二、直流伺服電動機

1、第十章 特種電機,第一節(jié) 同步電機,所謂同步電機：即轉子的轉速與同步轉速相同。 一、同步發(fā)電機 構造： 定子：主要由機座、定子鐵芯、定子繞組、電刷裝置等。 轉子：主要由轉子鐵芯、勵磁繞組、滑環(huán)等。轉子有隱極式和凸 極式兩種。,同步發(fā)電機的工作原理,同步發(fā)電機接線圖,當同步發(fā)電機直流勵磁繞組通以直流電流時，轉子便產(chǎn)生一個幅值不變的恒定磁埸。磁埸經(jīng)轉子鐵芯、轉子與定子間的氣隙、定子鐵芯而構成閉合回路。在

2、原動機的拖動下，發(fā)電機轉子轉動后，在氣隙中便形成幅值不變的旋轉磁埸，這個旋轉磁埸依次切割三相定子繞組；在定子繞組中感應出交變的電動勢。由于定子的電樞繞組三相對稱，轉子轉速恒定，所以感應電動勢也對稱，即幅值相等、頻率相同、相位依次相差1200。,二、 同步電動機,旋轉原理：當電樞繞組通以三相電源時，氣隙中產(chǎn)生旋轉磁埸。同時轉子繞組通過直流勵磁電流，產(chǎn)生轉子磁埸，它在氣隙旋轉磁埸的帶動下，以與旋轉磁埸相同的速度同向旋轉，它們之間無相對運動，

3、所以稱同步。 因為轉子的轉速總是等于旋轉磁埸的同步轉速，故同步電動機具有絕對硬的機械特性。 啟動：同步電動機的缺點是沒有自啟動能力。即當轉子靜止而電樞通電時，電樞旋轉磁埸以很高的同步轉速相對于轉子的磁極旋轉，因轉子有慣性，靠旋轉磁埸和轉子磁極的異性相吸作用不能拉動轉子轉動，所以不能自啟動。它必須依靠外力或輔助設備啟動。,第二節(jié) 單相異步電機,結構：定子為單相繞組（通單相交流電）轉子一般用鼠籠式。,定子中通入

4、單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應強度按正弦分布，且隨時間按正弦變化,定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場（?），可用正、反兩個旋轉磁場合成而等效。,電容分相式異步電動機,在電動機定子中放置一個起動繞組B，與工作繞組在空間相隔 90°，起動繞組B與電容器串聯(lián)，使兩個繞組中的電流在相位上近于相差90°，這就是分相。由這兩相電流也能產(chǎn)生旋轉磁場,分相,實現(xiàn)正反轉,改變C的串聯(lián)位置，可使電動機反轉。將開關合在1，電容與V繞組串

5、聯(lián)，電流 超前 近90°；,將開關切換到2，電容與U繞組串聯(lián)，電流 超前 近90°。如此便改變了旋轉磁場的方向，實現(xiàn)反轉。,罩極式單相電機,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉磁場，使轉子轉起來。,結構：單相繞組繞在磁極 上，在磁極的約1/3

6、部分套一短路環(huán),第三節(jié) 伺服電動機,1.基本結構　交流伺服電動機實質上是一個兩相異步電動機。 2.工作原理　交流伺服電動機的電氣原理圖如圖11-6所示，1是控制繞組，2是勵磁繞組，3是籠型轉子。 3.交流伺服電動機特性:交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1～100W。,兩相繞組分布圖,籠型轉子導體,一、交流伺服電動機,交流伺服電動機原理圖,交流伺服電動機工作原理,交流伺服電動機的工作原理與單相異步電動機有相似之

7、處。當交流伺服電動機的勵磁繞組 “2” 接到“ uf” 上，如果控制繞組加上控制電壓為 “0” 時，所產(chǎn)生的是脈動的磁通勢，建立的是脈動磁埸，電動機無啟動轉矩。當控制繞組加上控制電壓 “ uf” 且產(chǎn)生的控制電流與勵磁電流的相位不同，建立起橢圓形旋轉磁埸，于是產(chǎn)生了起動轉矩，電動機轉子就轉動起來了。如果控制電壓消失，轉速會下降，但不會停止。 交流伺服電動機具有自轉的能力。,二、直流伺服電動機,1.基本結構　直流伺服電動機按控制方

8、式可分為電樞控制和磁極控制兩種。 2.工作原理　圖11-18是直流伺服電動機的原理圖。 3.直流伺服電動機的特性,直流伺服電動機剖面圖 a)他勵式 b)永磁式,1—磁極 2 —勵磁繞組 3 —電樞繞組4 —機殼 5 —電樞鐵芯 6 —轉軸,直流伺服電動機的工作原理,直流伺服電動機的原理圖,工作原理： 直流伺服電動機的工作原理和普通直流電動機相同，其勵

9、磁方式一般采用他勵式，也有不用勵磁繞組而用永久磁鐵的永磁式。 工作時將勵磁繞組接在固定的直流電源上，而將控制電壓,加在電樞繞組上，這種,的大小和方向，電動機,方式稱電樞控制。改變電樞,電壓,轉矩大小方向也隨之改變，當控制電壓為零，電動機停轉。,直流伺服電動機電樞控制線路圖,第四節(jié) 步進電動機,一、步進電動機的結構,三相反應式步進電動機結構示意圖,1.三相單三拍控制　“三相”指三相步進電動機；“單”指每次只給一相繞組通電，

10、三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。 2.三相單、雙六拍控制　這種控制方式中通電順序按U→UV→V→VW→W→WU→U…進行，即一開始U相繞組通電，而后是U、V兩相同時通電，然后是V相通電，接著是V、W兩相同時通電…當U相單獨通電時，轉子將轉到圖11-24a所示的位置。 3.三相雙三拍控制　雙三拍控制方式是每次有兩相繞組同時通電，即按照UV→VW→WU→UV…順序通電。,1.三相單三拍控制　“三相”指三相步進電動機；“單”

11、指每次只給一相繞組通電，“三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。,三相單三拍控制時步進電動機工作原理圖 a)U相通電 b)V相通電 c)W相通電,2.三相單、雙六拍控制　這種控制方式中通電順序按U→UV→V→VW→W→WU→U…進行，即一開始U相繞組通電。,雙三拍控制時步進電動機的工作原理 a)U和V相通電　b)V和W相通電　c)W和U相通電,3.三相雙三拍控制雙三拍控制方式是每次有兩相繞組同時通電，即按照UV

12、→VW→WU→UV…順序通電。,步進電動機典型結構圖,步進電動機應用實例,1.石英手表中的步進電動機　第三代石英電子手表是用石英振蕩器、CMOS電路和特微型步進電動機(體積大約為2mm2×5mm或2mm2×3mm)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械手表的發(fā)條、游絲和擒縱機構等高精度零部件。 2.數(shù)控機床中的步進電動機 目前，利用步進電動機在電子數(shù)字控制機床工作臺中作進退刀驅動。,第五節(jié) 測速發(fā)電機,測速發(fā)電機：能將旋轉機械

13、的轉速信號轉換為與轉速成一定比例的電壓信號。測速發(fā)電機同樣有交、直流之分。,交流異步測速發(fā)電機原理圖,一、交流異步測速發(fā)電機,交流異步測速發(fā)電機有兩個繞組，在空間相差900，一個為勵磁繞組W1，與交流電源相接。另一個為輸出繞組，對外輸出電壓。 當轉子靜止時，W1通以交流電時，將在定子中產(chǎn)生脈動磁埸，其磁通Φ1在轉子中產(chǎn)生感應電動勢和電流，并由此而產(chǎn)生轉子脈動磁埸，由于這一磁埸的軸線與勵磁磁埸的軸線重合，所以，W2中沒有感應電動

14、勢產(chǎn)生。即無輸出。當轉子轉動后，轉子切割勵磁繞組的脈動磁埸而產(chǎn)生感應電動勢，對外輸出電壓。,注意：當u1一定時，感應電動勢大小與轉速成正比，頻率與u1相同。所以稱測速發(fā)電機。,二、直流測速發(fā)電機,直流測速發(fā)電機在結構上與普通小型直流發(fā)電機相同，按勵磁方式分為他勵式和永磁式。 他勵式測速發(fā)電機的工作原理與普通發(fā)電機工作原理一樣。勵磁繞組接在電源上，電樞繞組作為輸出繞組。在恒定的勵磁磁埸作用下，轉子轉動時，電樞繞組中就會產(chǎn)生感應

15、電動勢，E，根據(jù)直流電機原理可知，E=CEΦn，即感應電動勢與轉速成正比，從而使輸出電壓的大小反應了轉速的高低。所以稱測速發(fā)電機。,第六節(jié) 自整角機,自整角機有定子和轉子兩大部分組成，定子鐵芯上嵌放一套與三相繞組相似的三個在空間互差1200的繞組，稱為整步繞組; 轉子為磁極，上面放置單相勵磁繞組，交流電源通過電刷和滑環(huán)施加于勵磁繞組。自整角機工作時必須是兩個或兩個以上同時使用，其中之一為發(fā)送機，另一個或多個則為接收機。根

16、據(jù)工作方式的不同，自整角機分為兩種。,1、力矩式自整角機工作原理,力矩式自整角機原理圖,力矩式自整角機，發(fā)送機和接收機的三相整步繞組按對應端相互連接，兩機的勵磁繞組W1和W2接在同一單相交流電源上，從而在兩機中各建立一個一對磁極的脈動磁埸，并分別在各自的三相整步繞組中產(chǎn)生感應電動勢。 當發(fā)送機與接收機轉子位置一致時，在各自對應的三相繞組中所產(chǎn)生的感應電動勢大小相等，在繞組回路中方向相反，故繞組回路中沒有電流。

17、 當發(fā)送機轉過一個角度后，兩機中各自對應繞組中的電動勢不相等，將在繞組中產(chǎn)生電流。此電流與接收機的勵磁磁埸相互作用，使接收機轉子產(chǎn)生電磁轉矩，驅動接收機轉子沿發(fā)送機轉子偏轉的方向轉動，直到兩個轉子的位置一致。此時對應繞組中感應電動勢又重新相等、方向相反、電流為零，接收機中電磁轉矩消失，轉子停止轉動。如果外加力矩始終作用于發(fā)送機轉軸上，使其轉子連續(xù)不斷地旋轉，則接收機轉子也就以相同轉速不斷地旋轉，如果發(fā)送機反轉，接收機也跟著反轉?？梢?/p>

18、接收機輸出的是與發(fā)送機偏轉角相對應的隨動轉矩，從而在無機械連接的轉軸之間實現(xiàn)機械轉角的同步傳遞。,2、控制式自整角機工作原理,控制式自整角機原理圖,控制式自整角機與力矩式自整角機的主要區(qū)別接收機的單相繞組并不是作為勵磁繞組接單相繞組電源，而是作為輸出繞組對外輸出電壓U0，當發(fā)送機的單相繞組接通交流電源后，將在發(fā)送機中建立脈動磁埸，從而在其三相整步繞組中產(chǎn)生感應電動勢，該感應電動勢在相互連接的兩機的整步繞組回路中產(chǎn)生電流。這一電流在接收機

19、中建立磁埸，而在其輸出繞組中感應出電動勢，對外輸出電壓。輸出繞組中的感應電動勢是一個隨兩機轉軸偏差角的關系u0=Umsinθ?？梢娊邮諜C輸出的是與發(fā)送機偏轉角相對應的電壓信號。該信號常作為自動控制中的反饋信號。,3、自整角機的應用,1、力矩式自整角機的應用： 力矩式自整角機常用于精度較低的指示系統(tǒng)，如液面的高低、閥門的開啟度，電梯及礦井提升機的位置等。 在遠洋船上使用的舵角指示器就由力矩式自整角機組成的同步跟蹤系統(tǒng)。,2、