《电机变压器原理与维修（第二版）》课件 项目7、8　同步电机的运行与维护、特种电机的使用与维护

同步电机的运行与维护项目七533任务1同步发电机的运行与维护任务2交流同步电动机的运行与维护任务3永磁同步电动机的运行与维护534任务1

同步发电机的运行与维护535学习目标1.了解同步发电机的结构。2.熟悉同步发电机的工作原理。3.掌握同步发电机的励磁方式。4.能正确完成同步发电机的运行与维护。536任务引入同步发电机是通过旋转磁场的磁力线切割定子绕组发电的。由于定子磁场是由转子磁场引起的，且它们之间总是保持着一先一后且同速的同步关系，所以称这种发电机为同步发电机。目前，世界上绝大部分的交流电都是同步发电机产生的。本任务的主要内容是了解同步发电机的基本结构、励磁方式和铭牌数据，掌握同步发电机的工作原理，能对同步发电机进行运行与维护。537一、同步发电机的基本结构同步发电机和其他类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。同步发电机的结构形式有两种，一种是旋转电枢式，即将三相绕组装在转子上，磁极装在定子上；另一种是旋转磁极式，它与前者相反，把磁极装在转子上，三相绕组装在定子上。538相关知识由于旋转磁极式同步发电机的励磁绕组的电压、电流、容量比较小，便于从电刷和集电环上引入，所以旋转磁极式已经成为同步发电机的基本结构形式。如图所示为典型的旋转磁极式同步发电机的结构。下图中用AX、BY、CZ共3个在空间错开120°电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。539

旋转磁极式同步发电机的结构1—磁极2—定子铁芯3—定子绕组4—励磁绕组二、同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理如下：1.转子上装有励磁绕组，当励磁绕组中通入直流电流时，气隙中产生恒定的主极磁场，其磁路如图中虚线所示。2.若用原动机驱动发电机转子恒速旋转，主极磁场就随着转子的转动在气隙中形成旋转磁场。540同步发电机的工作原理3.同步发电机的定子上装有三相对称交流绕组（图中绕组均画在各相绕组轴线上）当旋转磁场切割定子三相绕组时，定子绕组中就会感应出三相对称交变电动势，如图所示。541三相对称交变电动势每相感应电动势的有效值为：E=4.44fNФkw式中f———电源频率；

Ф———每极磁通；

N———绕组匝数；

kw———绕组系数。E

是由励磁绕组产生的磁通

Ф

在电枢绕组中感应得到的。三相电枢绕组在空间分布的对称性决定了三相绕组中的感应电动势将在时间上呈现对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电动势引出后可以作为交流电源。可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的机械能转化为电能。542三、同步发电机的励磁方式同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电来励磁，获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前同步发电机采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流电转化成直流电后供给励磁的整流器励磁系统。两种励磁方式的区别见下表。543同步发电机的励磁方式544同步发电机的励磁方式四、同步发电机的检查、监视和维护1.同步发电机运行前的检查（1）同步发电机与原动机连接之前，应用手转动转轴，观察其转动是否灵活、有无相擦现象。（2）检查同步发电机的外部是否清洁、内部有无杂物等。（3）检查接线有无松散、螺栓是否松动。（4）检查电刷压力是否合适、刷握是否牢固、电刷和集电环的接触是否良好。（5）检查接地是否良好。（6）测量各部分的绝缘电阻，如绝缘电阻过低，应进行干燥处理。（7）检查开关、灭弧装置是否良好。5452.同步发电机运行中的监视（1）监听运行中声音是否正常，检查有无振动和焦味。（2）监控发电机温升是否过高。（3）经常观察集电环和电刷之间有无不正常的火花。（4）随时注意配电屏上各种仪表指示的变化情况。3.同步发电机的维护（1）应经常对集电环、电刷和刷握进行清洁、紧固，使之接触良好。（2）应经常对硅整流元件、印制电路板进行清洁，使其保持干燥、通风良好。（3）要定期清洗轴承和更换润滑油。546任务2

交流同步电动机的运行与维护547学习目标1.了解交流同步电动机的基本结构和额定数据。2.掌握交流同步电动机的工作原理、功率因数调节方法和V形曲线。3.掌握交流同步电动机的启动方法。4.能正确完成三相同步电动机的异步启动、V形曲线的测取和维护。548任务引入交流同步电动机是转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速

n与磁极对数

p、电源频率

f

之间的关系为

n=60f/p。转速

n

取决于电源频率f，故当电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。本任务的主要内容是了解交流同步电动机的基本结构和额定数据，掌握交流同步电动机的工作原理和启动方法，能够完成交流同步电动机的运行与维护。549550相关知识一、交流同步电动机的基本结构和额定数据1.基本结构与直流电动机、异步电动机相同，交流同步电动机也由定子和转子两大部分组成。常见的交流同步电动机的外形如图所示。常见的交流同步电动机的外形（1）定子交流同步电动机的定子与异步电动机的定子结构基本相同，由机座、定子铁芯、电枢绕组等组成。由于大型交流同步电动机的尺寸太大，硅钢片常制成扇形，然后拼成圆形。（2）转子转子由磁极、转轴、阻尼绕组、集电环、电刷等组成，直流电源经电刷和滑环通入励磁绕组，产生固定磁极。根据容量大小和转速高低的不同，转子结构分为凸极式和隐极式两种。551如图所示为交流同步电动机的结构示意图。552交流同步电动机结构示意图a）凸极式b）隐极式c）实物图2.额定数据额定容量

PN：指电动机在额定状态下运行时，电动机轴上输出的有功功率，单位为kW。额定电压

UN：指电动机在额定状态下运行时，定子三相绕组上的线电压，单位为V。额定电流

IN：指电动机在额定状态下运行时，电源输入的线电流，单位为A。553额定转速

nN：指电动机在额定状态下运行时的同步转速，单位为r/min。额定功率因数cosφN：指电动机在额定状态下运行时的功率因数。额定频率

fN：指电动机在额定状态下运行时规定的频率，单位为Hz。额定效率

ηN：指电动机在额定状态下运行时的效率。额定励磁电压

UfN：指电动机在额定状态下运行时的励磁电压，单位为V。额定励磁电流

IfN：指电动机在额定状态下运行时的励磁电流，单位为A。554二、交流同步电动机的工作原理、功率因数调节和V形曲线1.工作原理当交流同步电动机的定子三相绕组中通入对称三相交流电时，对称的三相绕组中产生旋转磁场，当转子的励磁绕组通入励磁电流时，转子即可在旋转磁场的带动下旋转。这时，转子的转速和旋转磁场的同步转速相等。转子的转速

n

与定子电源频率

f、磁极对数

p

之间的关系为：555上式表明，当电源频率

f

不变时，交流同步电动机的转速恒为同步转速，与负载大小无关，这是同步电动机和异步电动机的基本差别之一。如图所示为交流同步电动机的工作原理示意图。556交流同步电动机工作原理示意图2.功率因数调节电网的主要负载是变压器和三相异步电动机，它们都是感性负载，不仅要消耗有功功率，还要从电网中吸收滞后的无功功率，使电网功率因数下降。而同步电动机可通过调节励磁电流来调节同步电动机的无功电流和功率因数，从而提高电网的功率因数。功率因数的调节分三种情况，具体见下表。557交流同步电动机不同励磁情况下功率因数的变化558交流同步电动机不同励磁情况下功率因数的变化3.V形曲线交流同步电动机的V形曲线指在保持电压

U

和负载转矩TL

不变的条件下，电枢电流I1

与励磁电流

If之间的关系曲线，即

I1=f（If）。交流同步电动机的V形曲线如图所示。559交流同步电动机的V形曲线三、交流同步电动机的启动交流同步电动机的定、转子通电，定子三相绕组产生旋转磁场，转子绕组产生恒定磁场。假设启动瞬间定、转子磁极的相对位置如图a所示。启动瞬间，转子是静止的，转子磁场也是静止的，定子旋转磁场与转子磁场间产生相对运动（定子旋转磁场的转速为同步转速），产生逆时针方向转矩。而转子存在惯性，无法立刻达到同步转速。这时定子的旋转磁场已经转过180°到达如图b所示的位置，转子上又产生一个顺时针转矩。由此可见，在一个周期内，作用在交流同步电动机转子上的平均启动转矩为零。所以，交流同步电动机无法自行启动。560561交流同步电动机启动时定子磁场对转子磁场的作用a）定、转子磁极的相对位置一b）定、转子磁极的相对位置二交流同步电动机的启动方法有三种：辅助电动机启动法、变频启动法和异步启动法。1.辅助电动机启动法辅助电动机启动法是选用一台与交流同步电动机极数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，启动时先启动辅助电动机，将交流同步电动机拖动到接近同步转速，然后将交流同步电动机投入电网并加入励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步，同时切断辅助电动机电源，这种方法适用于交流同步电动机的空载启动。5622.变频启动法变频启动法是在启动前为转子加入直流电，利用变频电源使频率从零缓慢增大，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直至达到额定转速，启动完毕。这种方法多用于大型交流同步电动机的启动。5633.异步启动法异步启动法是在转子上加装启动绕组，其结构如同异步电动机的笼型绕组。启动时，励磁绕组先不加励磁，交流同步电动机定子绕组接电源，通过启动绕组的作用产生启动转矩，使交流同步电动机自行启动，当转速达同步转速的95%左右时，为交流同步电动机的励磁绕组通入直流电，转子自动牵入同步，交流同步电动机异步启动法的电路原理图如图所示。564

交流同步电动机异步启动法的电路原理图异步启动法的具体步骤如下：（1）将交流同步电动机的励磁绕组通过一个附加电阻短接，该附加电阻阻值约为励磁绕组阻值的10倍。励磁绕组不能开路，因为励磁绕组的匝数很多，定子旋转磁场将在该绕组中感应出很高的电压，可能击穿励磁绕组的绝缘。（2）将定子绕组通以三相交流电源，建立旋转磁场，在转子的启动绕组中产生感应电动势及电流，此电流与定子旋转磁场相互作用而产生异步电磁转矩——异步启动。（3）当交流同步电动机的转速接近同步转速的95%时，将附加电阻断开，励磁绕组与直流电源连接，依靠同步转矩保持电动机同步运行——牵入同步。565四、交流同步电动机的维护交流同步电动机的维护主要包括以下几个方面：1.保持清洁和干燥。交流同步电动机在使用过程中必须定期检查并保持清洁、干燥，尤其应注意集电环、换向器、电刷和散热器的清洁、干燥。2.轴承保养。交流同步电动机的轴承需要使用规定的润滑油进行润滑，油压、油温等应符合技术要求。5663.集电环和电刷装置的维护。必须保持集电环的光滑度和圆度，在不影响电动机正常运行的情况下，允许径向摆度不超过0.1mm，轴向摆度不超过2.0mm。4.温度控制。应通过多种渠道监测交流同步电动机的温度，检查电动机的通风散热是否良好，避免电动机出现过热现象。5.绝缘检查。交流同步电动机在运行过程中，其绝缘材料的性能可能会因老化、潮湿和污染而发生变化，应定期进行检查，检查内容主要有绝缘电阻测量和耐压测试，以满足使用要求。567任务3永磁同步电动机的运行与维护568学习目标1.熟悉永磁同步电动机的结构和分类。2.掌握永磁同步电动机的工作原理。3.掌握永磁同步电动机的运行特性。4.掌握永磁同步电动机的控制方式。5.能正确完成永磁同步电动机的拆卸、装配和维护。569任务引入永磁同步电动机是电动汽车上应用最多的一种驱动电机，如图所示是常见的永磁同步电动机的外形图。本任务的主要内容是熟悉永磁同步电动机的基本结构，掌握永磁同步电动机的工作原理，进而掌握永磁同步电动机的拆装、维护等操作技能。570永磁同步电动机一、永磁同步电动机的结构永磁同步电动机分为正弦波驱动的永磁同步电动机和方波驱动的永磁同步电动机。本任务仅介绍三相正弦波驱动的永磁同步电动机。永磁同步电动机的结构和传统电动机相同，主要由定子和转子两大部分构成。与普通电动机相比，永磁同步电动机还必须装有转子位置传感器，用来检测磁极位置，并对电枢电流进行控制，达到控制永磁同步电动机的目的。571相关知识1.定子永磁同步电动机的定子与普通电动机基本相同，定子结构如图所示。572永磁同步电动机的定子结构2.转子转子主要由永磁体、转子铁芯、转轴等构成，如图所示。其中永磁体主要采用铁氧体永磁和钕铁硼永磁材料；根据磁极结构的不同，转子铁芯可选用实心钢，也可用钢板或硅钢片冲制后叠压而成。573永磁同步电动机的转子结构3.转子位置传感器在永磁同步电动机中，转子位置传感器通常与电动机轴联在一起，便于随时测定转子磁极的位置，为换向提供正确的信息。目前，永磁同步电动机系统的位置传感器有光电编码式、磁敏式、电磁式等，在控制精度要求相对较高的场合，可采用正弦或余弦旋转变压器等位置传感器，它们的作用都是检测转子位置信息。4.逆变器位置传感器将转子的位置信号电平反馈给控制芯片，控制芯片经过电流采样和数学变换，并根据反馈的位置信息和闭环运算，按新的PWM占空比输出，触发功率元件（IGBT或MOSFET）。实际上逆变器是自控的，由自身的运行保证电动机的转速和电流输入频率同步，避免振荡和失步的发生。574二、永磁同步电动机的分类根据永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机可分为内置式永磁同步电动机和外置式永磁同步电动机。1.内置式永磁同步电动机内置式永磁同步电动机按永磁体磁化方向的不同可分为径向式、切向式和混合式三种，三种内置式永磁同步电动机的转子结构如图所示。由于内置式永磁同步电动机的转子内部嵌入了永磁体，所以转子机械结构呈现凸极特性。575576

内置式永磁同步电动机的转子结构a）径向式b）切向式c）混合式2.外置式永磁同步电动机根据永磁体是否嵌入转子铁芯中，外置式永磁同步电动机可分为面贴式和插入式两种，两种外置式永磁同步电动机的转子结构如图所示。577

外置式永磁同步电动机的转子结构a）面贴式b）插入式三、永磁同步电动机的工作原理永磁同步电动机与传统电励磁同步电动机的基本工作原理相同，唯一的区别是，传统的电励磁同步电动机通过在励磁绕组中通入电流产生磁场，而永磁同步电动机通过永磁体建立磁场，因此两者在工作原理分析上存在差异。永磁同步电动机的工作原理如图所示，图中

θ

为功率角，电动机的转子是一个永磁体，定子可以看成一个以速度

n0

旋转的磁场。电动机运行时，转子像磁针在旋转磁场中旋转一样，随着定子的旋转磁场同步旋转。578579

永磁同步电动机的工作原理永磁同步电动机的定子绕组是三相对称绕组，三相正弦波电压在定子三相绕组中产生对称的三相正弦波电流，并在气隙中产生旋转磁场。旋转磁场与永久磁极相互作用，带动转子与旋转磁场同步旋转并力图使定、转子磁场轴线对齐。外加负载转矩后，转子磁场轴线将落后定子磁场轴线一个功率角，负载越大，功率角也越大，直到一个极限角度，电动机停止。580四、永磁同步电动机的运行特性永磁同步电动机的运行特性主要包括机械特性和工作特性。永磁同步电动机正常运行时，转速始终保持同步转速，因此，其机械特性曲线为平行于横轴的直线，如图所示，调节电源频率可以改变电动机的转速。581永磁同步电动机的机械特性曲线永磁同步电动机的工作特性是指当电源电压恒定时，电动机的输入功率

P1、电枢电流

In

、效率

η、功率因数cosφ

等随输出功率P2

变化的情况，工作特性曲线如图所示。582永磁同步电动机的工作特性曲线五、永磁同步电动机的控制方式1.矢量控制矢量控制是以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量。采用矢量控制方法时，电动机的动态性能较好，调速范围宽，控制精度也比较理想，是目前应用较多的控制方式。5832.直接转矩控制直接转矩控制不需要传统矢量控制中复杂的旋转坐标变换和转子磁链定向，转矩取代电流成为受控对象，电压矢量是控制系统唯一的输入，直接控制转矩和磁链的增大或减小，但是转矩和磁链并不解耦。直接转矩控制对电动机模型进行简化处理，没有PWM信号发生器，控制结构简单，受电动机参数变化影响小，能够获得极佳的动态性能。5843.恒压频比开环控制（VVVF）VVVF的控制变量为电动机的外部变量即电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入实现控制策略的调制器中，由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在电动机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和频率下，使定子磁通保持近似恒定。4.智能控制为了提高永磁同步电动机的控制性能和控制精度，模糊控制、神经网络控制等智能控制方式开始应用于永磁同步电动机的控制。在永磁同步电动机系统中应用智能控制时，也不能完全摒弃传统的控制方法，必须将两者很好地结合起来，才能使系统的性能达到最优。585六、永磁同步电动机的拆卸与装配1.拆装准备工作（1）用压缩空气吹净电动机表面的灰尘，并将电动机表面擦拭干净。（2）选择合适的电动机拆装地点，并清理现场。（3）熟悉电动机的结构特点。（4）准备好电动机的拆装工具（包括专用工具）。（5）切断电源，断开电动机外部接线并做好记录。5862.拆卸步骤（1）拆卸永磁同步电动机转子位置传感器。（2）拆除永磁同步电动机的端盖螺栓，并取下前端盖。拆卸时先在前端盖与电动机壳体上做好复位标记，然后在端盖边缘处垫以木楔，用锤子沿端盖的边缘均匀地敲打，使端盖慢慢地脱离电动机壳体。（3）使用拉马工具取下电动机后端盖。拆卸前应在后端盖与电动机壳体上做好复位标记，以方便安装。（4）使用转子拆卸专用工具取出永磁同步电动机转子，取出时应当确保转子内部的永磁体不掉落，以免永磁体碎裂。（5）检查转子主轴前、后侧两个轴承的情况，若轴承损坏应及时进行更换。5873.装配步骤（1）清理定子和转子内、外表面尘垢，用蘸汽油或清洗剂的棉布擦拭干净。（2）将永磁同步电动机的转子轴安装至定子内，转子轴有极大的磁力，应规范操作，防止夹伤手指。（3）对准复位标记，分别安装永磁同步电动机的前端盖与后端盖。（4）根据扭矩安装永磁同步电动机端盖螺栓。（5）安装永磁同步电动机转子位置传感器。（6）安装永磁同步电动机外部接线柱及线束。（7）检查永磁同步电动机外观，确认已安装到位。588七、永磁同步电动机的维护1.日常巡检日常巡检是维护永磁同步电动机的重要环节。巡检内容包括检查永磁同步电动机是否有裂缝或变形、接线盒和电缆连接是否松动、通风口是否堵塞以及运行中的振动和噪声情况。这些检查有助于及时发现潜在问题，防止故障发生。2.定期维护定期维护包括对永磁同步电动机的彻底检查和必要的修理。3.特殊维护针对永磁同步电动机的特点，还需要进行一些特殊维护工作。589特种电机的使用与维护项目八590任务1伺服电动机的使用与维护任务2测速发电机的使用与维护任务3步进电动机的使用与维护591任务1

伺服电动机的使用与维护592学习目标1.了解交流伺服电动机和直流伺服电动机的结构、工作原理、机械特性等。2.掌握交流伺服电动机和直流伺服电动机的使用和维护方法。3.能正确完成交流伺服电动机的接线。4.能正确完成交流伺服电动机和直流伺服电动机的使用与维护。593任务引入伺服电动机的作用是将输入的电信号转换成电动机轴上的转速输出，在自动控制系统中，伺服电动机常作为执行器件使用，广泛应用于数控机床中。根据使用电源种类的不同，伺服电动机分为交流伺服电动机和直流伺服电动机。本任务的主要内容是了解伺服电动机的结构、工作原理等，会正确使用和定期维护伺服电动机，同时能正确完成交流伺服电动机的接线。594一、交流伺服电动机1.结构如图所示是一台交流伺服电动机的实物图。它实质上是一种微型交流异步电动机，其内部结构与单相电容运行式异步电动机相似，也是由定子和转子两部分组成，如图所示。595相关知识596交流伺服电动机实物图交流伺服电动机的内部结构1—外定子铁芯2—空心杯转子3—内定子铁芯4—轴承5—转轴6—绕组交流伺服电动机的定子绕组多制成两相，它们在空间相差90°电角度。定子有内、外两个铁芯，均用硅钢片叠成。外定子铁芯上装有两个对称绕组，一个称为励磁绕组，与交流电源相连，由固定电压励磁；另一个称为控制绕组，接在伺服放大器的输出信号电压端，所以交流伺服电动机又称为两相伺服电动机。交流伺服电动机的转子采用了空心杯转子，但转子的电阻比一般异步电动机的转子电阻大得多。空心杯转子细而长，装在内、外定子之间，由铝或铝合金的非磁性金属制成，壁厚0.2~0.8mm，用转子支架装在转轴上。空心杯转子的惯性小，能极迅速和灵敏地启动、旋转和停止。5972.工作原理交流伺服电动机的工作原理和单相电容运行式异步电动机相似，如图所示。（1）当没有控制信号时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子因无电磁转矩作用而静止不动。（2）当有控制电压时，定子在气隙中产生一个旋转磁场，并产生电磁转矩使转子沿旋转磁场的方向旋转。当负载一定时，控制电压越高，转速也越高。598交流伺服电动机的工作原理3.机械特性不同控制电压下，交流伺服电动机的机械特性曲线如图所示，当控制电压一定时，负载增加会导致转速下降；当负载一定时，控制电压越高，转速越高。599交流伺服电动机的机械特性曲线4.防止“自转”现象当两相异步电动机正常运行时，若转子电阻较小，当控制电压变为零时，电动机便成为单相异步电动机，会继续运行（称为“自转”现象）而不能立即停转。而伺服电动机在自动控制系统中起执行作用，因此，不仅要求它在静止状态下能服从控制电压的命令而转动，而且要求它在受控启动以后，一旦控制电压等于零，电动机能立即停转。增大转子电阻可以防止“自转”现象的发生，当转子电阻足够大（sm>1）时，若两相异步电动机的一相断电（即控制电压等于零），电动机会立即停转。为了使转子具有较大的电阻和较小的转动惯量，交流伺服电动机的转子有三种形式：高电阻率导条的笼型转子、非磁性空心转子和铁磁性空心转子。6005.控制方法交流伺服电动机的控制方法有以下三种：（1）幅值控制。即保持控制电压的相位不变，仅改变其幅值进行控制。（2）相位控制。即保持控制电压的幅值不变，仅改变其相位进行控制。（3）幅—相控制。即同时改变控制电压的幅值和相位进行控制。这三种控制方法都是通过改变正转与反转旋转磁通大小的比例，来改变正转和反转电磁转矩的大小，从而达到改变合成电磁转矩和转速的目的。601二、直流伺服电动机1.结构如图所示为直流伺服电动机实物图。它实质上是一台他励式直流电动机，其结构与一般直流电动机基本相同，但气隙比较小，电枢比较细长，转动惯量小，换向性能较好，不需要换向极。信号电压一般加在电枢绕组两端，即电枢控制。直流伺服电动机主要分为无槽电枢直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、低转动惯量直流伺服电动机四类。602直流伺服电动机实物图2.工作原理直流伺服电动机的工作原理和普通他励直流电动机的工作原理相同，如图所示。（1）当定子上的励磁绕组通入直流电，控制信号加在电枢绕组上，没有控制信号时，电枢不受力，无转动现象。（2）当有控制信号时，电枢受力转动，电枢转动的速度与控制信号的大小成正比。603

直流伺服电动机的工作原理3.机械特性直流伺服电动机的机械特性曲线如图所示，当磁通不变时，若励磁电压和电枢电压一定，负载增加会导致转速下降；在一定负载转矩下，当磁通不变时，电枢电压越高，转速也越高。604直流伺服电动机的机械特性曲线三、伺服电动机的使用和维护1.交流伺服电动机的使用和维护交流伺服电动机因无电刷等滑动接触，故机械强度高、可靠性好、使用寿命长。只要选用恰当、使用正确，故障率通常很低。但要注意以下几点：（1）励磁绕组经常接在电源上，要防止过热现象。（2）输入控制信号的放大器的输出阻抗要小，防止机械特性变软。（3）信号频率不能超过其额定范围，否则机械特性也会变软，还可能产生

“自转”

现象。6052.直流伺服电动机的使用和维护（1）直流伺服电动机的特性与温度有关，使用寿命与环境温度、海拔高度、湿度、空气质量及冲击、振动、轴上负载等情况有关，选择时应综合考虑。（2）使用电磁式电枢控制直流伺服电动机时，要先接通励磁电源，然后再施加电枢控制电压。在电动机运行过程中，一定要避免励磁绕组断电，以免电枢电流过大和超速。（3）采用晶闸管整流电源时，应有滤波装置。（4）输入控制信号的放大器的输出阻抗要小，防止机械特性变软。（5）运行中的直流伺服电动机，当控制电压消失或减小时，为了提高系统的快速响应性能，可以在电枢两端并联一个电阻，以便和电枢形成回路。606任务2

测速发电机的使用与维护607学习目标1.了解交流测速发电机和直流测速发电机的结构。2.熟悉交流测速发电机和直流测速发电机的工作原理、工作特性。3.掌握交流测速发电机和直流测速发电机的使用和维护方法。4.能正确完成交流测速发电机和直流测速发电机的试验。608任务引入测速发电机是一种将旋转机械的转速信号变换成电压信号输出的小型发电机，常作为测速器件、校正器件广泛应用于闭环直流和交流调速控制系统中。测速发电机分为交流测速发电机和直流测速发电机两大类。为了防止测速发电机出现故障，必须正确使用和维护测速发电机。本任务的主要内容是了解测速发电机的结构、工作原理和工作特征，学会正确使用和定期维护测速发电机，并通过完成直流测速发电机和交流测速发电机的试验进一步掌握测速发电机的工作原理和应用。609610相关知识一、交流测速发电机1.结构如图所示是交流测速发电机的实物图，它实质上是一种微型交流异步发电机。交流测速发电机实物图目前，交流测速发电机中应用较多的是空心杯转子的异步测速发电机，其内部结构如图所示。与空心杯转子的交流伺服电动机相似，其定子上装有两个对称绕组，一个是励磁绕组，接交流电压；另一个是输出绕组，接测量仪器或仪表。转子采用空心杯形式，壁厚0.2~0.3mm，通常由高电阻率的硅锰青铜或锡锌青铜制成。611空心杯转子交流测速发电机的内部结构1—空心杯转子2—外定子3—内定子4—励磁绕组5—输出绕组2.工作原理（1）当转子静止时，励磁电流磁通

Φd

在转子中产生感应电动势

Et和感应电流

It，感应电流产生的磁通

Φt

与励磁磁通

Φd

在同一轴线上，不会在输出绕组中感应出电动势，输出绕组的输出电压为零，如图所示。612交流测速发电机转子静止时的工作原理图1—定子2—转子

（2）当转子转动时，转子切割励磁磁力线，产生另外的感应电动势

Er

和感应电流

It，这个感应电流产生的磁通

Φt

与励磁磁通

Φd

方向垂直，在输出绕组中产生感应电动势

E0，这个电动势就是交流测速发电机的输出电压，且输出电压与转速成正比，如图所示。613交流测速发电机转子转动时的工作原理图3.工作特性工作特性即输出特性。交流测速发电机的工作特性包括输出幅值特性和输出相位特性。（1）输出幅值特性是指交流测速发电机输出电压的幅值或有效值与转速之间的关系。（2）输出相位特性是指交流测速发电机输出电压和励磁电压的相位差φ（输出相位）与转速之间的关系。614二、直流测速发电机1.结构如图所示是直流测速发电机实物图，其结构与直流伺服电动机基本相同。定子上装有励磁绕组，加直流励磁电压。电枢分为有槽电枢、无槽电枢、空心杯电枢、印刷绕组电枢等，电枢接测量仪器或仪表。615直流测速发电机实物图2.工作原理直流测速发电机的工作原理如图所示。（1）当电枢静止时，不会产生感应电动势，输出电压为零。（2）当电枢转动时，电枢切割磁力线，产生感应电动势，输出电动势和输出电压与转速成正比。616直流测速发电机的工作原理3.工作特性直流测速发电机的工作特性主要是指输出幅值特性，即直流测速发电机的输出电压与转速之间的关系。当励磁电压和负载电阻一定时，输出电压与转速成正比。相同转速下，负载电阻越大，输出电压越大，直流测速发电机的工作特性曲线如图所示。617直流测速发电机的工作特性曲线三、测速发电机的使用与维护1.交流测速发电机的使用与维护（1）选用交流测速发电机时，应根据它在系统中所起的作用提出不同的技术要求。（2）交流测速发电机的主要技术数据大多是空载时的指标，只有在负载阻抗远大于测速发电机的输出阻抗时，才能直接应用这些数据，否则需重新测定。（3）交流测速发电机的输入阻抗比较小，所以励磁电源的内阻抗也应该尽量小一些。励磁电源与交流测速发电机之间的连接导线不宜太长。618（4）若装配中紧固螺钉紧固不牢，造成发电机在运输和使用过程中紧固螺钉松动，导致内、外定子的相对位置发生变化，剩余电压（零速输出电压）增大，则需重新紧固松动的螺钉。（5）若装配时接线标志混乱或使用中接线错误，导致输出电压倒相、剩余电压与出厂要求不符，则需改变接线。（6）交流测速发电机在出厂前都经过严格调试，以使其剩余电压达到要求，调试后用红色磁漆将紧固螺钉点封，使用中严禁拆卸，否则剩余电压将急剧增大以致无法使用。619（7）空心杯转子交流测速发电机是一种精密控制器件，使用时应注意保证它和驱动它的伺服电动机之间连接的高同心度和无间隙传动，否则会导致该测速发电机损坏或系统误差增大。安装过程中，应使测速发电机各部分受力均匀，以免导致剩余电压增大。（8）交流测速发电机可以在超过它的最大线性工作转速一倍左右的转速下工作，但应注意，随着工作转速范围的扩大，其线性误差、相位误差都将增大。（9）使用中应严格按照规定的接线标志接线，低电位端应与机壳共同接地。（10）应按照规定的使用环境条件使用交流测速发电机。6202.直流测速发电机的使用与维护（1）为保证其线性误差不超过规定，转速不应超过直流测速发电机的最大线性工作转速，负载电阻不应小于规定的最小负载电阻。（2）为了减小温度变化引起的输出电压误差，可在电磁式直流测速发电机的励磁回路中串联一个温度系数为负值的电阻。（3）当电刷与换向器间产生的火花给系统带来干扰时，可在直流测速发电机的输出端并联一电容器或接一滤波电路。621（4）直流测速发电机在出厂前已经将电刷调整到合适位置，以保证输出电压不对称度符合要求，使用中不允许松动刷架系统的紧固螺钉。（5）不允许将永磁直流测速发电机的电枢从定子中抽出，以免失磁。（6）直流测速发电机的使用场合不允许存在较强的外磁场，以免影响测速发电机输出特性的稳定性。（7）选型时应充分考虑直流测速发电机的负载状况，不允许超出测速发电机的最大允许负载电流使用，以免导致输出特性变差或失磁。（8）应注意发电机自身发热或环境温度变化导致的工作特性曲线斜率的增大或减小。（9）应使直流测速发电机的工作环境条件符合规定。622任务3步进电动机的使用与维护623学习目标1.了解步进电动机的结构。2.掌握步进电动机的工作原理。3.了解步进电动机的驱动电源。4.掌握步进电动机的使用与维护方法。5.能正确完成步进电动机的拆卸与装配。624任务引入步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的执行器件，其运行特点是：每输入一个电脉冲，步进电动机就转动一个角度或前进一步。因此，步进电动机又称为脉冲电动机，步进电动机的控制精度高，常用于较为精密的电气传动控制系统，如裁线机、烫印机等。本任务的主要内容是了解步进电动机的结构、工作原理等，掌握步进电动机的使用和维护方法，并正确完成步进电动机的拆装。625一、步进电动机的结构如图所示是一台步进电动机的实物图，和一般旋转电动机相同，步进电动机也由定子和转子两大部分组成。626相关知识步进电动机实物图定子由硅钢片叠成，装有一定相数的控制绕组，采用集中绕组并接成星形，其中每两个相对的磁极组成一相，由功率放大器送来的电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁，用永久磁铁做转子的步进电动机称为永磁式步进电动机。转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构，转子本身没有励磁绕组的步进电动机称为反应式步进电动机。步进电动机的内部结构如图所示。627步进电动机的内部结构二、步进电动机的工作原理、通电方式、步距角和转速1.工作原理如图所示是一台三相反应式步进电动机的工作原理图。定子上装有六个均匀分布的磁极，每个磁极上都绕有控制绕组，绕组接成三相星形。转子上没有绕组，由硅钢片或软磁材料叠成，转子上有四个均匀分布的齿。628629三相反应式步进电动机的工作原理图a）U