控制电机及特种电机

1、第十五单元,控制电机及特种电机,苏丽华,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,?,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,测速发电机,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,、

2、测速发电机分为,直流,和,交流,两种。,一、交流测速发电机,?,交流测速发电机分为：同步和异步测速发电,机。,?,在实际应用中,杯形转子异步测速发电机,使用,较广泛。,一、交流测速发电机,1,、基本机构,?,?,图中的转子是一个薄壁非磁性杯形转子。,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,2,、工作原理,一、交流测速发电机,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

3、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。,二、直流测速发电机,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,此外按电枢机构分为无刷式、直线式、无槽电枢等。,永磁式直流测速发电机,他励式直流测速发电机,2,、直流测速发电机的工作原理,直流电势公式,:,E,a,=,C,e,n,?,发电机电刷两端接上负载电阻,R,L,后，,R,L,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,U,a,=,E,

4、a,-,I,a,R,a,I,a,+,TG,E,a,R,L,-,n,U,a,?,?,称为直流发电机电压平衡方程式。,式中，,R,a,为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组的电阻、,电,刷和换向器之间的接触电阻；,I,a,为电枢总电流，且有以下输出,特性,输出特性,:,?,I,a,+,TG,E,a,R,L,-,n,E,a,=C,e,?,n,只要保持,?,、,R,a,和,R,L,不变，,U,a,与,n,就,成正比关系。,U,a,指输出电压与输入转速之间,的函数关。,根据,U,a,=E,a,-,I,a,R,a,和,I,a,=U,a,/,R,L,得,U,a,=,E,a,1+(,R,a,/R,L,),U,a,

5、=,C,e,?,R,a,1+,R,L,n,=,K,n,第二节,伺服电动机,伺服电动机,1,、伺服电动机的作用：,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,。,2,、伺服电动机的分类：,交流伺服电动机和直流伺服电动机。,一、交流伺服电动机,1,、结构,?,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。,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,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,控制绕组,转子,励磁绕组和控制绕组在空间相隔,90

6、,?,。,2,、工作原理,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。,?,和,I,?,工作时两个绕组中产生的电流,I,的相,2,1,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。,交流伺服电动机的特点：,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。,分类：,电磁式（他励式）和永磁式直流伺服电动机。,工作原理：,与直流电动机相同。

7、,二、直流伺服电动机,U,2,?,I,a,r,a,n,=,C,e,U,放,U,2,大,M,器,I,a,I,f,U,1,U,1,为励磁电压，,U,2,为电枢电压。,由机械特性可知：,(1),U,1,（即磁通,?,）不变时，一定的负载下，,U,2,?,n,?,。,(2),U,2,=0,时，电机立即停转。,三、应用：,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,。它的用途很多，如随动系统中的位置控,制等。,第三节,步进电动机,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

8、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。,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,定子绕组,定子,转子,。,二、工作方式

9、,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,A,B,4,1,3,A,2,A,相通电，,A,方向的磁通,C,B,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，转子被磁,C,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,相通电使转子,1,、,3,齿和,AA,对齐。,A,B,A,C,B,A,B,C,B,

10、A,C,C,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,?,。,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：,A,?,AB,?,B,?,BC,?,C,?,CA,?,A,共六拍。,工作过程：,A,B,4,1,3,A,2,C,B,C,A,相通

11、电，,转子,1,、,3,齿和,A,相对齐。,A,、,B,相同时通电,A,B,C,B,A,C,（,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。,（,2,）,AA,磁场继续对,1,、,3,齿有拉力。,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,。,B,相通电，,转子,2,、,4,齿和,B,相对齐，又转了,15,?,。,A,B,C,B,A,C,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,?,。,三、三相双三拍,三相绕组的通电顺序为：,AB,?,BC,?,CA,A,B,C,C,B,A,AB,通电,?,AB,共三拍。,A

12、,B,C,C,B,A,BC,通电,A,B,C,B,A,C,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,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。,束,谢谢！,结,复,A,、串励式,答案：,B,B,、永磁式,习,C,、同步式,1,、直流测速发电机可分成他励式和（,）测速发电机。,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（,）

13、。,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：,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,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。,第二部分,

14、交磁电机扩大机,交磁电机放大机,一、基本结构,交磁电机扩大机实际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。,交磁电机放大机,一、基本结构,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

15、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

16、轭。,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。,(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,电磁调速电动机,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

17、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。,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。,第一部分,电磁调速异步电动机,一、电磁调速电动机的组成,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,二、电磁转差离合器的工作原理,电磁转差离合器是由两个同心而又互相独立旋转的部,件组成：,（,1,）磁极

18、（内转子）,，有凸极式、爪极式和感应子,式三种结构；,（,2,）电枢（外转子），有绕线式、笼型、实心钢体和,铝合金杯形等结构。,二、电磁转差离合器的工作原理,左边的轴是主动轴，右边的轴是从动轴。,异步电动机,旋转机械,第一部分,电磁调速异步电动机,二、电磁转差离合器的工作原理,1,、当作为原动机的三相异步电动机和电枢转动时，如果没有向,磁极的励磁绕组通电，磁极与输出轴是不会转动的。,2,、当经过滑环向磁极励磁绕组通入直流励磁电流后，磁极即有,磁性，磁通形成一个闭合回路，电枢切割磁通而产生感应电动势，,并形成涡流。,3,、涡流又与磁通作用产生转矩，在该转矩的作用下，磁极就跟,随电枢转动。,可以看

19、出，两者的旋,转方向是一致的，磁,极通过输出轴拖动负,载转动。,异步电动机,旋转,机械,第一部分,电磁调速异步电动机,参照异步电动机的工作原理可知，磁极的转速必定小于电,枢的转速，否则当电枢和磁极之间没有相对转速差时，电,枢中就不会有涡流产生，也就没有转矩去带动磁极旋转，因,此取名为“,转差离合器,”。,异步电动机,旋转机械,第一部分,电磁调速异步电动机,三、电磁转差离合器的主要缺点克服的措施,转差离合器的,主要缺点,是它的机械特性曲线较,软,，故输出的转速随,负载的变化而变化较大，特别是在低转速输出时，其特性更软，这,种特性往往满足不了不少生产机械要求有较为恒定的转速的目的。,为此电磁调速异

20、步电动机中一般都配,有能根据负载变化而自动调节励磁电流的,控制装置，它主要由测速发电机和速度负,反馈系统构成。当负载向上波动使转速降,低时，自动增加,励磁电流,，从而保持转速,的相对稳定。,思考题：,练习：,1,、电磁调速异步电动机采用（,）的方法进行转速调节。,(A),改变异步电动机的定子电压,(B),改变电磁转差离合器的励磁电流,(C),改变异步电动机的转子串联电阻,(D),改变电磁转差离合器的铁心气隙,答案：,B,2,、在电磁转差离合器中，如果电枢和磁极之间没有相对转速差时，,( ),也就没有转矩去带动磁极旋转，因此取名“转差离合器”。,(A),磁极中不会有电流产生,( B),磁极就不存

21、在,(C),电枢中不会有趋肤效应产生,(D),电枢中就不会有涡流产生,答案：,D,，,第六节,电焊机,电焊机,电焊机可分为交流弧焊机、直流弧焊机。,弧焊发电机外形图,直流弧焊汽油发电机外形图,一、交流弧焊机,1,、交流弧焊机是一台特殊的降压变压器，即电焊变压器。,2,、其要求是,（重点）,：,（,1,）空载时，要有足够引弧电压，约为,60-75V,；,（,2,）带负载时，电压要求急剧下降，额定负载约为,30V,。,3,、电焊变压器必须满足的要求：,（,1,）变压器绕组的漏抗应较大；,（,2,）二次侧绕组的匝数可以改变，绕组的漏抗也可以改变，,以便调节电流。,一、交流弧焊机,分类：,1,、磁分路

22、动铁式电焊变压器,2,、带电抗器的电焊变压器,3,、动圈式电焊变压器,一、交流弧焊机,1,、磁分路动铁式电焊变压器,磁分路动铁式电焊变压器是,在铁心的两柱中间又装了一个活,动的铁心柱，称为动铁心，如图,（,a,）所示。一次侧绕组绕在左,边的铁心柱上，而二次侧绕组分,两部分，一部分在左边与一次侧,同在一个铁心柱上；另一部分在,右边一个铁心柱上。,动铁式弧焊机结构图,一、交流弧焊机,1,、磁分路动铁式电焊变压器,当改变二次绕组的接法,就达到改变匝数和改变漏抗,的目的，从而达到改变起始,空载电压和改变电压下降陡,度的作用，以上是粗调作用，,如图,5-5,（,b,）所示。粗调有,I,和,两挡。,动铁式交流弧焊机电路图,一、交流弧焊机,1,、磁分路动铁式电焊变压器,如果要微调电流，则要微,调中间动铁心的位置。如果,把动铁心从贴心的中间逐步,往外移动，那么从动铁心中,漏过的磁通会慢慢地减少。,动铁式交流弧焊机,一、交流弧焊机,1,、磁分路动铁式电焊变压器,重点：,粗调：是改变二次侧绕组的匝数。,焊接电流的,调节方法,细调：是移动铁心位置。,电焊变压器,2,、带电抗器的电焊变压器,带电抗器式电焊,变压器是在