个电电流流 5个个瞬瞬时时所所产产生生的的磁磁场场情情况况，从从图图中中可可以以看看出出，当当电电流流变变化化一一周周时时，磁磁场场也也旋旋转转了了一一周周。综综上上所所述述，我我们们只只要要将将相相位位上上
8、相相差差的的两两个个电电流流通通入入在在空空间间相相差差电电度度角角的的绕绕组组，就就能能使使单单相相异异步步电电动动机机产产生生一一个个两两相相旋旋转转磁磁场场。在在其其作作用用下下，转转子子得得到到起起动转矩而转动。动转矩而转动。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】2.2.单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构 单相异步电动机由两个基本部分组成：定子和转子。单相异步电动机由两个基本部分组成：定子和转子。 （1）定子部分）定子部分 单相异步电动机的定子部分包括机座、铁芯和绕组三大部分。单相异步电动机的定子部分包括机座、铁芯和绕组三大部分。 机机座座主主要
9、要用用来来支支撑撑定定子子铁铁芯芯和和固固定定端端盖盖、机机座座有有铸铸铁铁、铸铸铝铝和和钢钢板结构等几种。板结构等几种。 定定子子绕绕组组是是由由带带有有绝绝缘缘的的高高强强度度漆漆包包线线绕绕制制而而成成。定定子子绕绕组组型型式式常为单层、双层、单双层绕组和正弦绕组。常为单层、双层、单双层绕组和正弦绕组。 定定子子绕绕组组一一般般为为两两相相绕绕组组，即即主主绕绕组组和和副副绕绕组组。主主、副副绕绕组组的的轴轴线线在在空空间间一一般般相相隔隔电电度度角角。为为了了改改善善性性能能，有有时时把把两两相相绕绕组组的的轴轴线线设设计成非正交。计成非正交。 （2）转子部分）转子部分 转子部分包括转
10、子铁芯、转子绕组、转轴和风扇等部分。转子部分包括转子铁芯、转子绕组、转轴和风扇等部分。 转子绕组一般采用笼型绕组，通常用铝压铸或离心浇铸而成。转子绕组一般采用笼型绕组，通常用铝压铸或离心浇铸而成。 风扇用来加强电机的通风散热。一般由聚丙烯注塑而成。风扇用来加强电机的通风散热。一般由聚丙烯注塑而成。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】（二）单相异步电动机类型与特性（二）单相异步电动机类型与特性 单单相相异异步步电电动动机机本本身身没没有有起起动动转转矩矩，不不能能自自行行起起动动的的起起动动，要要使使电电动动机机起起动动就就必必须须有有一一个个旋旋转转磁磁场场
11、，也也就就是是要要使使定定子子产产生生一一个个旋旋转转磁磁场场，最最好好是是产产生生一一个个圆圆形形旋旋转转磁磁场场。有了旋转磁场，单相异步电动机就能起动。有了旋转磁场，单相异步电动机就能起动。 常常用用的的办办法法是是在在电电动动机机的的定定子子上上安安放放两两相相定定子子绕绕组组，使使两两相相绕绕组组在在圆圆周周上上相相差差电电角角度度，并并将将单单相相电电源源通通过过电电阻阻、电电容容和和电电抗抗的的合合理理配配合合分分为为有有相相位位差差的的两两相相电电源源，将将它它们们分分别别接接在在两两绕绕组组上上，两两相相电电源源加加在在两两绕绕组组上上以以后后，能能产产生生旋转磁场，在笼型转子
12、上产生起动转矩。旋转磁场，在笼型转子上产生起动转矩。 根根据据使使定定子子产产生生旋旋转转磁磁场场的的方方法法，可可将将单单相相异异步步电电动动机机分分为为电电阻阻分分相相式式电电动动机机、电电容容分分相相式式电电动动机机和和罩罩极极式式电电动机三类。动机三类。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】1.1.罩极式电动机罩极式电动机 1）结构与原理）结构与原理 罩罩极极式式电电动动机机在在单单相相异异步步电电动动机机中中结结构构最最简简单单。其其转转子子为为笼笼型型，在在用用硅硅钢钢片片冲冲压压而而成成的的转转子子铁铁芯芯槽槽中中铸铸有有铝铝制制笼笼型型绕绕组组。
13、其其定定子子也也是是用用硅硅钢钢片片冲冲压压而而成成，主主要要制制成成凸凸极极式式和和隐隐极极式式两两种种形形式式。罩罩极极式式电电动动机机的的工工作作原原理理如如图图所所示示，定定子子上上有有凸凸出出的的磁磁极极，主主绕绕组组就就安安置置在在这这个个磁磁极极上上。在在磁磁极极表表面面的的 1/3 处处开开有有一一个个凹凹槽槽，将将磁磁极极分分成成大大小小两两部部分分，并并在在磁磁极极小小的的部部分分套套着着一一个个短短路路铜铜环环，磁磁极极的的一一部部分分被被罩罩起起来来，它它相相当当于于一一个个辅辅助助绕绕组组。当当定定子子绕绕组组中中接接入入单单相相电电源源后后，则则磁磁极极中中将将会会
14、产产生生交交变变磁磁通通，从从而而铜铜环环内内产产生生一一个个相位滞后的感应电流。相位滞后的感应电流。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】这这样样被被罩罩部部分分和和未未罩罩部部分分就就产产生生了了两两个个空空间间位位置置不不一一致致，且且在在时时间间上上有有一一定定相相位位差差的的交交变变磁磁通通，在在电电机机气气隙隙中中构构成成一一个个近近似似的的旋旋转转磁磁场场呈呈脉脉动动变变化化。这这个个旋旋转转磁磁场场切切割割转转子子后，使转子绕组中产生后，使转子绕组中产生感应电流。载有电流的感应电流。载有电流的转子绕组与定子旋转磁转子绕组与定子旋转磁场相互作用的结
15、果，使场相互作用的结果，使转子得到起动转矩，从转子得到起动转矩，从而使转子由磁极未罩部而使转子由磁极未罩部分向被罩部分旋转。分向被罩部分旋转。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】图图4.1.2 单相罩极式电动机工作原理图单相罩极式电动机工作原理图放大2）主要特性）主要特性 （1）起动转矩）起动转矩 单相罩极电动机的起动转矩很小，通常只单相罩极电动机的起动转矩很小，通常只有满载转矩的有满载转矩的 3050。因此，只能拖动轻负载起动的。因此，只能拖动轻负载起动的机电器械。机电器械。（2）效率）效率 单相罩极电动机的效率很低，与其他型式的比单相罩极电动机的效率很低，
16、与其他型式的比较，大约要低较，大约要低 815。（3）功率因数）功率因数 由于效率低由于效率低，功率因数也就比较低。，功率因数也就比较低。（4）额定电流）额定电流 单相罩极电动机在空载、满载和堵住时。单相罩极电动机在空载、满载和堵住时。电流的变化都很小，因此，就是将电动机转子堵住不转，电流的变化都很小，因此，就是将电动机转子堵住不转，罩极电动机也不会发生任何故障。罩极电动机也不会发生任何故障。（5）额定转速）额定转速 单相罩极电动机的实际转速略低于电机的单相罩极电动机的实际转速略低于电机的同步转速。同步转速。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】2.2.分相式电
17、动机分相式电动机1）结结构构与与原原理理 单单相相分分相相式式电电动动机机的的转转子子为为笼笼型型结结构构，定定子子采采用用齿齿槽槽式式。一一般般主主绕绕组组占占定定子子总总槽槽数数的的2/3，辅辅助助绕绕组组占占1/3，如图如图 。 单相分相式电动机在单相分相式电动机在起动时为了使起动用辅助起动时为了使起动用辅助绕组电流与运行用主绕组绕组电流与运行用主绕组电流在时间上产生相位差，电流在时间上产生相位差，通常用增大辅助绕组本身通常用增大辅助绕组本身的电阻或在辅助绕组回路的电阻或在辅助绕组回路中串联电阻的方法达到。中串联电阻的方法达到。以电阻分相式为例，由于以电阻分相式为例，由于两套绕组中的电阻
18、和电抗两套绕组中的电阻和电抗电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】图图4.1.3 分相式电动机绕组布置图分相式电动机绕组布置图放大不不同同，所所以以电电阻阻大大电电抗抗小小的的辅辅助助绕绕组组中中的的电电流流，比比主主绕绕组组中中的的电电流流先先期期达达到到最最大大值值。因因而而在在两两套套绕绕组组之之间间出出现现一一定定的的相相位位差差，形形成成了了两两相相电电流流。结结果果就就建建立立起起了一个旋转磁场，转子就因电磁感应作用而旋转。了一个旋转磁场，转子就因电磁感应作用而旋转。 单单相相分分相相式式电电动动机机的的起起动动依依赖赖定定子子铁铁芯芯上上相相差差电
19、电度度角角的的主主、辅辅助助绕绕组组来来完完成成，一一般般将将辅辅助助绕绕组组选选用用细细导导线线来来增增加加电电阻阻，因因此此，辅辅助助绕绕组组导导线线的的电电流流密密度度都都比比主主绕绕组组大大，所所以以能能短短时时间间工工作作。单单相相分分相相式式电电动动机机的的起起动动，可可以以用用离离心心开开关关或或多多种种类类型型的的起起动动继继电电器器来来完成。完成。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】2）主要特性）主要特性 （1）起动转矩）起动转矩 分相式电动机的起动转矩一般是满载转分相式电动机的起动转矩一般是满载转矩的两倍，因此应用范围很广，如电冰箱的配套
20、电动机。矩的两倍，因此应用范围很广，如电冰箱的配套电动机。 （2）额额定定转转速速 分分相相式式电电动动机机的的转转速速很很稳稳定定，它它的的大大小小随随定定子子极极数数和和电电源源频频率率而而变变。它它加加速速过过程程很很快快，不不到到一一秒秒钟钟即可达到额定转速。即可达到额定转速。 （3）效效率率 分分相相式式电电动动机机的的效效率率因因设设计计性性能能、容容量量大大小小和转速高低的不同而改变，和转速高低的不同而改变，一般约为一般约为 5060。 （4）功功率率因因数数 分分相相式式电电动动机机的的功功率率因因数数，也也随随电电机机的的设设计计性性能能、容容量量大大小小、转转速速高高低低而
21、而不不同同。一一般般在在满满载载时时约约为为0.50.6。因此，电动机在接近满载时运行最为经济。因此，电动机在接近满载时运行最为经济。 （5）起起动动电电流流 起起动动电电流流大大是是分分相相电电动动机机的的一一大大缺缺点点约约为满载电流的为满载电流的 67倍。倍。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】 （6）过过载载容容量量 分分相相式式电电动动机机过过载载时时温温升升都都很很高高，因因此此，一般过载容量不得超过满载转矩的一般过载容量不得超过满载转矩的25，时间不超过，时间不超过5min。3.3.电容式电动机电容式电动机1）结构与原理）结构与原理 单单相相电电
22、容容式式电电动动机机具具有有三三种种型型式式，即即：电电容容起起动动式式；电电容容运运转转式式；电电容容起起动动、运运转转式式。电电容容电电动动机机和和同同样样功功率率的的分分相相电电动动机机，在在外外形形尺尺寸寸、定定、转转子子铁铁心心、绕绕组组、机机械械结结构构等都基本相同，只是添加了等都基本相同，只是添加了 12个个电容器而己。电容器而己。 电电容容电电动动机机的的辅辅助助绕绕组组中中串串联联一一只只电电容容器器，它它的的电电流流在在相相位位上上就就将将比比线线路路电电压压超超前前。将将绕绕组组和和电电容容器器容容量量适适当当设设计，两套线圈相互就完全可以达到相位差的最佳状况。计，两套线
23、圈相互就完全可以达到相位差的最佳状况。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 起起动动方方式式：对对于于电电容容启启动动时时式式电电动动机机，电电容容器器经经过过离离心心开开关关接接入入起起动动用用辅辅绕绕组组，接接通通电电源源，电电动动机机即即运运转转。当当转转速速达达到到额额定定转转速速的的 7080时时，离离心心开开关关动动作作，切切断断辅助绕组的电源。辅助绕组的电源。 对对于于电电容容运运转转式式电电动动机机，电电容容器器与与起起动动用用副副绕绕组组中中没没有有串串接接起起动动装装置置，因因此此电电容容器器与与辅辅助助绕绕组组将将和和主主
24、绕绕组组一一起起长期运行在电源线路上。长期运行在电源线路上。 对对于于电电容容起起动动与与运运转转式式电电动动机机，起起动动用用辅辅助助绕绕组组经经过过运运行行电电容容与与电电源源接接通通，并并经经过过离离心心开开关关与与容容量量较较大大的的起起动动电电容容并并联联。接接通通电电源源时时，两两个个电电容容器器都都串串接接在在起起动动绕绕组组回回路路中中。这这时时电电动动机机开开始始起起动动，当当转转速速达达到到额额定定转转速速的的 7080时时，离离心心开开关关动动作作将将起起动动电电容容从从电电源源线线路路切切除除，而而运行电容则仍留在电路中运行。运行电容则仍留在电路中运行。 任务任务4.1
25、 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】2）主要特性）主要特性 （1）电容起动式电动机）电容起动式电动机 起动转矩一般可达到满载转矩起动转矩一般可达到满载转矩的的 35倍，故能适用于满载起动的场合。由于它的电容器倍，故能适用于满载起动的场合。由于它的电容器和副绕组只在起动时接入电路，所以运转特性与同样大小并和副绕组只在起动时接入电路，所以运转特性与同样大小并有相同设计的分相式电动机基本相同。有相同设计的分相式电动机基本相同。 （2）单相电容运转式电动机）单相电容运转式电动机 起动转矩较低，但功率因起动转矩较低，但功率因数和效率均比较高。体积小、重量轻、运行乎稳、振动与噪数和效率均比较高。体积小
26、、重量轻、运行乎稳、振动与噪声小、可反转、能调速，适用于直接与负载联接的场合。如声小、可反转、能调速，适用于直接与负载联接的场合。如电风扇、通风机、录音机及各种空载或轻载起动的机械，但电风扇、通风机、录音机及各种空载或轻载起动的机械，但不适于空载或轻载运行的负载。不适于空载或轻载运行的负载。 （3）单相电容起动与运转式电动机）单相电容起动与运转式电动机 具有较好的起动性具有较好的起动性能，较高的功率因数、效率和过载能力，可以调速。适用于能，较高的功率因数、效率和过载能力，可以调速。适用于带负载起动和要求低噪声的场合，如小型机床、家用电器等。带负载起动和要求低噪声的场合，如小型机床、家用电器等。
27、电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】（三）单相异步电动机调速与反转（三）单相异步电动机调速与反转1.1.调速调速 （1 1）变变极极调调速速 变变极极调调速速接接线线原原理理如如图图4.1.4 4.1.4 所所示示。单单相异步电动机的转速公式为相异步电动机的转速公式为 式中式中 n单相异步电动机转速；单相异步电动机转速； n1同步转速；同步转速； s单相异步电动机转差率；单相异步电动机转差率； f1电源频率；电源频率； p电动机极对数。电动机极对数。 这这种种调调速速电电动动机机的的引引出出线线很很多多，要要用用专专门门的的调调速速开开关关才能保证接头的迅速切
28、换，转速可以成倍的变化。才能保证接头的迅速切换，转速可以成倍的变化。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】 电机控制与维修 对对于于同同一一套套绕绕组组当当采采用用庶庶极极接接法法时时，将将比比用用显显极极接接法法的的极极对对数数要要多多一一倍倍。因因此此，如如在在电电动动机机定定子子的的一一套套绕绕组组中中运运用显、庶极两种接法的变换，即可得到极数成倍的两种转速。用显、庶极两种接法的变换，即可得到极数成倍的两种转速。图图4.1.4 单相显、庶极双速接线图单相显、庶极双速接线图 图图4.1.5 主绕组降压调速主绕组降压调速任务任务4.1 4.1 之之 【知识准
29、备】【知识准备】放大放大 （2）自自耦耦变变压压器器调调速速接接法法 利利用用自自耦耦变变压压器器的的调调压压特特性性来来直直接接降降低低主主、辅辅绕绕组组的的电电压压或或者者只只降降低低主主绕绕组组的的电电压，均能对电动机进行调速。具体接线方法有以下三种。压，均能对电动机进行调速。具体接线方法有以下三种。 图图 4.1.5 所所示示为为主主绕绕组组降降压压调调速速接接线线图图。自自耦耦变变压压器是通过对主绕组的电压调控进行调速的。器是通过对主绕组的电压调控进行调速的。 图图 4.1.6 所所示示为为主主、辅辅绕绕组组同同电电压压降降压压调调速速接接线线图图。自自耦耦变变压压器器是是以以同同一
30、一电电压压对对电电动动机机的的主主、辅辅绕绕组组作作电电压压调控进行调速。调控进行调速。 图图 4.1.7 所所示示为为主主、辅辅绕绕组组异异电电压压降降压压调调速速接接线线固固。自自耦耦变变压压器器是是分分别别以以不不同同电电压压施施加加到到主主、辅辅绕绕组组上上进进行行降压降速。降压降速。 采采用用自自耦耦变变压压器器降降压压调调速速方方法法，能能使使单单相相电电动动机机的的起起动动性性能能和和电电能能消消耗耗有有较较大大改改善善，其其缺缺点点是是在在增增加加自自耦耦变压器后使整体成本大力增加。变压器后使整体成本大力增加。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准
31、备】电机控制与维修 图图4.1.6 主、副绕组同电压降压调速主、副绕组同电压降压调速 图图4.1.7 主、副绕组异电压降压调速主、副绕组异电压降压调速 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】放大放大 （3）电电抗抗器器调调速速接接法法 将将电电抗抗器器串串接接到到电电动动机机单单相相电电源源电电路路中中，通通过过变变换换电电抗抗器器的的线线圈圈抽抽头头来来实实现现降降压压调调速速，如如图图4.1.8 所所示示。当当调调速速开开关关 S 转转到到 c 时时，主主绕绕组组与与电电抗抗器器 L串串接接到到电电源源上上，电电源源电电压压的的一一部部分分将将降降落落在在电电抗抗器器 L的
32、的 ac段段上上，因因而而主主绕绕组组的的工工作作电电压压降降低低了了，主主绕绕组组产产生生的的磁磁场场减减弱弱，电电动动机机的的转转差差率率增增大大，转转速速显显著著降降低低。当当调调速速开开关关S 转转到到a时时，主主绕绕组组在在额额定定电电压压下下运运行行，转转速速达达到到最最高高速速。调调速速开开关关转转到到 b时时，此此时时的的主主绕绕组组和和副副绕绕组组的的工工作作电电压压介介于于高高速速和和低低速速之之间，因而作中速运行。间，因而作中速运行。 （4）绕绕组组抽抽头头调调速速接接法法 单单相相电电容容运运转转电电动动机机现现已已普普遍遍采采用用定定子子绕绕组组抽抽头头调调速速的的方
33、方法法。这这种种调调速速方方法法具具有有不不同同于于自自耦变压器或电抗器调速，而只需改变定子绕组接线的特点。耦变压器或电抗器调速，而只需改变定子绕组接线的特点。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】 所以它有用料省、重量轻、耗电少等优点，其缺点是工所以它有用料省、重量轻、耗电少等优点，其缺点是工艺性差、绕组的嵌线、接线较麻烦，使其应用范围受到某些限艺性差、绕组的嵌线、接线较麻烦，使其应用范围受到某些限制。制。 采用这种接法的电动机，采用这种接法的电动机，定子上除嵌放有主绕组和副绕定子上除嵌放有主绕组和副绕组外，还另外加一套调速绕组，组外，还另外加一套调速绕组，
34、由于辅助绕组的线径般较细而由于辅助绕组的线径般较细而槽满率偏低，所以调速绕组多槽满率偏低，所以调速绕组多嵌于副绕组同一槽内。通过改嵌于副绕组同一槽内。通过改变调速绕组抽头的方法来改变变调速绕组抽头的方法来改变主绕组的电压降及磁场强度，主绕组的电压降及磁场强度，从而实现单相电动机的调速。从而实现单相电动机的调速。 电机控制与维修 图图4.1.8 主、副绕组异电压降压调速主、副绕组异电压降压调速 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】放大2.2.反转反转 要要改改变变单单相相电电动动机机的的旋旋转转方方向向，通通常常只只需需将将副副绕绕组组或或主主绕绕组组的的两两根根引引线线端端互
35、互换换，单单相相分分相相式式电电动动机机和和电电容容式式电电动机的旋转方向即可反转。动机的旋转方向即可反转。 单单相相罩罩极极式式电电动动机机的的反反转转有有三三种种方方式式：集集中中式式磁磁极极罩罩极极电电动动机机的的反反转转、分分布布绕绕组组罩罩极极式式电电动动机机的的反反转转和和双双主主绕绕组罩极电动机的反转。组罩极电动机的反转。 1）集集中中式式 对对罩罩极极式式电电动动机机的的反反转转，必必须须将将罩罩极极式式、电动机定子调头后再装进转子才能达到。电动机定子调头后再装进转子才能达到。 2）分分布布绕绕组组式式 在在罩罩极极式式电电动动机机的的定定子子槽槽中中嵌嵌放放一一套套分布式主绕
36、组和两套分布式罩极绕组。分布式主绕组和两套分布式罩极绕组。 3）双双主主绕绕组组式式 在在罩罩极极电电动动机机定定子子槽槽中中嵌嵌放放两两套套主主绕绕组和一套罩极绕组。组和一套罩极绕组。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【知识准备】【知识准备】1.实施地点：实施地点：教室、电机实训室教室、电机实训室2.实施所需器材实施所需器材 1）多媒体设备；）多媒体设备；2）每组罩极式、电容式、分相式单相异步电动机各一台。）每组罩极式、电容式、分相式单相异步电动机各一台。3）单相异步电动机工作特测试用仪器仪表一套。）单相异步电动机工作特测试用仪器仪表一套。3.实施内容与步骤：实施内容与步骤：1）
37、学学生生分分组组：4人人左左右右一一组组，指指定定组组长长。工工作作始始终终各各组组人员尽量固定。人员尽量固定。2）教教师师布布置置工工作作任任务务。学学生生阅阅读读学学习习指指导导书书，了了解解工工作作内容，明确工作目标，制定实施方案。内容，明确工作目标，制定实施方案。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【任务实施】【任务实施】引导问题为：引导问题为： （1）单单相相电电动动机机是是如如何何工工作作的的？根根据据使使定定子子产产生生旋旋转磁场的方法，可将单相异步电动机分为哪几类？转磁场的方法，可将单相异步电动机分为哪几类？ （2）变变单单相相电电动动机机有有哪哪几几种种调调速速方
38、方法法？各各有有什什么么特特点？点？ （3）如何实现单相电动机的反转？）如何实现单相电动机的反转？3）教教师师通通过过图图片片、实实物物或或多多媒媒体体分分析析演演示示让让学学生生了了解解单单相相异异步步电电动动机机结结构构、原原理理、铭铭牌牌参参数数以以及及启启动动、调调速速方方法并举例，或指导学生自学。法并举例，或指导学生自学。 4）实实际际观观察察几几种种单单相相异异步步电电动动机机结结构构，并并作作工工作作特特性性测试。测试。 （1）观观察察给给定定的的单单相相异异步步电电动动机机，并并注注意意各各类类型型单单相相异异步步电电动动机机的的结结构构特特点点与与适适用用场场合合，观观察察结
39、结果果记记录录在在表表4-1-1 中。中。 电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【任务实施】【任务实施】（2）注意事项）注意事项 认真观察，注意区别；认真观察，注意区别； 训练过程中遵守规定、注意安全。训练过程中遵守规定、注意安全。电机控制与维修 电动机类型型号应用场合起动转矩起动电流过载容量调速与反转特点罩极式电容式分相式表表4-1-1 单相异步电动机观察记录表单相异步电动机观察记录表 任务任务4.1 4.1 之之 【任务实施】【任务实施】3.实施内容与步骤：实施内容与步骤： 1.单单相相异异步步电电动动机机同同三三相相异异步步电电动动机机一一样样，也也是是感感应应电电动动机机，也
40、也是是依依据据法法拉拉弟弟电电磁磁感感应应定定律律制制成成的的，它它若若要要自行起动必须有一个旋转磁场；自行起动必须有一个旋转磁场； 2.电电动动机机的的反反转转有有三三种种方方式式：集集中中式式磁磁极极罩罩极极电电动动机机的的反反转转、分分布布绕绕组组罩罩极极式式电电动动机机的的反反转转和和双双主主绕绕组组罩罩极极电动机的反转。电动机的反转。 3.单单相相异异步步电电动动机机的的调调速速有有四四种种：变变极极调调速速、自自耦耦变变压压器器调调速速、电电抗抗器器调调速速和和绕绕组组抽抽头头调调速速。各各种种调调速速方方法法有有其其各各自自的的特特点点，应应用用时时要要权权衡衡利利弊弊，综综合合
41、考考虑虑，决决定定采用哪种方法调速。采用哪种方法调速。电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【学习小结】【学习小结】4.2-1 怎样改变单相电容式电动机和罩极式电动机的旋怎样改变单相电容式电动机和罩极式电动机的旋转方向？转方向？4.2-2 为什么单相异步电动机不能自行起动为什么单相异步电动机不能自行起动?怎样才能怎样才能使它起动使它起动?4.2-3 单相异步电动机的特点是什么单相异步电动机的特点是什么?为什么具备这些为什么具备这些特点特点?电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 之之 【自我评估】【自我评估】电机控制与维修 任务任务4.1 4.1 单相异步电动机的选择与使用单相异步电动
42、机的选择与使用【评价标准】【评价标准】项目内容配分考核要求扣分标准得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程地遵守情况；3.纪律遵守情况30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分观察单相异步电动机结构1.观察电动机特性记录数据2.结构特点与区别50观察认真；找出区别；记录完整观察不认真扣10分；找不出区别扣20分；记录不完整各扣10分工具的整理与环境清洁1.工具整理情况；2.环境清洁情况；3.完成技能训练报告20要求工具码放整齐，工作台周围无杂物；技能训练报告符合要求工具码放不整齐1件扣1分；有杂物1件扣1分； ；技
43、能训练报告不符合要求扣10分合计100注 各项配分扣完为止表表4-1-2 任务任务4.1综合评价表综合评价表【任务描述】【任务描述】 随随着着人人民民生生活活水水平平的的不不断断提提高高，不不论论城城市市或或农农村村，使使用用电电风风扇扇已已是是极极其其普普通通的的事事情情了了。原原因因是是功功率率最最小小的的冷冷气气机机，耗耗电电量量也也在在 300W以以上上，工工作作 3.4小小时时，就就得得耗耗用用1kWh。一一把把电电风风扇扇，其其功功率率充充其其量量不不过过几几十十瓦瓦，购购置置一一把把电电风风扇扇的的费费用用，很很容容易易在在一一年年半半载载所所节节省省的的电电费费中中得得到到补补
44、偿偿。更更主主要要的的还还在在于于冷冷气气机机不不能能满满足足夏夏日日多多变变天天气气的的要要求求，不不少少时时候候，使使用用电电风风扇扇倒倒觉觉得得比比开开冷冷气气机机来来得得舒舒适适。有有些些人人还还认认为为，冷冷气气加加风风扇扇，更更能能使使室室温温均均匀匀调调和和，空空气气流流畅畅。电电风风扇扇所所使使用用的的单单相相电电动动机机是是多多式式多多样样的的，其其调调速速方法颇具代表性。方法颇具代表性。 本任务主要研究电风扇使用与控制。本任务主要研究电风扇使用与控制。任务任务4.2 4.2 单相异步电动机控制实例单相异步电动机控制实例- -电风扇控制电风扇控制电机控制与维修【子任务目标】【
45、子任务目标】技能目标：技能目标：1.会使用与控制电风扇，会使用与控制电风扇，2.会电风扇控制元件的使用。会电风扇控制元件的使用。知识目标：知识目标：1.掌握单相异步电动机降压调速原理与方法；掌握单相异步电动机降压调速原理与方法；2.掌握电风扇的控制原理与方法。掌握电风扇的控制原理与方法。电机控制与维修任务任务4.2 4.2 单相异步电动机控制实例单相异步电动机控制实例- -电风扇控制电风扇控制任务任务4.2 4.2 单相异步电动机控制实例单相异步电动机控制实例- -电风扇控制电风扇控制【知识准备】【知识准备】 （一）降压调速的可能性（一）降压调速的可能性 电电风风扇扇除除能能促促使使气气流流流
46、流通通外外，并并无无致致冷冷降降温温作作用用。电电风风扇扇能能使使人人感感到到凉凉快快，主主要要是是电电风风扇扇加加速速了了人人体体表表皮皮水水份份的的蒸蒸发发。在在不不同同的的气气温温、湿湿度度、气气压压和和人人体体的的不不同同状状态态下下（如如静静坐坐、用用膳膳期期间间、运运动动后后或或从从事事各各种种不不同同的的工工作作），人人体体表表皮皮所所含含的的水水份份不不相相同同，使使人人感感到到凉凉快快而而所所需需的的风风量量、风风速速也也不不相相同同，单单速速电电风风扇扇难难以以和和人人体体的的凉凉快快感感相相适适应应。因因此此，电电风风扇扇一一般般都都具具备备34档档转转速速（台台扇扇、座
47、座地地扇扇），甚至多达甚至多达 78档转速（吊扇档转速（吊扇），以便使用者能有最佳选择。），以便使用者能有最佳选择。 电机控制与维修 拖拖动动风风扇扇扇扇叶叶和和为为生生产产机机器器提提供供原原动动力力的的单单、三三相相感感应应电电动动机机，转转速速是是与与其其外外施施电电压压的的平平方方成成正正比比的的，只只要要改改变变输输入入电电动动机机的的电电压压，即即可可改改变变电电动动机机的的转转速速。电电风风扇扇的的调调速速就就是是通通过过改改变变其其工工作作电电压压这这一一简简便便的的方方法法来来实实现现的的。而而生生产产机机械械却却是是利利用用变变速速箱箱中中不不同同齿齿数数的的齿齿轮轮搭搭配
48、配、蜗蜗轮轮蜗蜗杆杆机机构构或或改改变变传传动动皮皮带带轮轮直直径径等等方方法法进进行行调调理理。为为什什么么电电风风扇扇可可用用改改变变电电压压的的方方法法进进行行调调速速而而生生产产机机械械却却不不采采用用这这一一方方法法？这这问问题题可可用用感感应电动机及其拖动负荷的机械特性来说明。应电动机及其拖动负荷的机械特性来说明。 电机控制与维修任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】 图图所所示示为为感感应应电电动动机机工工作作特特性性的的M-n曲曲线线，即即机机械械特特性性曲线，曲线曲线，曲线的的 A1-B1段为电动段为电动机的稳定运行区，机的稳定运行区，B1-C1段段为不稳定区
49、。为不稳定区。电动机只能在稳定电动机只能在稳定运行区工作，在这运行区工作，在这一范围内，电动机一范围内，电动机能自动调节负荷力能自动调节负荷力矩和转速的关系。矩和转速的关系。电机控制与维修 图图4.2.1 感应电动机机械特性曲线感应电动机机械特性曲线 任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】放大 若若电电动动机机的的拖拖动动负负荷荷是是某某一一生生产产机机械械，该该机机械械作作用用于于电电动动机机轴轴上上的的反反转转矩矩为为ML，则则ML与与AL-BL的的交交点点K即即为为电电动动机机的的工工作作点点，电电动动机机在在转转速速 nK下下稳稳定定运运行行。当当施施于于电电动动机机上
50、上的的电电压压U1降降U2到到时时，输输出出转转矩矩也也将将大大为为降降低低，特特性性曲曲线线由由A1-B1-C1下下降降到到A1-B2-C2，但但对对所所拖拖动动的的机机械械来来说说，其其作作用用于于电电动动机机轴轴上上的的反反力力矩矩是是额额定定不不变变的的，曲曲线线A1-B2-C2的的最最大大转转矩矩B2点点，也也比比ML较较小小，电电动动机机无无法法拖拖动动负负荷荷被被逼逼停停止止运运转转。所所以以，拖拖动动负负荷荷力力矩矩为为恒恒定定值值的的电电动动机机，不不能用改变电压的方法进行调速能用改变电压的方法进行调速。 对对于于电电风风扇扇这这种种风风机机类类负负荷荷，它它们们的的机机械械
51、特特性性与与上上述述机机械械大大不不相相同同，风风扇扇在在高高转转速速时时，风风量量大大，扇扇叶叶的的负负荷荷重重；低转速时，扇叶送风量小，负荷轻，其机械特性如图低转速时，扇叶送风量小，负荷轻，其机械特性如图中的曲线中的曲线MF 所示。所示。 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】 这这种种特特性性，正正好好和和电电动动机机高高压压、高高转转速速、高高转转矩矩和和低低压压、低低转转速速、低低转转矩矩的的特特性性相相吻吻合合。所所以以，只只要要电电压压不不是是下下降降得得过过低低，曲曲线线MF与与电电动动机机在在各各种种不不同同电电压压下下的的机机械械特特性性均均
52、有有稳稳定定的的工工作作点点，所所以以电电风风扇扇可可以以在在不不超超过过额额定定电电压压而而又又高高于于最最低驱动电压的各种不同电压下，以不同速度稳定运行。低驱动电压的各种不同电压下，以不同速度稳定运行。 电电风风扇扇的的转转速速常常有有快快、中中、慢慢三三档档或或快快、中中、稍稍慢慢、慢慢四四档档。一一般般设设计计电电容容式式风风扇扇的的慢慢档档转转速速为为快快档档的的70，罩罩极极式式风风扇扇的的慢慢挡挡转转速速为为快快档档的的80，而而中中档档转转速速则则没没有有具具体体规规定定，只只要要求求与与快快、慢慢档档速速度度有有明明显显的的区区别别即即可可。按按调调速速的的方方法法不不同同，
53、可可分分为为电电抗抗器器调调速速、绕绕组组抽抽头头调调速速（改改变变绕绕组组每每匝匝伏伏数数调调速速）和和电电子子调调速速等等几几种种。不不论论哪哪一一种种调调速速方方法法，都都是是利用降低风扇电动机工作电压这一基本原理。利用降低风扇电动机工作电压这一基本原理。电机控制与维修任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修（二）降压调速的方法（二）降压调速的方法1.1.电抗器降压电抗器降压 图图4.2.2 为为电电抗抗器器调调速速原原理理图图。快快档档时时，电电抗抗器器不不接接入入，电电动动机机全全压压运运行行，转转速速最最高高，风风量量最最大大。中中档档和和慢慢档档时时，
54、分分别别串串入入匝匝数数不不同同即即阻阻抗抗不不同同的的电电抗抗线线圈圈，产产生生不不同同的的电电压压降降，使使风风扇扇的的转转速速降降低低，达达到到调调节节风风量量的的目目的的。随随着着电电容容式式电电风风扇的普遍使用，电抗器调速电路也不断改进。扇的普遍使用，电抗器调速电路也不断改进。 图图4.2.2 电抗器降压调速原理图电抗器降压调速原理图 图图4.2.3 不带指示灯调速电路不带指示灯调速电路任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】放大放大 目目前前使使用用的的电电抗抗调调速速电电路路分分为为不不带带指指示示灯灯和和带带指指示示灯灯两两种种，图图4.2.3 为为不不带带指指示
55、示灯灯的的调调速速电电路路，带带指指示示灯灯的的电电抗抗器器又又分分为为单单独独线线圈圈式式和和自自耦耦变变压压器器式式，其其接接线线图图分分别别如如图图和和图图4.2.5 所所示示。在在单单独独线线圈圈式式中中电电抗抗器器除除用用于于降降压压调调速速外外，还还作作为为指指示示灯灯变变压压器器的的初初级级绕绕组组，指指示示灯灯由由线线圈圈的的感感应应电电压压点点亮。亮。电机控制与维修图图4.2.4 带指示灯单独线圈式调速电路带指示灯单独线圈式调速电路 图图4.2.5 带指示灯自耦变压器调速线路带指示灯自耦变压器调速线路任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】放大放大2.2.电动机
56、绕组抽头调速电动机绕组抽头调速 电电抗抗调调速速器器的的优优点点是是结结构构简简单单、调调速速效效果果好好、且且易易于于调调整整。但但与与电电动动机机绕绕组组抽抽头头调调速速比比较较，却却要要多多使使用用一一个个部部件件，电电抗抗器器本本身身亦亦因因发发热热而而消消耗耗部部分分电电能能，故故直直接接从从电电动动机机绕绕组组中中抽抽取取抽抽头头进进行行调调速速的的方方法法出出现现后后，采采用用者者日日益益增增加。加。 抽抽头头调调速速由由于于工工艺艺上上的的波波动动，尽尽管管各各风风扇扇的的匝匝数数和和抽抽头头位位置置相相同同，绕绕组组阻阻抗抗却却往往往往不不相相等等，致致使使备备台台风风扇扇的
57、的转转速速有有所所差差异异。但但只只要要加加强强控控制制绕绕线线质质量量，调调速速亦亦甚甚稳稳定定。这这种种调调速速方方法法最最大大的的好好处处是是省省去去电电抗抗器器、成成本本较较低低，这这是是制造商乐于采用的原因。制造商乐于采用的原因。 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】 绕绕组组抽抽头头调调速速方方法法是是在在定定子子绕绕组组（电电容容式式电电动动机机）或或磁磁场场绕绕组组（罩罩极极式式电电动动机机）抽抽取取抽抽头头，利利用用不不同同的的抽抽头头改改变电动机每伏匝数。变电动机每伏匝数。 抽抽头头调调速速一一般般用用于于使使用用最最多多的的 4极极电电容
58、容式式或或罩罩极极式式风风扇扇中中。吊吊扇扇极极数数较较多多（常常在在 16极极以以上上），调调速速开开关关与与风风扇扇电电动动机机的的距距离离较较远远，所所以以不不宣宣采采用用抽抽头头调调速速。4极极以以上上的的罩罩极极式式风风扇扇，因因磁磁场场的的平平衡衡、绕绕组组的的分分段段、调调速速档档位位的的决决定定等都较难处理，亦不宜用抽头调速。等都较难处理，亦不宜用抽头调速。 抽抽头头调调速速电电动动机机的的定定子子绕绕组组上上，通通常常绕绕有有主主绕绕组组、中中间和副绕组三个绕组。间和副绕组三个绕组。 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】 图图4.2.6 是是
59、一一台台电电容容式式风风扇扇的的调调速速方方法法，在在主主绕绕组组和和副副绕绕组组之之间间，加加绕绕有有中中间间绕绕组组，调调速速开开关关打打到到快快速速位位置置时时，运运行行绕绕组组全全压压工工作作，同同时时，运运行行绕绕组组和和中中间间绕绕组组组组成成一一个个升升压压自耦变压器，使副绕组支路的电压高于电源电压。自耦变压器，使副绕组支路的电压高于电源电压。 慢档时，副绕组支路的电压慢档时，副绕组支路的电压降为电源电压，中间绕组则成为降为电源电压，中间绕组则成为运行绕组的电抗线圈，故运行绕运行绕组的电抗线圈，故运行绕组的电压亦相应降低，两绕组的组的电压亦相应降低，两绕组的磁场强度同时减弱，转速
60、显著下磁场强度同时减弱，转速显著下降。降。 中间绕组有几种不同的嵌线中间绕组有几种不同的嵌线方法，最常用的是把中间绕组嵌方法，最常用的是把中间绕组嵌于主绕组同一槽内，绕组节距与所嵌槽数与主绕组相同。于主绕组同一槽内，绕组节距与所嵌槽数与主绕组相同。电机控制与维修 图图4.2.6 抽头调速接线图抽头调速接线图 任务任务4.2 4.2 之之 【知识准备】【知识准备】放大1.实施地点：实施地点：教室、电机实训室教室、电机实训室2.实施所需器材实施所需器材 1）多媒体设备；）多媒体设备；2）风风扇扇用用单单相相异异步步机机、导导线线、万万用用表表和和相相应应数数量量的的闸闸刀刀开关、调速开关等。开关、
61、调速开关等。3）或一台电风扇散件配以调速开关。）或一台电风扇散件配以调速开关。3.实施内容与步骤：实施内容与步骤：1）学学生生分分组组：4人人左左右右一一组组，指指定定组组长长。工工作作始始终终各各组组人人员尽量固定。员尽量固定。2）教教师师布布置置工工作作任任务务。学学生生阅阅读读学学习习指指导导书书，了了解解工工作作内容，明确工作目标，制定实施方案。内容，明确工作目标，制定实施方案。 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【任务实施】【任务实施】引导问题为：引导问题为：（1）什什么么叫叫降降压压调调速速？电电风风扇扇的的调调速速是是通通过过什什么么方方法法来来实现的？实现的？（2）
62、降压调速有哪几种方法？各有什么特点？）降压调速有哪几种方法？各有什么特点？3）教教师师通通过过图图片片、实实物物或或多多媒媒体体分分析析演演示示让让学学生生了了解解常常用电风扇结构、原理及调速方法并举例，或指导学生自学。用电风扇结构、原理及调速方法并举例，或指导学生自学。4）实际电风扇调速训练）实际电风扇调速训练（1）电抗器调速训练。）电抗器调速训练。按图按图4.2.2 接线，学生先自己检查，再经教师检查确认。接线，学生先自己检查，再经教师检查确认。先先将将调调速速开开关关置置于于低低速速档档，合合上上电电源源开开关关，观观察察并并测测量量转速，记录在表转速，记录在表4-2-1 中。中。电机控
63、制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【任务实施】【任务实施】再将调速开关分别置于中、高速档，观察并测量转速，再将调速开关分别置于中、高速档，观察并测量转速，记录在表记录在表4-2-1 中。中。（2）绕组抽头调速训练）绕组抽头调速训练按图按图4.2.6 接线，学生先自己检查，再经教师检查确认。接线，学生先自己检查，再经教师检查确认。先将调速开关置于低速档，合上电源开关，观察并测量先将调速开关置于低速档，合上电源开关，观察并测量转速，记录在表转速，记录在表4-2-2 中。中。 电机控制与维修 铭牌参数额定功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）备注转速档位快中慢断开转速记录
64、表表4-2-1 电抗器降压调速训练记录表电抗器降压调速训练记录表任务任务4.2 4.2 之之 【任务实施】【任务实施】电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【任务实施】【任务实施】再再将将调调速速开开关关分分别别置置于于中中、高高速速档档，观观察察并并测测量量转转速速，记记录在表录在表4-2-2 中。中。（3）注意事项）注意事项通电前应将电动机放稳，并稍加固定；通电前应将电动机放稳，并稍加固定；训练过程中注意电动机轴头或风扇扇叶划伤；训练过程中注意电动机轴头或风扇扇叶划伤；接线牢靠，避免电伤。接线牢靠，避免电伤。 铭牌参数额定功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）
65、备注抽头位置快中慢断开转速记录表表4-2-2 绕组抽头调速训练记录表绕组抽头调速训练记录表 3.实施内容与步骤：实施内容与步骤： 1.电抗器降压调速的优点是结构简单、调速效果好、电抗器降压调速的优点是结构简单、调速效果好、且易于调整。电抗器必须和风扇电动机及扇叶特性匹配才且易于调整。电抗器必须和风扇电动机及扇叶特性匹配才能获得良好的调速效果；能获得良好的调速效果； 2.绕组抽头调速方法是在定子绕组或磁场绕组抽取抽绕组抽头调速方法是在定子绕组或磁场绕组抽取抽头，利用不同的抽头改变电动机每伏匝数的方法来调速。头，利用不同的抽头改变电动机每伏匝数的方法来调速。这种方法省去这种方法省去 电抗器，成本较
66、低。电抗器，成本较低。 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【学习小结】【学习小结】 电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【自我评估】【自我评估】4.2-1试述电抗调速和绕组抽头调速的原理？试述电抗调速和绕组抽头调速的原理？4.2-2电抗调速和绕组抽头调速各有什么优缺点？电抗调速和绕组抽头调速各有什么优缺点？4.2-3为为什什么么电电风风扇扇可可用用改改变变电电压压的的方方法法进进行行调调速速而生产机械却不用？而生产机械却不用？电机控制与维修 任务任务4.2 4.2 之之 【评价标准】【评价标准】项目内容配分考核要求扣分标准得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程地遵
67、守情况；3.纪律遵守情况30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分电抗器调速1.按图连接电路；2.选用仪表；3.测量转速30看懂电路图，并能够根据电路图连接电源、电路；正确选用仪表；准确测量转速电路连接不对扣10分；选用仪表不对扣10分；转速测量不准确扣10分绕组抽头调速1.按图连接电路；2.选用仪表；3.测量转速20看懂电路图，并能够根据电、路图连接电源、电路；正确选用仪表；准确测量转速电路连接不对扣10分；选用仪表不对扣10分；转速测量不准确扣10分工具的整理与环境清洁1.工具整理情况；2.环境清洁情况；3.完成训练
68、报告20要求工具码放整齐，工作台周围无杂物；技能训练报告符合要求工具码放不整齐1件扣1分；有杂物1件扣1分；技能训练报告不符合要求扣10分合计100注 各项配分扣完为止表表4-2-4 任务任务4.2综合评价表综合评价表任务任务4.3 4.3 伺服电机、测速发电机伺服电机、测速发电机的选择与使用的选择与使用【任务描述】【任务描述】 在在现现代代的的生生产产技技术术，空空间间技技术术和和电电子子计计算算机机技技术术中中使使用用各各种种各各样样的的特特种种电电机机。它它们们在在自自动动控控制制系系统统中中，计计算算装装置置中中分分别别作作为为测测量量和和比比较较元元件件、放放大大元元件件、执执行行和
69、和解解算算元元件。这类电机也称为控制电机。件。这类电机也称为控制电机。 特特种种电电机机的的种种类类很很多多，若若按按电电流流分分类类、可可分分为为直直流流和和交交流流两两种种。按按用用途途分分类类，直直流流控控制制电电机机又又可可分分为为电电机机扩扩大大机机、伺伺服服电电动动机机和和测测速速发发电电机机三三种种；交交流流控控制制电电机机可可分分为为自自整整角角机机、伺伺服服电电动动机机、测测速速电电机机和和步步进进电电机机等等。特特种种电电机着重于输出量的大小，特性的精确度和快速反应。机着重于输出量的大小，特性的精确度和快速反应。 本本任任务务主主要要研研究究伺伺服服电电机机与与测测速速电电
70、机机的的结结构构特特点点、工工作原理、工作特性及应用。作原理、工作特性及应用。电机控制与维修【子任务目标】【子任务目标】技能目标：技能目标：学会伺服电机、测速发电机的基本操作使用方法。学会伺服电机、测速发电机的基本操作使用方法。知识目标：知识目标：1.了解伺服电机、测速发电机的作用和用途；了解伺服电机、测速发电机的作用和用途；2.了解伺服电机、测速发电机的基本结构和工作原理。了解伺服电机、测速发电机的基本结构和工作原理。电机控制与维修任务任务4.3 4.3 伺服电机、测速发电机伺服电机、测速发电机的选择与使用的选择与使用任务任务4.3 4.3 伺服电机、测速发电机的伺服电机、测速发电机的选择与
71、使用选择与使用【知识准备】【知识准备】（一）伺服电机（一）伺服电机 伺伺服服电电机机具具有有一一种种服服从从控控制制信信号号的的要要求求而而动动作作的的职职能能，无无信信号号时时静静止止，有有信信号号时时运运行行，因因其其“伺伺服服”性性而而得得名名。伺伺服服电电动动机机在在自自动动控控制制系系统统中中担担任任执执行行元元件件，它它的的作作用用是是把输入电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。把输入电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。1.1.直流伺服电动机直流伺服电动机 直直流流伺伺服服电电动动机机是是指指使使用用直直流流电电源源的的伺伺服服电电动动机机。一一般般的的直直流流伺伺服服电电动
72、动机机的的基基本本结结构构装装有有磁磁极极的的定定子子、可可以以旋旋转转的的电电枢枢和和换换向向器器等等组组成成。按按励励磁磁方方式式之之不不同同可可分分为为电电磁磁式和永磁式两种。式和永磁式两种。电机控制与维修1）盘形电枢直流伺服电动机）盘形电枢直流伺服电动机 这这种种电电机机的的定定子子是是由由永永久久磁磁铁铁和和前前后后磁磁轭轭所所组组成成，磁磁铁铁可可在在圆圆盘盘的的一一侧侧放放置置，也也可可以以在在两两侧侧同同时时放放置置。电电机机的的气气隙隙就就位位于于圆圆盘盘的的两两边边。转转子子呈呈薄薄片片圆圆盘盘状状，厚厚度度为为 1.52mm。圆圆盘盘上上有有电电枢枢绕绕组组，可可分分为为
73、印印制制绕绕组组和和线线绕绕式式绕绕组组两两种种型型式式。盘盘形形电电枢枢上上电电枢枢绕绕组组中中的的电电流流是是沿沿径径向向流流过过圆圆盘盘表表面面，并并与与轴轴向向磁磁通通相相互互作作用用而而产产生生转转矩矩。因因此此，绕绕组组的的径径向向段段为为有有效效部部分分，弯弯曲曲段段为为端端接接部部分分。在在这这种种电电机机中中也也常常用用电电枢枢绕绕组组有有效效部部分分的的裸裸导导体体表表面面兼兼做换向器，它同电刷直接接触。做换向器，它同电刷直接接触。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】 盘形电枢直流伺服电动机性能特点是：盘形电枢直流伺服电动机性能特点是：
74、（1）电机结构简单，制造成本低。）电机结构简单，制造成本低。 （2）起起动动转转矩矩大大，由由于于电电枢枢绕绕组组全全部部在在气气隙隙中中，散散热热良良好好，其其绕绕组组电电流流密密度度比比一一般般直直流流伺伺服服电电动动机机高高 10倍倍以以上上，因此容许起动电流大，起动转矩也大。因此容许起动电流大，起动转矩也大。 （3）力力矩矩波波动动小小，低低速速运运行行稳稳定定，调调速速范范围围广广而而平平滑滑。这这主主要要是是由由于于这这种种电电机机没没有有齿齿槽槽效效应应以以及及电电枢枢元元件件数数、换换向片数很多的缘故。向片数很多的缘故。 （4）换换向向性性能能好好，电电枢枢由由非非磁磁性性材材
75、料料组组成成，换换向向元元件件电感小，所以换向火花小。电感小，所以换向火花小。 （5）电电抠抠转转动动惯惯量量小小，反反应应快快。属属中中等等低低惯惯量量伺伺服服电电动机。动机。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】2）空心杯电枢永磁式直流伺服电动机）空心杯电枢永磁式直流伺服电动机 空空心心杯杯形形电电枢枢直直流流伺伺服服电电动动机机有有一一个个外外定定子子和和一一个个内内定定子子。通通常常外外定定子子是是由由两两个个半半圆圆形形的的永永久久磁磁铁铁所所组组成成；而而内内定定子子则则为为圆圆柱柱形形的的软软磁磁性性材材料料做做成成，仅仅作作为为磁磁路路的的一一
76、部部分分。空空心心杯杯电电枢枢上上的的电电枢枢绕绕组组可可采采用用印印制制绕绕组组，也也可可以以先先绕绕成成单单个个成成型型线线圈圈，然然后后将将它它们们沿沿圆圆周周的的轴轴向向方方向向排排列列成成空空心心杯杯形形，再再用用环环氧氧树树脂脂热热固固化化成成型型。空空心心杯杯电电枢枢直直接接装装在在电电机机轴轴上上，在在内内、外外定定子子间间的的气气隙隙中中旋旋转转。电枢绕组接到换向器上，由电刷引出。电枢绕组接到换向器上，由电刷引出。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】3）无槽电枢直流伺服电动机）无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁芯上并不开
77、槽，电无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁芯上并不开槽，电枢绕组直接排列在铁芯表面，再用环氧树脂把它与电枢铁枢绕组直接排列在铁芯表面，再用环氧树脂把它与电枢铁芯粘成一个整体。定子磁极可以用永久磁铁做成，也可以芯粘成一个整体。定子磁极可以用永久磁铁做成，也可以采用电磁式结构。采用电磁式结构。 直流伺服电动机的控制直流伺服电动机的控制方法有电枢控制和磁场控制方法有电枢控制和磁场控制两种方式。电枢控制就是电两种方式。电枢控制就是电动机励磁绕组接固定的直流动机励磁绕组接固定的直流电压励磁，而电枢电压绕组电压励磁，而电枢电压绕组接控制电压；磁场控制方式接控制电压；磁场控制方式则与之相反。以电枢控制为则与之相反
78、。以电枢控制为例，其原理如图例，其原理如图4.3.1 所示。所示。电机控制与维修图图4.3.1 伺服电机电枢控制原理图伺服电机电枢控制原理图任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】放大电机控制与维修 当当电电枢枢电电压压的的极极性性改改变变时时，电电枢枢中中的的电电流流方方向向随随之之改改变变。由由左左手手定定则则可可知知，电电枢枢绕绕组组所所受受的的电电磁磁转转矩矩的的方方向向也也改改变变，因因此此电电动动机机反反转转。如如果果改改变变磁磁通通方方向向，电电枢枢电电压压方方向向不不变变，同同样样可可以以达达到到改改变变电电动动机机转转向向的的目目的的。当当电电枢枢电电压压升升高
79、高时时，电电机机转转速速就就升升高高；反反之之，转速则下降。转速则下降。2.2.交流伺服电动机交流伺服电动机 交交流流伺伺服服电电动动机机的的定定子子结结构构是是在在定定子子铁铁芯芯内内圆圆上上均均匀匀布布有有槽槽，在在定定子子槽槽中中分分别别装装有有励励磁磁绕绕组组和和控控制制绕绕组组。其其转转子子结结构构型型式式主主要要有有鼠鼠笼笼式式转转子子和和空空心心杯杯形形转转子子。鼠鼠笼笼式式的的结结构构与与普普通通鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机相相同同，不不过为了减小转子的转动惯量，需要做得细而长。过为了减小转子的转动惯量，需要做得细而长。任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】
80、 空空心心杯杯式式交交流流伺伺服服电电机机的的外外定定子子与与鼠鼠笼笼式式的的定定子子相相同同，内内定定子子由由环环形形硅硅钢钢片片叠叠压压在在一一个个端端盖盖上上，一一般般不不做做绕绕组组，只只是是代代替替鼠鼠笼笼转转子子的的铁铁芯芯，作作为为磁磁路路的的一一部部分分，其其作作用用是是减减小小磁磁路路的的磁磁阻阻。在在内内外外定定子子中中间间有有细细长长的的空空心心转转子子装装在在转轴上，空心转子做成杯子形状，故称为空心杯形转子。转轴上，空心转子做成杯子形状，故称为空心杯形转子。 交交流流伺伺服服电电动动机机的的工工作作原原理理与与单单相相异异步步电电动动机机相相似似。在在系系统统个个运运行
81、行时时，励励磁磁绕绕组组固固定定地地接接到到电电源源上上。在在控控制制电电压压为为零零肘肘，气气隙隙内内磁磁场场为为脉脉振振磁磁场场，电电动动机机无无起起动动转转矩矩，转转子子不不动动。若若有有控控制制电电压压加加在在控控制制绕绕组组上上，且且控控制制绕绕组组内内流流过过的的电电流流和和励励磁磁绕绕组组内内的的电电流流不不同同相相，则则在在气气隙隙内内建建立立一一定定大大小小的的旋旋转转磁磁场场。因因此此电电动动机机有有了了起起动动转转矩矩，转转子子就就旋转起来。旋转起来。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】 交流伺服电动机的控制方式有三种：交流伺服电动机的
82、控制方式有三种： （1）幅幅值值控控制制 这这种种控控制制方方式式是是通通过过调调节节控控制制电电压压的的大小来改变电机的转速。大小来改变电机的转速。 （2）相相位位控控制制 这这种种控控制制方方式式是是通通过过调调节节控控制制电电压压的的相相位位，即即调调节节控控制制电电压压与与励励磁磁电电压压之之间间相相位位差差来来改改变变电电机的转速。机的转速。 （3）幅幅值值相相位位控控制制 这这是是一一种种同同时时调调节节控控制制电电压压的的幅值和相位，从而控制转速的方法。幅值和相位，从而控制转速的方法。电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】（二）测速发电机（二）测速
83、发电机 测速发电机是一种将转速信号变换成电压信号的元件，测速发电机是一种将转速信号变换成电压信号的元件，它的输出电压与转速成正比。在自动控制系统和计算装置中它的输出电压与转速成正比。在自动控制系统和计算装置中应用甚广，其主要用途为：应用甚广，其主要用途为：产生加速或减速信号，产生加速或减速信号，在计在计算装置中作计算元件，算装置中作计算元件，对旋转机械作恒速控制等。对旋转机械作恒速控制等。 1.1.直流测速发电机直流测速发电机 直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，如图如图4.3.2 所示，其输出特性如图所示，其输出特性如图4.3.3 所所
84、示。示。 电机控制与维修 图图4.3.2 直流测速发电机原理图直流测速发电机原理图 图图4.3.3 直流测速发电机输出特性直流测速发电机输出特性任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】放大 在在恒恒定定磁磁场场中中，有有负负载载时时，因因为为电电枢枢电电阻阻及及电电刷刷和和换换向向器器有有接接触触电电阻阻等等，会会引引起起一一定定电电压压降降。因因此此测测速速发发电电机机输输出出比比空空载载时时小小，从从而而导导致致输输出出电电压压与与转转速速不不再再成成正正比比，会会使使输输出出特特性性向向下下弯弯曲曲。为为了了改改善善输输出出特特性性，削削弱弱电电枢枢的的去去磁磁影影响响，尽
85、尽量量使使气气隙隙磁磁通通不不变变，可可以以采采取取一一下措施：下措施：（1 1）对对电电磁磁式式直直流流测测速速发发电电机机，可可在在电电子子磁磁极极上上装装补补偿绕组。偿绕组。（2 2）设计中，取较小的线负荷，适当加大电机气隙。）设计中，取较小的线负荷，适当加大电机气隙。（3 3）负载电阻不应小于规定值。）负载电阻不应小于规定值。电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】2.2.交流测速发电机交流测速发电机 交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。同步测速发电机有永磁式、感应子式和脉冲式。永磁式和感同步
86、测速发电机有永磁式、感应子式和脉冲式。永磁式和感应子式测速发电机，其感应电动势随转速变化丽变化，因而，应子式测速发电机，其感应电动势随转速变化丽变化，因而，可可以用来测速。不宜用在自动控制系统中。永磁式多作指示以用来测速。不宜用在自动控制系统中。永磁式多作指示计式转速计。感应子式常经桥式整流后输出直流电压作为速计式转速计。感应子式常经桥式整流后输出直流电压作为速度信号而用于自动控制系统。脉冲式测速发电机是以脉冲频度信号而用于自动控制系统。脉冲式测速发电机是以脉冲频率作为输出信号的，其速度分辨率较高，特别适用于鉴频锁率作为输出信号的，其速度分辨率较高，特别适用于鉴频锁相稳速系统。相稳速系统。 异
87、异步步测测速速发发电电机机按按其其结结构构可可分分为为笼笼型型转转子子和和杯杯形形转转子子两两种种。笼笼型型转转子子异异步步测测速速发发电电机机多多用用于于精精度度要要求求不不高高的的系系统统中中。杯形转子异步测速杯形转子异步测速发电机在自控系统中广泛应用。发电机在自控系统中广泛应用。电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 交交流流测测速速发发电电机机在在一一定定的的励励磁磁和和负负载载条条件件下下，输输出出电电压压与与转转速速的的关关系系，称称为为输输出出特特性性。理理想想情情况况下下，输输出出特特性性应应为为一一直直线线。同同样样，输输出出电电
88、压压和和励励磁磁电电压压应应是是同同相相的的，且且在转速为零时，没有输出电压，即所谓剩余电压为零。在转速为零时，没有输出电压，即所谓剩余电压为零。 实实际际上上测测速速电电机机因因加加工工、材材料料等等原原因因，将将会会破破坏坏输输出出电电压压与与转转子子转转速速间间的的线线性性关关系系。为为了了减减小小误误差差及及减减小小工工作作转转速速范范围围内内输输出出电电压压相相位位移移的的变变化化值值，应应当当采采取取减减少少定定子子漏漏阻阻抗抗和和增增大大转转子子电电阻阻两两种种方方法法，还还可可以以采采取取增增大大异异步步测测速速发发电电机机的的同同步步转转速速，即即提提高高发发电电机机励励磁磁
89、电电源源频频率率的的方方法法。关关于于增增大大转转子子电电阻阻的的方方法法，可可如如前前述述，用用高高电电阻阻率率的的材材料料做杯形转子。做杯形转子。 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】 异异步步测测速速发发电电机机输输出出电电压压中中的的剩剩余余电电压压会会给给系系统统带带来来不不利利影影响响，使使系系统统产产生生误误动动作作，引引起起随随动动系系统统的的灵灵敏敏度度降降低低。所所以以必必须须设设法法减减小小异异步步测测速速发发电电机机的的剩剩余余电电压压。通通常常采用如下一些措施：采用如下一些措施： （1）选用较低磁通密度的铁心。）选用较低磁通密度的铁心。 （2）采用单
90、层集中绕组和可调铁心结构。）采用单层集中绕组和可调铁心结构。 （3）定子铁心采用旋转叠装法。）定子铁心采用旋转叠装法。 （4）提高定子铁心和转子空心杯加工精度。）提高定子铁心和转子空心杯加工精度。 （5）采用补偿绕组。）采用补偿绕组。 （6）外外接接补补偿偿装装置置，产产生生附附加加电电压压，其其大大小小接接近近于于剩剩余电压的固定分量，而相位相反。余电压的固定分量，而相位相反。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【知识准备】【知识准备】1.1.实施地点：实施地点：教室、电机实训室教室、电机实训室2.2.实施所需器材实施所需器材 1 1）多媒体设备；）多媒体设备；2 2）每组各类伺
91、服电机和测速电机各）每组各类伺服电机和测速电机各1 12 2台。台。3.3.实施内容与步骤：实施内容与步骤：1 1）学学生生分分组组：4 4人人左左右右一一组组，指指定定组组长长。工工作作始始终终各各组组人员尽量固定。人员尽量固定。2 2）教教师师布布置置工工作作任任务务。学学生生阅阅读读学学习习指指导导书书，了了解解工工作内容，明确工作目标，制定实施方案。作内容，明确工作目标，制定实施方案。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【任务实施】【任务实施】引导问题为：引导问题为：（1）什么叫伺服电机？有何用途？如何分类？）什么叫伺服电机？有何用途？如何分类？（2）什么叫测速发电机？有何
92、用途？如何分类？）什么叫测速发电机？有何用途？如何分类？3）教教师师通通过过图图片片、实实物物或或多多媒媒体体分分析析演演示示让让学学生生了了解解伺伺服服电电机机、测测速速发发电电机机的的结结构构、原原理理与与用用途途并并举举例例，或或指指导学生自学。导学生自学。4）实际观察各类伺服电机和测速电机结构与特点。）实际观察各类伺服电机和测速电机结构与特点。 观观察察给给定定的的伺伺服服电电机机和和测测速速发发电电机机，注注意意结结构构特特点点，记录铭牌数据。观察结果记录在表记录铭牌数据。观察结果记录在表4-3-1 中。中。 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【任务实施】【任务实施】3.
93、实施内容与步骤：实施内容与步骤：电机控制与维修 电机名称额定功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）主要用途观察体会直流伺服电机交流伺服电机直流测速电机交流测速电机表表4-3-1 电机观察结果记录表电机观察结果记录表 任务任务4.3 4.3 之之 【任务实施】【任务实施】 1.伺伺服服电电动动机机在在自自动动控控制制系系统统中中作作为为执执行行元元件件，把把输输入入的的电电压压信信号号转转换换位位轴轴上上的的角角位位移移和和角角速速度度输输出出。它它可可分分为为交交流流伺伺服服电电动动机机和和直直流流伺伺服服电电动动机机。交交流流伺伺服服电电动动机机的的基基本本特特点点是是
94、可可控控性性好好，采采用用杯杯形形转转子子可可以以提提高高快快速速响响应应，提提高高起起动动转转矩矩。直直流流伺伺服服电电动动机机实实质质是是一一台台他他励励式式直直流流电电动动机机，电电枢枢控控制制方方式式的的机机械械特特性性与与调调节节特特性性均均为为线线性性的的。励励磁磁功功率率小小，响应迅速。响应迅速。 2.测测速速发发电电机机是是一一种种测测量量转转速速的的信信号号元元件件，它它将将输输入入的的机机械械转转速速转转换换为为电电压压信信号号输输出出。发发电电机机的的输输出出电电压压与与转转速速成成正正比比。测测速速发发电电机机分分为为两两类类，一一是是交交流流测测速速发发电电机机，主主
95、要要用用于于交交流流伺伺服服系系统统中中的的测测速速元元件件和和用用作作计计算算元元件件。二二是是直直流流测测速速发发电电机机，它它在在自自动动控控制制系系统统中中主主要要用用作作检检测测元元件件，即即将将转转速信号变为电压信号。速信号变为电压信号。电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【学习小结】【学习小结】 电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 之之 【自我评估】【自我评估】4.3-1 伺服电机和测速电机的作用分别是什么？伺服电机和测速电机的作用分别是什么？4.3-2 试述直流伺服电机和交流伺服电机的优缺点？试述直流伺服电机和交流伺服电机的优缺点？4.3-3 交流伺服电动机与单相
96、分相电动机有何区别交流伺服电动机与单相分相电动机有何区别?4.3-4 直流伺服电动机与直流电机有何异同，直流伺直流伺服电动机与直流电机有何异同，直流伺服电动机有哪些特殊的优点服电动机有哪些特殊的优点?4.3-5 为什么直流测速发电机的负载电阻要尽可能大为什么直流测速发电机的负载电阻要尽可能大?电机控制与维修 任务任务4.3 4.3 伺服电机、测速发电机伺服电机、测速发电机的选择与使用的选择与使用【评价标准】【评价标准】项目内容配分考核要求扣分标准得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程地遵守情况；3.纪律遵守情况30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神违反
97、操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分特种电机观察与操作观察各种电机结构特点，记录参数，简单操作40观察认真，记录完整，操作正确观察不认真扣10分；记录不完整扣10分；操作不正确扣20分；工具的整理与环境清洁1.工具整理情况；2.环境清洁情况；3.完成技能训练报告30要求工具码放整齐，工作台周围无杂物；技能训练报告符合要求工具码放不整齐1件扣1分；有杂物1件扣1分；技能训练报告不符合要求扣10分合计100注 各项配分扣完为止表表4-3-2 任务任务4.3综合评价表综合评价表 步步进进电电机机是是机机电电一一体体化化产产品品中中的的关关键键组组件件之之一一，是是一一种种性性能能良良好好的的数数
98、字字化化执执行行元元件件。随随着着计计算算机机应应用用技技术术、电电子子技技术术和和自自动动控控制制技技术术在在国国民民经经济济各各个个领领域域中的普及与深入，步进电机的需要量越来越大。中的普及与深入，步进电机的需要量越来越大。 本本任任务务主主要要研研究究步步进进电电动动机机的的结结构构、工工作作原原理理及及应用。应用。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的步进电动机的使用与选择使用与选择 【任务描述】【任务描述】 技能目标：技能目标：学会步进电动机的操作使用方法。学会步进电动机的操作使用方法。知识目标：知识目标：1.了解步进电动机的作用和用途；了解步进电动机的作用和用途；2
99、.了解步进电动机的基本结构和工作原理。了解步进电动机的基本结构和工作原理。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的步进电动机的使用与选择使用与选择 【子任务目标】【子任务目标】 步进电动机在本质上是一台反应式或永磁式的同步电步进电动机在本质上是一台反应式或永磁式的同步电动机。由于这种电动机的输入电源是一种脉冲电压，每输动机。由于这种电动机的输入电源是一种脉冲电压，每输入一个脉冲信号，电动机就相应转过一个固定角度，即向入一个脉冲信号，电动机就相应转过一个固定角度，即向前迈进了一步。因而这种电机也称为脉冲电动机。前迈进了一步。因而这种电机也称为脉冲电动机。 由于步进电动机的这一工作性
100、能正好符合数字控制系由于步进电动机的这一工作性能正好符合数字控制系统的要求，同时，电子技术的发展也解决了步进电机的电统的要求，同时，电子技术的发展也解决了步进电机的电源问题，因此步进电机随着数字计算技术的发展，应用也源问题，因此步进电机随着数字计算技术的发展，应用也日益广泛。目前它在数控机床、轧钢机、军事工业、钟表日益广泛。目前它在数控机床、轧钢机、军事工业、钟表工业以及自动记录仪表等方面都有广泛的应用。步进电动工业以及自动记录仪表等方面都有广泛的应用。步进电动机主要用于开环系统，也可加速速度和位置检测装置，用机主要用于开环系统，也可加速速度和位置检测装置，用于闭环系统。在选择时要合理选择转矩
101、的大小和负载转动于闭环系统。在选择时要合理选择转矩的大小和负载转动惯量，步进电动机才能获得满意的运行性能。惯量，步进电动机才能获得满意的运行性能。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（一）步进电动机的结构（一）步进电动机的结构 步步进进电电动动机机的的结结构构型型式式和和分分类类方方法法很很多多，一一般般根根据据励励磁磁方式可分为永磁式、永磁感应子式和反应式。方式可分为永磁式、永磁感应子式和反应式。1.1.永磁式步进电动机永磁式步进电动机 永永磁磁式式步步进进电电动动机机的的结结构构如如图图4.4.1 所所示示，定定子子的的凸凸极极无无小小齿齿，装装有有两两
102、相相或或多多相相绕绕组组。转转子子为为星星形形永永久久磁磁钢钢。转转子子极极数数与与定定子子每每相相极极数数相相同同，图图中中定定子子为为两两相相绕绕组组，每每相相有有两两对对磁磁极极，因因此此转转子子也也是是两两对对磁磁极极的的永永磁磁转转子子。这这种种电电动动机机步步距距角角较较大大，起起动动和和运运行行频频率率较较低低，且且需需要要供供给给正正、负负脉脉冲冲电电源，消耗功率比反应式步进电动机小，具有定位转矩。源，消耗功率比反应式步进电动机小，具有定位转矩。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 图图4.4.1 永磁式步进电机结构图永磁式步进电
103、机结构图 图图4.4.2 感应子式步进电机结构图感应子式步进电机结构图放大放大任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】2.2.感应子式永磁步进电动机感应子式永磁步进电动机 感感应应子子式式永永磁磁步步进进电电动动机机的的结结构构如如图图4.4.2 所所示示。其其定定子子结结构构与与单单段段反反应应式式相相同同。转转子子由由环环形形磁磁钢钢和和两两端端铁铁芯芯组组成成，两两端端转转子子铁铁芯芯上上沿沿周周围围开开有有小小齿齿，它它们们彼彼此此相相错错齿齿距距。定定、转转子子齿齿数数配配合合与与单单段段式式相相同同。这这种种电电动动机机步步距距角角可可较较小小，有有较较高高的的起起动
104、动和和运运行行频频率率，需需正正、负负脉脉冲冲供供电电，消消耗耗功功率率较较小小，有有定定位位转转矩矩。它它兼兼有有反反应应式式和永磁式两者的优点，但工艺复杂。和永磁式两者的优点，但工艺复杂。3.3.反应式步进电动机反应式步进电动机 （1）单单段段式式反反应应步步进进电电动动机机 单单段段式式又又称称径径向向分分相相式式。其其定定子子磁磁极极数数通通常常为为相相数数的的 2倍倍，即即，每每个个磁磁极极上上有有一一个个控控制制绕绕组组，并并接接成成相相。定定子子磁磁极极极极面面上上开开有有均均布布小小齿齿，转转子子沿沿圆圆周周也也有有均均布布小小齿齿，其其齿齿形形和和齿齿距距与与定定子子相同。相
105、同。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】 （2）多多段段式式反反应应步步进进电电动动机机 多多段段式式又又称称轴轴向向分分相相式式。按按其其磁磁路路特特点点，又又分分为为轴轴向向磁磁路路多多段段式式和和径径向向磁磁路路多多段段式式两两种种，其其结结构构分分别别如如图图4.4.3 中中（a）和和（b）所所示示。轴轴向向磁磁路路多多段段式式的的每每段段定定子子铁铁芯芯为为形形，在在其其中中置置一一相相为为环环形形控控制制绕组。绕组。电机控制与维修 1-线圈 2-定子 3-转子 4-引出线图图4.4.3 多段式步进电机多段式步进电机 放大任务任务4.4 4.4 之
106、之 【知识准备】【知识准备】 定定、转转子子铁铁芯芯均均沿沿电电机机轴轴向向按按相相数数分分段段，定定、转转子子圆圆周周上上冲冲有有齿齿形形相相近近和和齿齿数数相相同同的的均均布布小小齿齿槽槽。这这种种结结构构使使电电机机定定子子空空间间利利用用率率较较好好，环环形形绕绕组组易易于于制制造造，转转子子惯惯性性低低，因因此此其其起起动动和和运运行行频频率率较较高高，但但制制造造工工艺艺复复杂杂。径径向向磁磁路路多多段段式式的的定定、转转子子沿沿电电机机轴轴向向按按相相数数分分 m段段，每每段段定定子子铁铁芯芯上上仅仅绕绕一一相相控控制制绕绕组组，定定子子（或或转转子子）铁铁芯芯与与相相连连段段铁
107、铁芯芯错错开开 1/m齿齿距距，一一段段铁铁芯芯上上每每个个极极的的定定、转转子子齿齿相相对对位位置置相相同同。也也可可以以在在一一段段铁铁芯芯上上有有两两、三三相相控控制制绕绕组组，实实质质上上它它是是多多台台单单段段式式电电机机的的组组合合。这这种种结结构构对对于于相相数数多多而而直直径径和和长长度度又又受受到到限限制制的的反反应应式式步步进进电电动动机机来来说说，在在结结构构布布置置上上比比前前述述形形式式灵活。灵活。 （二）步进电动机的工作原理（二）步进电动机的工作原理 以以三三相相反反应应式式步步进进电电动动机机为为例例，其其定定、转转子子铁铁芯芯由由硅硅钢钢片片叠叠成成，定定子子上
108、上有有六六个个极极，每每两两个个相相对对的的极极装装有有一一相相绕绕组组，共有三相绕组，定子的三相绕组为控制绕组。转子有四极，共有三相绕组，定子的三相绕组为控制绕组。转子有四极， 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】其其上上无无绕绕组组，本本身身无无磁磁性性。工工作作时时，电电源源将将脉脉冲冲信信号号电电压压按按一一定定的的顺顺序序轮轮流流加加到到定定子子三三相相绕绕组组上上。按按其其通通电电顺顺序序的的不不同同，三三相相反反应应式式步步进进电电动动机机有有三三种种运运行行方方式式。以以三三相相单单三三拍拍运运行行方式为例来说明。其工作原理图如图方式为例来说明
109、。其工作原理图如图4.4.4 所示。所示。 电机控制与维修 图图4.4.4 三相反应式步进电动机工作原理图三相反应式步进电动机工作原理图放大任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（二）步进电动机的工作原理（二）步进电动机的工作原理 当当U相相控控制制绕绕组组通通电电时时，定定子子磁磁极极U、U轴轴线线若若与与转转子子1.3齿齿不不对对应应时时，总总有有一一磁磁拉拉力力使使转转子子转转到到1.3齿齿与与定定子子磁磁极极U、U重重合合。重重合合时时，仅仅有有径径向向力力而而无无切切向向力力，致致使使转转子子停停转转；当当U相相断断电电，V相相控控制制绕绕组组通通电电时时，转转子子将
110、将在在空空间间逆逆时时针针转转过过30，转转子子齿齿2.4与与定定子子极极V、V对对齐齐；如如再再使使V相相断断电电，W相相控控制制绕绕组组通通电电，转转子子又又在在空空间间逆逆时时针针旋旋转转30，使使转转子子1.3齿齿与与定定子子极极W、W对对齐齐。若若如如此此循循环环往往复复，并并按按UVWU顺顺序序通通电电，转转子子则则按按逆逆时时针针不不断断转转动动。其其转转速速取取决决于于控控制制绕绕组组与与电电源源接接通通和和断断开开的的变变化化频频率率。若若通通电电顺顺序序改改变变为为UWVU顺顺序序时时，则则电电机机按按顺顺时时针针方方向向转转动动。定定子子绕绕组组每每改改变变一一次次通通电
111、电方方式式即即称称为为一一拍拍，“单单”是是指指每每次次只只对对一一相相控控制制绕绕组组通通电电，“三三拍拍”指指经经过过三三次次切切换换控控制制绕绕组组的的通通电电状状态态为为一一个个循循环环。此此外外，还还有有“双双三三拍拍”“单单、双双六六拍拍”通通电电方方式式。所所谓谓“双双三三拍拍”即即按按UVVWWUUV的通电顺序，这种方式的步距角仍为的通电顺序，这种方式的步距角仍为30。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（二）步进电动机的工作原理（二）步进电动机的工作原理“单单、双双六六拍拍”是是按按UUVVWWWUU的的顺顺序序控制，则电机为六拍一循环。控
112、制，则电机为六拍一循环。 步步进进电电机机每每改改变变一一次次通通电电状状态态（一一拍拍）转转子子所所转转过过的的角角度度称称为为步步进进电电机机的的步步进进角角。从从图图中中可可看看出出三三相相单单三三拍拍的的步步进进角角为为 30，而而三三相相单单、双双六六拍拍为为 15，三三相相双双三三拍拍的步进角为的步进角为 30。 以以上上讨讨论论的的是是最最简简单单的的反反应应式式步步进进电电机机的的工工作作原原理理，这这种种步步进进电电机机的的步步进进角角较较大大，不不能能满满足足生生产产实实际际的的需需要要，实实际际使使用用的的步步进进电电机机定定、转转子子的的齿齿都都比比较较多多，而而步步进
113、进角角一一般般较较小小。图图4.4.5 为为小小步步进进角角的的反反应应式式步步进进电电机机的的原原理理图。图。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（二）步进电动机的工作原理（二）步进电动机的工作原理 步进电机的步进角步进电机的步进角se，可通过下式计算，可通过下式计算电机控制与维修 图图4.4.5 小步距三相反应式步进电机小步距三相反应式步进电机放大任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（二）步进电动机（二）步进电动机的工作原理的工作原理式中，式中，m为步进电机的相数，对于三相步进电机为步进电机的相数，对于三相步进电机 m = 3 ；C为为
114、通电状态系数，对于单拍或双拍方式工作时通电状态系数，对于单拍或双拍方式工作时 C=1，单双拍混，单双拍混合方式工作时合方式工作时 C = 2；Zr 步进电机转子的齿数。步进电机的步进电机转子的齿数。步进电机的转速转速 n 可通过下式计算可通过下式计算 式中，式中，f 为步进电机每秒的拍数（或每秒的步数），称为步为步进电机每秒的拍数（或每秒的步数），称为步进电机的通电脉冲频率进电机的通电脉冲频率。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（二）步进电动机的工作原理（二）步进电动机的工作原理 （三）步进电动机的选择（三）步进电动机的选择 合合理理选选择择步步进进电电机机
115、对对系系统统设设计计人人员员来来说说非非常常重重要要。通通常常，希希望望步步进进电电机机的的输输出出转转矩矩大大，起起动动频频率率和和运运行行频频率率高高，步步距距误误差差小小，性性能能价价格格比比高高。但但增增大大转转矩矩与与快快速速运运行行存存在在一一定定矛矛盾盾，高高性性能能与与低低成成本本存存在在矛矛盾盾。因因此此，实实际际选选用用时时，必须全面考虑。必须全面考虑。 首首先先，应应该该考考虑虑系系统统的的精精度度和和速速度度的的要要求求。为为了了提提高高精精度度，希希望望脉脉冲冲当当量量小小。但但脉脉冲冲当当量量太太小小，要要求求的的减减速速比比大大，而而最最高高速速度度将将受受到到步
116、步进进电电动动机机的的最最高高运运行行频频率率限限制制。故应兼顾精度与速度。故应兼顾精度与速度。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】 其其次次，选选择择步步进进电电机机时时应应考考虑虑负负载载状状况况。要要避避免免因因估估计计不不足足而而将将电电机机容容量量选选得得过过小小，带带不不动动负负载载造造成成失失步步；或或者，容量选得过大，造成浪费。者，容量选得过大，造成浪费。 选选择择步步进进电电动动机机时时，还还应应考考虑虑电电源源断断电电后后是是否否有有要要求求。若若必必须须把把负负载载保保持持在在固固定定位位置置上上，则则应应选选永永磁磁式式电电机机。若若仅
117、仅要要求求静静态态时时产产生生一一定定的的定定位位转转矩矩，则则既既可可选选永永磁磁式式电电机机，也也可可选选磁磁阻阻式式电电机机。这这时时，只只要要往往电电机机中中通通入入一一定定的的励励磁磁电流即可。电流即可。 当当然然，选选择择步步进进电电机机时时，还还应应考考虑虑运运行行的的其其他他要要求求，如：运行的时间，电机温升，安装尺寸，价格，效率等。如：运行的时间，电机温升，安装尺寸，价格，效率等。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【知识准备】【知识准备】（三）步进电动机的选择（三）步进电动机的选择1.实施地点：实施地点：教室、电机实训室教室、电机实训室2.实施所需器材实施所需器材
118、 1）多媒体设备；）多媒体设备；2）每组各类步进电机各）每组各类步进电机各12台。台。3.实施内容与步骤：实施内容与步骤：1）学生分组：）学生分组：4人左右一组，指定组长。工作始终各组人员人左右一组，指定组长。工作始终各组人员尽量固定。尽量固定。2）教师布置工作任务。学生阅读学习指导书，了解工作内）教师布置工作任务。学生阅读学习指导书，了解工作内容，明确工作目标，制定实容，明确工作目标，制定实施方案。施方案。 电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的步进电动机的使用与选择使用与选择 【任务实施】【任务实施】引导问题为：引导问题为：（1）什么叫步进电机？有何用途？如何分类？）什么叫步
119、进电机？有何用途？如何分类？（2）什么叫步进电机的步进角？如何计算？）什么叫步进电机的步进角？如何计算？3）教教师师通通过过图图片片、实实物物或或多多媒媒体体分分析析演演示示让让学学生生了了解解步步进电机的结构、原理与用途并举例，或指导学生自学。进电机的结构、原理与用途并举例，或指导学生自学。4）实际观察各类步进电机的结构与特点。）实际观察各类步进电机的结构与特点。 观观察察给给的的步步进进电电机机，记记录录铭铭牌牌数数据据，观观察察结结果果记记录录在表在表4-4-1 中。中。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 之之 【任务实施】【任务实施】3.实施内容与步骤：实施内容与步骤：电机控制与维
120、修 序号步进电机名称步进电机型号工作方式步进电机用途1234表表4-4-1 步进电机观察结果记录表步进电机观察结果记录表任务任务4.4 4.4 步进电动机的使用与选择步进电动机的使用与选择 【任务实施】【任务实施】3.实施内容与步骤：实施内容与步骤： 一般电动机是连续旋转的，而步进电动机是一步步一般电动机是连续旋转的，而步进电动机是一步步转动的。向定子绕组供给一个电脉冲信号，转子就转过转动的。向定子绕组供给一个电脉冲信号，转子就转过某一个角度，如果连续输入脉冲信号，它就象走路一样，某一个角度，如果连续输入脉冲信号，它就象走路一样，一步接一步转过一个角度又一个角度。所以，步进电动一步接一步转过一
121、个角度又一个角度。所以，步进电动机是把电脉冲信号转变成机械角位移或直线位移的元件。机是把电脉冲信号转变成机械角位移或直线位移的元件。 步进电动机是一种把电脉冲信号转变成相应的角位步进电动机是一种把电脉冲信号转变成相应的角位移（或线位移）的执行元件。其总的角位移与总的脉冲移（或线位移）的执行元件。其总的角位移与总的脉冲数目相对应，在数字程序控制系统中广泛应用。数目相对应，在数字程序控制系统中广泛应用。电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的步进电动机的使用与选择使用与选择 【学习小结】【学习小结】4.4-1 步进电机的作用是什么？主要用途是什么？步进电机的作用是什么？主要用途是什么？
122、4.4-2 试述反应式步进电机的结构和工作原理？试述反应式步进电机的结构和工作原理？4.4-3 步进电机有哪些优点？步进电机有哪些优点？4.4-4 步进电机选择应注意哪些问题？步进电机选择应注意哪些问题？电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的步进电动机的使用与选择使用与选择 【自我评估】【自我评估】电机控制与维修 任务任务4.4 4.4 步进电动机的使用与选择步进电动机的使用与选择 【评价标准】【评价标准】项目内容配分考核要求扣分标准得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程地遵守情况；3.纪律遵守情况；30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分步进电机观察与操作演示观察各种步进电机结构特点，记录参数；观看操作50观察认真，记录完整；注意观看，总结体会观察不认真扣10分；记录不完整扣10分；体会不正确扣10分；工具的整理与环境清洁1.工具整理情况；2.环境清洁情况；3.完成技能训练报告20要求工具码放整齐，工作台周围无杂物；技能训练报告符合要求工具码放不整齐1件扣1分；有杂物1件扣1分；技能训练报告不符合要求扣10分合计100注 各项配分扣完为止表表4-4-2 任务任务4.4综合评价表综合评价表
