1、2018/10/7,1,第七章 其它特殊电机, 四川机电职业技术学院 . 电子电气工程系,2018/10/7,2,2018/10/7,3,7.1.1 单相异步电动机磁场一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场，可以分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场，磁感应强度的幅度相等，等于肪动磁场的磁感应强度幅值的一半。,7.1 单相异步电机,2018/10/7,4,2018/10/7,5,7.1.2 单相异步电动机机械特性,单相绕组通入单相交流电后，产生脉动磁场，可以分解为正、反向的旋转磁场。因此，电动机电磁转矩是由两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成当电动机旋转后，正反向旋转磁场产生电磁转矩，其机
2、械特性分另与三相异步电动机正、反序特性相同。,2018/10/7,6,曲线1曲线2曲线3合成,2018/10/7,7,转差率,2018/10/7,8,（1）n=0表明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，不能自行起动。（2）旋转方向不固定，具体的转向由外力矩确定。起动时，外加正向力矩（往正向拨动），运行于机械特性的第一象限，电机正转；外加反向力矩（往反向拨动），运行于机械特性的第四象限，电机反转。（3）由于存在反向电磁转矩起制动作用，因此，单相异步电动机的过载能力，效率、功率因数较低。,2018/10/7,9,7.1.3 单相异步电动机的起动,由于单相异步电动机不能自行起动，需加入附加力矩帮
3、助才能起动运行，常用的方法有:分相式起动罩极式起动,2018/10/7,10,1.单相分相式起动,单相分相式异步电动机结构特点:定子上有两套绕组:一相称主绕组（工作绕组）一相称副绕组（辅助绕组） 它们参数基本相同，在位置上相差900空间电角度，如果通入在相位上也相差900的电流。,2018/10/7,11,表达式:,2018/10/7,12,两相电流旋转磁场,2018/10/7,13,分相式单相异步电动机起动的必要条件方法:,定子具有空间不同相位的两套绕组。两套绕组中通入不同相位的交流电流。通常可取两种方法： 副绕组中串入适当电阻。副绕组采用的导线比主绕组的截面细，匝数比主绕组少 。,2018
4、/10/7,14,电路及相量图,电阻分相起动：电流的相位移较小，所以这种起动方式虽然较简单，但起动转矩较小，不能带较大的负载。,2018/10/7,15,2.单相电容分相起动,方法：辅助绕组串联一个电容器和一个开关，如果电容器选择适当，则可以使起动时的辅助绕组电流与主绕组电流相差接近900，这样就可以得到较大的起动转矩。,2018/10/7,16,单向电容分相起动电路及机量分析,2018/10/7,17,单相双值电容异步电动机,方法：采两个电容并联方式，起动的时候，两电容并联，起动电容大，起动转矩大。当进入运行后，利用自动开关将起动电容切除，保留运行电容。,2018/10/7,18,2. 单相
5、罩极式异步电动机,按结构分：凸极式稳极式,2018/10/7,19,凸级式单相异步电动机定子做工成凸极铁心，然后在凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在每个磁极截面的1/3处开一个小槽，装上短路环，将部分铁心罩住。转子匀为笼式结构。,2018/10/7,20,7.1.4单相异步电动机的调速,常用的速调方法：变频调速串电容调速和抽头调速,2018/10/7,21,（1）串电抗器调速,2018/10/7,22,基本调速原理： 通过改变串入的电抗值来改变单相异步电动机主绕组的电压，从而达到调速目的。串的电抗越大，主绕组电压越低，转速越小。串电抗调速的优点： 结构简单 调速方便,2018/10/7,23
6、,（2）抽头法调速,2018/10/7,24,抽头法调速优缺点： 节省材料、较省电、绕组的嵌放较复杂。,原理： 在电动机定子铁心上多嵌放一个调速绕组，由调速开关改变串入主绕组的匝数，达到改变气隙磁场的目的，从而改变电动机转速。,返回目录,2018/10/7,25,同步电动机是指在其正常运行过程中的转速始终与同步速度一致。由于运行稳定，作为一种恒速电动机多用于拖动大容量的恒速机械。它的功率因数可调，也用于补偿电网功率因数。,7.2 三相同步电机,2018/10/7,26,7.2.1 三相同步电机结构及工作原理,1同步电机的结构2、同步电机的工作原理分析,2018/10/7,27,常分为：同步电动
7、机同步发电机同步调相机,2018/10/7,28,1同步电机的结构,2018/10/7,29,结构,定子转子两大部分。（1）定子： 铁心、定子绕组（又称电枢绕组，为三相对称绕组，通入的为三相对称电流）、机座、及端盖等部件组成。 其主要的作用是完成交流电能与机构能的交换，也要产生旋转磁场，故称电枢。（2）转子： 由主磁极、主磁极励磁直流绕组、及鼠笼型起动绕组、电刷、及集电环等部件组成。 同步电动机的主磁极分为隐极式和凸极式两种。 隐极式的优级点是转子的气隙比较均匀，适用于高速电机； 凸极式转子呈圆柱形，转子在明显的磁极，气隙不均匀，但制造较简单，适用于低速电机。,2018/10/7,30,2.
8、同步电动机基本工作原理,2018/10/7,31,电枢绕组通入三相交流电流后，气隙中产生电枢旋转磁场，其旋转磁场的速度为同步速度： 当转子励磁绕组通入直流电流后，在同一气隙中，双呈现出一个转子磁场，其大小及极性固定，极对数与电枢旋转磁场相同，为一恒定直流磁场，这两个磁场相互作用（磁极吸引力作用），从而使转子被电枢旋转磁场拖着以相同的速度一起旋转。,2018/10/7,32,同步电机的磁场：,一部分是由定子电流提供的（辅助磁场）另一部分是转子励磁绕组提供的（称主磁场）。由于转子转速与同步转速相同，所以这两个磁场在空间上是相对静止的，气隙磁场是这两个磁场的合成。当输入的三相交流电压一定时，这个合成
9、磁场也基本上是恒定的。所以改变转子直流励磁电流，使转子磁通的大小相应改变，则定子磁通出会随之改变，定子励磁电流也要随之作相应改变。功率因数也会随之改变。,2018/10/7,33,调节转子励磁电流，同步电机的励磁全部由转子励磁提供，电枢绕组不从交流电网中吸取无功励磁电流，定子电流与外加电压同相，同步电动机相当于一个纯电阻负载，称其为正常励磁。当转子直流励磁小于正常励磁，则同步电动机的电枢将从交流电网中吸取无功励磁电流，使交流电流滞后交流电压，同步电动机相当于一个感性负载，称欠励。当转子直流励磁大于正常励磁，则多余的无功能量时会通过电枢交流绕组馈回电网，表现为电枢交流电流超前交流电压，同步电动机
10、相当于一个容性负载，称过励。根据过励这一基本原理，同步电动机常用来补偿电网的无功功率因数，使电网功率因数提高接近于1。,2018/10/7,34,7.2.2.三相同步电机特性,1同步电动机电压平衡方程式,2018/10/7,35,电磁功率=输入的电功率-减去电枢绕组铜损若忽略铜损，则：,2018/10/7,36,机械特性曲线,功角特性,2018/10/7,37,同步电机V形曲线,2018/10/7,38,同步电机励磁分析,正常励磁：,电压与电流同相，相当于纯电阻负载。磁场全由转子提供。电机不从电网吸收无功电流。,2018/10/7,39,过励： 增大转子直流励磁； 超前的容性无功能量返回电网；
11、 电流超前电压；,欠励： 减小转子直流励磁； 电机从电网吸收感性无功能量； 电流滞后电压；,2018/10/7,40,7.2.3.三相同步电机的起动,问题：同步电机的欠排,2018/10/7,41,异步起动法,常用的起动方法有以下几种：辅助起动法、变频起动法、异步起动法,2018/10/7,42,异步起动法： 即在转子磁极极掌上装上和鼠笼绕组相似的启动绕组，起动时不先加入直流磁场，只在定子上加入三相对称电压以主生旋转磁场；鼠笼转子产生感生电流，使电机进入异步起动。 当起动速度接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，产生固定极性的磁场，定子旋转磁场与转子励磁的相互作用，便可把转子拉入同步
12、。,返回目录,2018/10/7,43,*7.3.1 直流伺服电机 *7.3.2 交流伺服电机,7.3 伺服电机,2018/10/7,44,7.3.1直流伺服电机,1流伺服电动机结构,2018/10/7,45,直流伺服电动机工作原理,直流伺服电动机工作原理与普通直流电机相同，不同点只是煞费苦心做得比较细长一些，以满足快速响应的要求；电枢电阻较大，其转速特性较徒,2018/10/7,46,直流伺服电机控制特性,两种：电枢控制 所谓电枢控制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，电枢电压磁高，转速增大磁场控制 磁场控制，保持电枢电压恒定，改变励磁绕组电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与
13、转向。,2018/10/7,47,（1）机械特性：励磁电压一定时，电枢电压为一定值时的电动机转速与电磁转矩之关系。,2018/10/7,48,调节特性： 指电磁转矩恒定时，电机的转速随控制电压的变化情况,2018/10/7,49,7.3.2 交流伺服电机,交流伺服电动机是两相异步电动机定子槽内嵌有两套相差900空间电角度的定子绕组， 一套称为励磁绕组， 另一套称为控制绕组。转子： 鼠笼式绕组 空心杯转子两类,2018/10/7,50,交流伺服电动机结构,交流杯形伺服电动机1 励磁绕组； 2 控制绕组； 3 内定子； 4 处定子； 5转子；,2018/10/7,51,2基本工作原理,2018/1
14、0/7,52,问题： 在于一但转动起来以后，当控制电压减到零时，此时相当于运行中的单相异步电动机，电机不会停下来，称为“自转”，这是交流伺服电动机不允许的。,控制电压为零特性 控制电压不为零特性交流伺服电机机械特性,2018/10/7,53,3控制方式,（1）幅值控制，这种控制是通过改变控制电压的幅值来改变电机速度。而控制电压与励磁电压的相位与差始终保持在900。当控制电压；随着控制电压增加，转速增大。（2）相位控制，保持控制电压的幅值不变，改变控制电压的相位，电机的速度也相应改变。当控制电压与励磁电压的相位差；随着控制相位差增大，转速增大。（3）幅-相控制，同时改变幅值与相位来达到改变转速的
15、目的。,返回目录,2018/10/7,54,7.4.1 步进电机的结构和分类7.4.2 反应式步进电机工作原理,7.4 步进电机,2018/10/7,55,7.4.1 步进电机的结构和分类,（1）按运动方式可分为 旋转步进电动机 直线步进电动机 平面步进电动机(2)工作原理可分为 反应式 永磁式,2018/10/7,56,三相反应式步时电机的结构,2018/10/7,57,步进电机就可按一定步进角一步一步旋转 从一相通电，换到另一相通电称做一拍。这三相（不同于三相交流电的三相），依次通电的运行方式，称为三相单三拍运行方式。即ABC（一周期通电三拍运行方式）。如果A、B两相同时通电，转子轴线将转
16、到A、B两相的合成轴线上，如此按两两通电循环下去，称为三相双三拍运行方式。即ABBCCA（一周期通电三拍运行方式）。如果按单双组合方式通，即AABBBCCCA，即一周期通电六拍，有三个单拍，三个双拍。其步距角为三拍的一半，此称为三相六拍运行方式。,7.4.2 反应式步进电机的工作原理,2018/10/7,58,步矩角的计算,设转子齿数为Z2，N拍反应式步进电机每一齿距为3600/Z2，而每一拍转过的角度是齿距的1/N，因此可知步距角,返回目录,2018/10/7,59,测速发电机是一种微型发电机，它的作用是将转速变为电压信号，在理想状态下，测速发电机的输出电压与转速成正比 7.5.1 直流测速
17、电机 7.5.2 交流测速电机,7.5 测速电机,2018/10/7,60,1基本结构及原理,（1）按励磁方式的不同，可分为永磁式测速发电机和他励直流发电机两种。（2）按电枢的不同结构形式，可分为无槽电枢、有槽电枢、空心杯电枢和圆盘形绕组等种类。,7.5.1 直流测速电机,2018/10/7,61,2直流测速发电机特性,2018/10/7,62,7.5.2 交流测速电机,1基本结构2.工作原理,2018/10/7,63,转子旋转切割直轴磁场，产生转子感应电势，转子感应电流，产生交轴磁场，交轴磁场与输出绕组耦合，于是在输出绕组上产生感应电势输出电压。它们之一的关系如下：,2018/10/7,64
18、,返回目录,2018/10/7,65,7.6.1 控制式自整角机 7.6.2 力矩式自整角机,自整角机被广泛用于角度的传输、变换、和指示,自整角机分为: 力矩式自整角机 控制式自整角机,7.6 自整角机,2018/10/7,66,自整角机的结构,1.三相整步绕组；2.定子铁心；3. 转子铁心；4转子励磁绕组；5 转轴；6 滑环,2018/10/7,67,7.6.1控制式自整角机,2018/10/7,68,发送机侧:,2018/10/7,69,接收定子绕组中产生的脉动磁场,2018/10/7,70,对其合成磁场进行正交分解，分为纵向分量与横向分量。其纵向分量不与输出绕组耦合，不产生感生电动势；而
19、横向分量与输出绕组耦合，产生感生电动势（设接收转子处于基准零位）。,输出电压,2018/10/7,71,7.6.2 力矩式自整角机,2018/10/7,72,原理,发送机与接收机的同步绕组对应相连接，它们的励磁绕组同接在一单相交流源。发送机转子与接收机转子基准零位都设在与D1轴线重合的位置。接收机转子带动负载。,2018/10/7,73,第7章 小结,本章主要介绍了工业控制中常用的一些特殊电机，单相异步电动机、三相同步电机、伺服电机、步进电机、测速电机和自整角机，分析了基本原理与基本特性，为其使用维护提供必要的理论基础。,单相异步电动机以基简单的结构及方便维护而被广泛用用家电、医疗器械及自动控
20、制装置。对于通入的单相电流，产生的磁通为脉动磁通，无起动转矩，所以要利于辅助方法进行起动，常采用分相起动和罩极起动方式。,2018/10/7,74,三相同步电机仍属于交流电机范畴，由于正常工作时速度稳定（转差为零），被大量的精密加工拖动系统采用。由于三相同步电机可以通过调节励磁电流的大小，对电网进行动态补偿，收到较好的效果，所以在用着拖动控制时，也兼用物功率因数的补偿。由于本身无起动转矩，不能自行起动，常用异步拖动的方法进行起动，起动时，先将其设置在异步状态，当起动运行接近同步转速时（称亚同步速度），再投入直流励磁，拖入同步进行正常运行。,2018/10/7,75,由于同步电机需要一套严格的投
21、磁控制系统及异步起动控制系统，所动结构较复杂，价格较昂贵，对维护技术要求也较高。,伺服电机作为控制系统中的执行元件，改变控制电压就能改变其速度与转动方向。伺服电机不允许出现“自转”现象。交流伺服电机不需要电刷与换向器，转动惯量小，快速性好。但由于经常运行于两相不对称状态，存在着产生制动转矩的“反向磁场”，故转矩小、损耗大。交流伺服电机有三种基本控制方式，即幅值控制、相位控制及幅-相控制。,2018/10/7,76,测速发电机是一种测量转速的信号元件，将输入的机械转速转换成电压信号输出，在自动控制系统中被广泛应用。测速发电机分为基本的两类，即交流测速发电机与直流测速发电机。,步进电机是将脉冲信号转换成角位移的电动机，每一拍输入脉冲，转子便转过一个步矩角，步矩角的大小与转子的齿数和周期拍数成反比。同步电机的转速与脉冲频率成正比。,2018/10/7,77,自整角机在自动控制系统中作为主令设备，实现角度的运程传输、接收、变换。自整角机都是两个组合使用。按使用不同，分为控制式和力矩式自整角机。力矩式自整角机只适用于接收机轴上的负载较轻，精度要求不高的系统。控制式自整角机，接收机轴上不直接接机械负载，必需将输出电压放大后再经放大后再控制伺服机构。,返回目录,
