电工技术 第4版 课件 第11章 其他常用电机

第11章其他常用电机

11.1伺服电动机11.2步进电动机11.3直流电动机11.1伺服电动机

教学要求：1.掌握交流伺服电动机的结构和工作原理;2.掌握直流伺服电动机的结构和工作原理。

本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，能量的转换是次要的。

控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种:伺服电机、步进电机和直流电机。

对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。11.1伺服电动机

伺服电动机可分为两类：

伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。

交流伺服电动机直流伺服电动机

伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。11.1伺服电动机

11.1.1交流伺服电动机

交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90

的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1

励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。

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

,从而产生所需的旋转磁场。交流伺服电动机的接线图和相量图(a）接线图

1(b)相量图

工作时两个绕组中产生的电流和的相位差近于90º，因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。

加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。

交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。11.1.1交流伺服电动机不同控制电压下的机械特性曲线n=f(T),

U1=常数

交流伺服电动机的机械特性如图所示。

在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。TU20.8U20.6

U20.4U2On11.1.1交流伺服电动机

交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。应用:11.1.2

直流伺服电动机

直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。

直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机相同。供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。U1为励磁电压，U2为电枢电压MU1I1I2U2放大器U++––直流伺服电动机的接线图由机械特性可知：(1)一定负载转矩下，当磁通不变时，U2

n

。(2)U2=0时，电机立即停转。电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。

直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样，也可用下式表示机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的n=f(T)曲线(U1=常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO11.1.2

直流伺服电动机

直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。直流伺服电机输出功率一般为1-600W。应用：11.2

步进电动机特点:

(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，可改变转动方向。

步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。

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。种类：励磁式和反应式两种。

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。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子ABCIAIBIC转子1.三相单三拍CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30

角，2、4齿和B、B´

磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30

角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'A

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。

按ABCA

……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。2.三相六拍

按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15

，到达左图所示位置。CA'BB'C'A3412

B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15

。3412CA'BB'C'A

B、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15

。

三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90

(齿距角)。

与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。3.三相双三拍

按AB

BC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412

与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90

(齿距角)。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：

—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数

实用步进电机的步距角多为3

和1.5

。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，如教材图10.4.4所示。图中转子表面有40个齿，齿距角是9

；定子仍是6个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。

步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。应用：11.3直流电动机直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。

(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。

(3)易于控制。应用:(1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。

(2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等11.3.1

直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路

直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。SN++++N+++++S+++2.转子(电枢)

由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。1.磁极永磁式:

由永久磁铁做成。励磁式:

磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁:

磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。1.他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。11.3.2直流电机的分类

直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励